前 言 随着国民经济的飞速发展，电力事业得到迅猛的增长，特别是中 小型水电站像雨后春笋般地涌现出来，星罗棋布地遍布了全国。然而， 随着时间的推移，水轮发电机相继进入检修期，为此特编写本书，以 适应社会需要。 本书取材于现场实践经验，以帮助解决实际问题为主。本书共25 章，从水轮发电机的结构开始，分别介绍了水轮发电机的检修内容、检 修准备、检修工艺，对水轮发电机可能出现的各种故障及修理作了系 统的、全面的、详细的分析和指导，并附有电刷、绝缘材料及绝缘规 范，供检修时查阅。兼顾到水电站的特点，对水轮发电机在检修中所 做的检查试验以及检修后的性能试验亦做了一般的介绍，书中附有试 验规范，供试验时查阅。为了帮助运行人员做好工作，书中对水轮发 电机的运行、监视和维护也做了深入的叙述。本书在编写过程中，力 求做到取材先进，实用性强，针对性强，重点突出，以帮助读者解决 实际具体问题。其中，刘传兰、刘义、刘大贵等同志参加了编写。 在编写过程中，丰满发电厂方仁治和顾民臣同志对本书提过宝贵 意见，特此感谢。由于我们水平有限，书中难免有错误和不当之处，希 望广大读者批评指正。 作青 2002年2月1日
心小必小小必必必必小必 ￠必￠势必必必办沙亦②必必步必 目 必必必必如必必①必必必必必必办必必必 ￠必分必步必你必必必 前詈 第一章水轮发电机的结构 ……………………1 第一节水轮发电机的类型…………… ……………………1 第二节水轮发电机的主要结构 第二章水轮发电机的检修内容… 13 第一节水轮发电机的检修类别 13 第.节水轮发电机的检修项目…………… 14 第三章水轮发电机检修前的准备 第一节发电机检修材料的准备…… 第二节发电机检修工具的准备 第四章水轮发电机定子的局部检修 由··,,,,,,暴由 第一节定子绕组的局部检修…… 第二节定子铁芯的局部检修 第五章水轮发电机定子铁芯的重新叠装 由,卡、垂 第一节定子绕组、冲片的拆除 第二节定子定位筋的拆装 第三节定子铁芯冲片的叠压… 第四节定子铁损试验…… 第六章水轮发电机定子圈式线圈的更换 第一节定了图式线圈的拆除 …85 第二节定子圈式线圈的制造… 第三节定子测温元件的埋设 第四节定子圈式线圈的嵌装 02 第五节定子绕组的绝缘处理… 中·,..甲Da 110 第七章水轮发电机定子条式线團的更换 第一节定子条式线圈的拆除 第二节定子条式线圈的制造…………… 第二节定子条式线圈的嵌装……… 第八章水轮发电机定于绕组的端部连接………………… 142
第一节定子双层叠绕组的接线 第一节定子双层叠绕组的端头连接 第三节定子双 的接线 第四节定子双层波绕组的端头连接… 第九章水轮发电机转于的局部检修 第一节发电机转子的检修内容 第节转子的局部故障及处理 第三节磁极线團常见故障及修理… 194 第四节转轴的故障及修 第十章水轮发电机转子磁极线圈的更换 第一节转子磁极线圈的拆除与处理 第二节转子磁极线圈重绕 第二节发电机转子绝緣……………… 209 第四节转子磁极挂装 第五节转子附件安装及检查清扫… 217 第十一章水轮发电机组振动的处理 219 第一节机组振动的危害与原因 ………………219 第二节机组振动的测量… ………:223 第三节处理机组振动的分析方法 …………226 第四节发电机机械不平衡力的消除 第十二章发电机轴承的常见故障及处理…………… 第一节发电机轴承绝缘的检查 ……“……246 第二节推力轴承的拆装 ………246 第三节镜板与推力瓦缺陷的处理… 第四节推力轴瓦温度过高的原因及处理方法 第五节轴承甩油的原因及处理方法………… 256 第六节油槽的清洗………… 第十三章水轮发电机推力轴承的检修……… …263 第·节摧力轴承瓦的研刮 第二节氟塑料瓦的使用维护… 269 第三节推力轴承的安装与调整… 271 第十四章立式水轮发电机组轴线的测量与调整…………………………………284 第一节机组轴线的测量 285 第二节机组拙线的调整…… 第十五章水轮发电机导轴承的检修…………,,… 312 第一节导轴承瓦的研刮…… 第二节导轴承的安装与调整 第十六章水轮发电机其他轴承的检修…… …………………318
