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抽水蓄能發電機定子槽楔松動原因分析及處理

文檔作者：周紹鴻，張俊文檔來源：湖南五凌電力工程有限公司		點擊數：	更新時間： 2025年11月03日
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上一篇：大型水電站機組溜負荷原因的探討

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3 號發電機定子槽楔竄動及竄量情況詳表
部位 
10 mm 槽數
10 mm≤竄量
槽數
上端部槽楔 62 113 83
中間段槽楔 46 38 18
下端部槽楔 53 98 65
4 號發電機定子槽楔竄動及竄量情況詳表
部位
竄量<3 mm
槽數
3 mm≤竄量≤
10 mm 槽數
10 mm≤竄量
槽數
上端部槽楔 54 102 73
中間段槽楔 32 26 13
下端部槽楔 45 83 51
1 前言
黑麋峰抽水蓄能電站裝機4 臺可逆式水輪/ 水
泵式發電機組，單臺發電/ 電動機額定容量300/320MW
（發電/ 電動工況），定子線圈為雙層疊繞式，共600
根，線槽300 槽，定子槽楔安裝結構采用帶波紋彈簧
墊條的彈性槽楔緊固系統以及在槽楔端部加適型氈
的輔助固定方式。2010 年4 臺機全部投運，運行近1
年后，發電機風洞常規檢查即開始發現3 號和4 號
機上、下端部部分槽楔有竄動現象，竄位痕跡明顯
（如表1），1 號和2 號機上、下端部槽楔未見竄動異
常。對出現端部槽楔竄動異常的線槽做位置標定、竄
量標記，增加檢查頻率，逐次比較竄量，竄量呈逐漸
變大趨勢發展，最嚴重部位已經頂開適型氈，嚴重影
響到定子線圈及發電機組的安全運行。2013 年12
月對3 號、4 號機進行定子槽楔松動情況檢查及處
理專項檢修。
2 定子槽楔松動情況
吊出發電機所有磁極（20 個），進入定子膛內全
面檢查。3 號機上端部槽楔有竄動現象的共258 槽，
中間槽楔有竄縫現象的共102 處，下端部槽楔有竄
動現象的共216 槽；4 號機上端部槽楔有竄動現象
的共229 槽，中間槽楔有竄縫現象的共71 處，下端
部槽楔有竄動現象的共179 槽，竄動量最大處達到
43 mm，2 臺機上、下端部槽楔竄動普遍，中間槽楔竄
動情況無規律。
3 定子槽楔松動原因分析
定子線圈在線槽內由槽楔緊固系統作為線圈的
徑向固定，槽楔安裝的松緊直接關系到線圈的安全，
而線圈在機組不同工況運行時受到的電氣應力、機
械應力、熱應力等各種不利因素影響，又會造成槽楔
的松動。通過分析筆者認為引起黑麋峰抽水蓄能電
廠3 號、4 號發電/ 電動機定子槽楔松動、竄動主要
有以下幾方面原因。
3.1 雙向旋轉因素
由于可逆式水泵/ 水輪機作水輪機和水泵運行
時的旋轉方向是相反的，因此電動/ 發電機也需按
雙向運轉設計，從電氣原理上看，同步發電機本身是
可以正反旋轉的，只需電源相序隨發電工況和電動
工況而轉換。發電機和電動機運行時定子線圈上受
到的力有轉子的電磁力和定子鐵芯的固定力，這對
收稿日期：2015-05-04
作者簡介：周紹鴻（1981-），男，工程師，從事電氣設備檢修工作。
抽水蓄能發電機定子槽楔松動原因分析及處理
周紹鴻，張俊
（湖南五凌電力工程有限公司，湖南長沙410004）
摘要：詳細介紹了黑麋峰抽水蓄能電廠3 號、4 號發電電動機定子槽楔松動情況，深入分析了可逆式電動/發電機
槽楔松動原因，針對定子端部槽楔固定方式、方法進行技術改進，為大容量水力發電機定子槽楔松動處理提供參考。
關鍵詞：發電/ 電動機；定子槽楔；松動原因；技術改進
中圖分類號：TM312 文獻標識碼：B 文章編號：1672-5387（2015）08-0059-04
DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.08.017
第38 卷第8 期水電站機電技術Vol.38 No.8
2015 年08 月Mechanical &amp;amp; Electrical Technique of Hydropower Station Aug.2015
表1
59