第…节滑动轴承的检修…· 318 第二节滚动轴承的检修… 325 第十七章卧式水轮发电机组轴线的测量与调整… …333 第一节双轴承转子轴线的测量与调整 4 ,着击,,有非着 第二节单轴承转子轴线的测量与调整… 335 第十八章水轮发电机集电环与电刷的检修 第·节集电环的故障及修理…………… 第二节电刷装置的故障及修理 第一:节电火花的防治 第十九章水轮发电机冷却器的检修… …35 第·节冷却器的结构形式 第二节冷却器的检修… …363 第一十章水轮发电机制动器的检修……… …365 第一节制动器的检查与试验……… 第二节制动器的检修 368 第三节屯制动…… 369 第二十一章水轮发电机的增容改造 第一节水轮发电机增容改造的途径…… 374 第二节水轮发电机增容改造实例 第二十二章水轮发电机检修中的检查试验…………… 378 第-节水轮发电机的试验项目… 378 第二节定子绕组的绝缘电阻和吸收比的测量 379 第三节定子绕组直流电阻的测量及三相电流的平衡… 86 第四节定子绕组直流耐压及泄漏电流的测定 第五节定子绕组的交流耐压试验 399 第六节转子绕组的 “· 第七节发电机单相接地电容电流的测量 第二十三章水轮发电机检修后的性能试验………… 第一节发电机空载特性和短路特性的测碌… 第二节发电机的温升及效率试验… 第三节发电机参数的测定 第二十四章水轮发电机检修后的运行………… 第一节发电机定子绕组相序的检查……………… 第二节发电机的试运行 第三节发电机的正常运行 47 第四节发电机的运行特性 …………478 第五节发电机的特殊运行 486 第六节发电机运行中常见故障及处理……………
第二十五章水轮发电机检俺后的运行监视与维护 第…节发电机的运行监视… 第二节发电机的运行维护………… 506 附 、道 …510 附秉A常用绝缘材料 510 附录B定子缦圈绝缘规范 附录C水轮发电机单匝条式定子线圈绝缘规范 附录D定子线圈绝交流介电强度试验标准 526 泰考文献………… 527
第一章水轮发电机的结构 第一节水轮发电机的类型 检修任何一台机器,首先必须了解它的基本类型和结构 水轮发电机的基本类型,按照水电站水轮发电机组布置方式的不同,水轮发电机可分 为立式(转轴与地面垂直)与卧式(转轴与地 面平行)两种,见图1-1和图1-2。 立式主要应用于大、中容量的水轮发电 机。卧式一般多用于小容量水轮发电机和高速 冲击式或低速贯流式水轮发电机 立式水轮发电机,根据推力轴承位置又分 为悬型和伞型两种。 悬型水轮发电机特点是推力轴承位于转 子上面的上机架内或上机架上,见图1-3。它把 图11立式布置水轮发电机 整个转动部分悬挂起来,轴向推力通过定子机 l一水磁发电机12-副励磁机 3一主磁机 座传至基础。悬型结构适用于转速较高机组 发电机 (一般在l50r/min以上)它的优点是:由于转 子重心在推力轴承下面,机组运行的稳定性较 好。因推力轴承在发电机层,因此安装维护检修等都较方便。悬型水轮发电机的缺点是:推 力轴承承受机组转动部分的重量及全部水压力,由于定子机座直径较大,上机架势必增高 以便保持一定的强度与刚度,这样,定子机座和上机架所用的钢材增加;另一方面是机组 轴向长度增加,机组和厂房高度也需要相应增加。在悬型水轮发电机中,一般选用两个导 轴承,见图1-3(a)、(b),其中一个装在上机架内,称为上导轴承;另一个装在下机架内 称为下导轴承。如运行稳定性许可,悬型也可取消下导轴承,见图1-3(c)。 伞型水轮发电机结构特点是推力轴 承位于转子下方,布置在下机架内或水 轮机顶盖上,见图1-4。轴向推力通过下 机架或顶盖传至基础。它的优点是结构 紧凑,能充分利用水轮机和发电机之间 的有效空间,使机组和厂房高度相应降 低。由于推力轴承位于承重的下机架上, 且下机架所在机坑直径较小,在满足所 需的强度和刚度情况下,下机架不必设 图1-2卧式布置水轮发电机 计得很高,相应就碱轻了机组重量,降低1-发电机;2卡励磁机;3-副励磁机;4-水磁发电机
图1-3悬型水轮发电机 (a)有两个导轴承,力在⊥导上面;(b)具有两个导轴承,推力 在上导卜面;(c)无F导籼承 图1-4伞型水轮发电机 ()普通伞型;(h)全伞型;(c)半伞型 了造价。伞型水轮发电机的缺点是:由于转子重心在推力轴承上与,使机组运行的稳定性 降低,所以只能用于较低转速(一般在50r/min以下),另外因机组高度降低使推力轴承 的安装、维护、检修变得困难。伞型水轮发电机根据轴承布置不同,又分为普通伞型、半 伞型和全伞型三种。普通伞型具有上、下导轴承,见图1-4(a);半伞型只有上导轴承而没 有下导轴承,见图1-4(c);全伞型只有卜导轴承(布置在推力油槽内)而没有上导轴承, 见图1-4(b)。 第二节水轮发电机的主要结构 水轮发电机普遍采用立式结构。立式水轮发电机主要由定子、转子、上机架、下机架、 推力轴承、导轴承等部件组成 定子 水轮发电机定子由机座、铁芯和线圈等部件组成,见图1-5 .机座
○ 中 图1-6定子机座与铁芯 图1-5定子断面图 一定柁筋利托板;2扇形片;3-齿压板;4·拉紧螺杆;5-固 1一机座;2一铁芯;3线圈 宄片;6·通风槽厅;7-下齿压板:8-机廛上环;9机座屮环 10机座下环 定子机座是…个承重和受力部件,承受上机架荷重并传到基础,支承着铁芯、线閣、冷 却器和盖板等部件,对悬吊型水轮发电机 还承受整个机组转动部分重量(包括水推 力),机座还承受径向力(磁拉力和铁芯热 膨胀力)和切向力(正常和短路时引起的 A 力)因此,机座须具有足够的刚度,防止体, 定子变形和振动 机座一般采用钢板焊接,大型水轮发 电机多采用盒形结构,见图1-6。上环与上 杋架相连,下环与基础板相连,基础板埋 入混凝土內,由基础螺栓固定。为了承受 短路切向力,在下环与基础板间装有径向 销钌,见图17。在中环上安装着定子铁 图1-7定子基础 芯,为保证铁芯的装配质量,在中环垂直!-定子机座下环;2-径向销钊:3-基础板;4-模子板 方向焊有数条定位筋,用托板固定在各中 5-基础垫板;斤·基础爍粹;7-筋板
环上,也有因运辎条件限制或通风需要取消上、下环结构,用简单的连接件与上机架和基 础相连。 近年来,有些大尺寸定子,为了保持机组圆度,避免发电机运行时因机座和定子铁芯 的热膨胀不一致而使定子产生翘曲变形,采用所谓“浮动式机座”,见图1-8。机座放置在 基础板上,取消了基础螺栓,用固定在基础板上的定位销和机座上的径向槽定位,机座膨 胀或收缩时,机座仅需克服机座与基础板间的摩擦力可自由伸缩,而不变动机组中心,保 持了定子圆度,从而避免了定子变成椭圆形而导致铁芯冲片破坏,定子温升过高、定子振 动等现象。 图1-8浮动式机座 1·地脚螺栓;2·基础板(埋入混凝上);3一定子压紧螈栓;4-连接板 5一定∮机座,6一垫圈;7—套管;8-甚础板 2.定子铁芯 定子铁芯是定子的一个重要部件。它是磁路的主要组成部分并用以固定线圈。在发电 机运行时,铁芯要受到机槭力、热应力及电磁力的综合作用。由于铁芯中的磁通量是随着 转子的旋转而交变的,为提高效率、减少铁芯涡流损耗,铁芯一般由0.35~0.5mm厚的两 面涂有绝缘漆的扇形硅钢片叠压而成。空冷式发电机铁芯沿高度方向分成若干段,每段高 40~45mm,段与段间以“工”字形衬条隔成通风沟,供通风散热之用。铁芯上、下端有齿 压板,通过定子拉紧螺杆将叠片压紧。铁芯外圆有鸽尾槽,通过定位筋和托板将整个铁芯 固定在机座的内侧。铁芯内圆有矩形嵌线槽,用以嵌放线圈绕组。 近年来,为了减小机座承受的径向力和减小铁芯的轴向波浪度,有的发电机采用所谓 “浮动式铁芯”,其特点是在冷态时,铁芯与机座定位筋闰预留有一较小间隙,当铁芯受热 膨胀时,此间隙减小或消失,当机座与铁芯温度不一致时,相互之间可以自由膨胀,从而 大大减小机座承受的径向力。为使铁芯相对于机座能自由膨胀和收缩,铁芯上下两端釆用 小齿压板,并在齿压板调整螺栓与机座环板接触处加二硫化钼润滑。 3.定子线圈 定子线圈的主要作用是产生电势和输送电流。定了线圈是用扁铜线绕制而成,然后再 在它的外面包上绝缘材料。 水轮发电机定子线圈主要采用圈式和条式两种。 圈式线圈,见图1-9。圈式线圈由若于匝组成,每一匝又可由多股绝缘铜线组成。圈式 线圈的两个边分别嵌入定子槽内上下层,许多圈式线圈嵌入定子槽内后,按照一定的规律 联接起来组成叠绕组。双层圈式线圈多用于中小型水轮发电机。大型水轮发电机也有采用 单匝叠绕线圈,为『便于制造,工艺上可将线圈分成两半,分别弯曲成杆型线棒,包扎绝
图1-9定子叠绕线圈 图1-10定子波绕线圈 缘并经处理后下线,然后把有关的两个边联起来焊在一起。 条式线圈,见图1-10。水轮发电机普遍釆用条式线圈。在定子铁芯槽中沿高度方向放 两个线棒,嵌线后,用纤焊方式将线棒彼此联接起来,组成双层绕组。每个线棒由小截面 的单根镯股线组成。线棒中的股线沿宽度方向布置两排,高度方向彼此间要进行换位,以 降低涡流损耗和减小股线间温差 二、转子 水轮发电机转子主要由主轴、转子支架、磁轭和磁极等部件组成,见图1-11。 (一)主轴 它是用来传递转矩,并承受转子部分的轴向力。通常用高强度钢整体锻成;或由铸造 图1-11转子纵剖面图 l一主轴;2一轮辐;3一支臂;4…磁轭;5-端压板;6风扇;7磁极;8—制动板