作用力與反作用力的方向會根據工況的不同變成相
反方向，發電機工況時和常規水輪發電機一樣定子
受到轉子磁力作用，受到一個與旋轉方向相同的扭
矩，定子鐵芯的固定力矩為該作用力的反作用力，電
動機工況定子受力方向則正好相反。線圈與槽壁間
的隔離結構由主絕緣層、防暈層、半導體低阻布、導
電槽襯及半導體膩子填充層組成，不同的工況線圈
電磁力的方向相反，線圈與槽壁間隔離結構不斷受
線圈擠壓和改變工況后壓力的釋放并反向擠壓，如
此往復，材料硬化、老化、收縮等因素影響了線圈與
槽壁的接觸，逐漸發展成間隙后線棒產生振動，也帶
動了槽楔的竄動，槽楔的松動又會加劇線棒的振動，
進入惡性循環。3 號、4 號發電機啟停統計表如表2：
3.2 制造工藝及安裝質量因素
黑麋峰抽水蓄能電廠1 號發電/ 電動機由ALSTOM
公司生產，2 號、3 號、4 號機除了2 號機線圈
外全部由國內廠家生產，3 號、4 號機定子線圈引進
和消化吸收的是法國阿爾斯通公司定子線圈制造技
術，額定電壓18 kV，線圈總長3 934 mm，單只線圈
重約42 kg，線圈主絕緣采用少膠VPI 絕緣，防暈采
用一次成形防暈結構，F 級絕緣，施工單位為同一
家，4 臺機定子下線施工工藝相同，槽內填充的層
間、契下墊片采用半導體墊片，上、下層線圈嵌入前
在兩側及底面包裹一層帶膠的半導體低阻布（0.11mm×
100 mm），槽內固定采用槽襯固定結構，將0.13 mm
厚導電槽襯J1008 壓緊在槽襯形成的裝置上，用刮
膠板將室溫固化半導體膩子J0301 均勻的刮涂在槽
襯布上，將槽襯布包裹在線圈上，采用環形吊，人工
輔助嵌入線槽。大型機組定子線圈裝配工藝的好壞
很大程度上決定著機組的使用壽命，槽楔裝配過松，
在機組運行過程中容易產生振動，長期振動導致線
圈絕緣磨損，易產生放電，縮短使用壽命；槽楔裝配
過緊，施工過程中易直接造成絕緣層損壞，也會縮短
機組使用壽命。黑麋峰抽水蓄能電廠4 臺機投運以
來由于電網調度需要等因素，發電工況和抽水工況
運行次數并不多，遠未達到抽水蓄能電廠設計的使
用頻率，1 號、2 號機和3 號、4 號機定子槽楔松動情
況現狀對比分析，線圈的制造工藝和施工質量的差
異是造成3 號、4 號機定子槽楔松動的原因之一。
3.3 功率調整幅度大、頻繁啟停因素
抽水蓄能電站在電力系統中擔任填谷調峰、調
頻的作用，一般每天要啟停數次，機組啟停對定子線
圈沖擊很大，此類型機組雖在設計上已有較為成熟
考慮，但由于各種材料及制造工藝等因素制約，頻繁
啟停仍然會對機組健康水平造成影響。發電/ 電動
工況運行功率調整幅度要求很大，調整也很頻繁，大
型機組要求有每秒鐘增減10 MW 負荷的能力，短時
大幅度功率的調整，水力特性、機械特性、電磁力矩
瞬間變化，作用在線圈上的電磁力近乎突變，產生很
大沖擊，定子線圈在這類工況下運行，對線圈制造質
量、安裝工藝及槽楔緊固系統要求更為嚴格。
3.4 過渡過程復雜因素
抽水蓄能機組在工況轉換過程中要經歷各種復
雜的水力、機械和電氣瞬態過程。在這些瞬態過程中
會發生比常規水輪發電機組大得多的受力和振動，
此類受力和振動對發電/ 電動機定子線圈有很大影
響，槽楔緊固系統較常規水電應更可靠。
3.5 轉子的制動方式因素
正常停機時，當轉子轉速降至60 ％額定轉速
時，勵磁系統給轉子通入850 A 左右的勵磁電流，同
時合上電制動刀閘將定子繞組三相短路。此時定子
繞組中將感應出10 000 A 左右的電流，對轉子產生
一個電磁阻力矩，使轉速很快下降，當轉速降至5％
時，投入轉子風閘，使轉速馬上降為0。黑麋峰抽水
蓄能電廠機組額定轉速300 r/min，實現快速停機必
須使用電氣制動方式，線圈自身及線圈固定系統需
耐受三相短路電流對線圈產生的很大電動力。
3.6 冷卻方式及效果因素
黑麋峰抽水蓄能電廠電動/ 發電機采用密閉循
環空冷方式，設計上電機本身的通風、冷卻系統能適
應雙向旋轉工作。鐵芯由硅鋼片疊制而成,硅鋼片具
有良好的導磁性,磁滯損耗小及高電阻率，定子鐵芯
有4 種，分別是：階梯片、通風槽片、普通片和測溫
片。部分通風槽片內裝有絕緣筒，鐵芯上下都有壓
板，定子鐵芯上有通風孔用于冷卻定子。定子鐵芯通
過雙鴿尾定位筋與定子機座相連，鐵芯分為6 大段
表2 3 號、4 號發電/ 電動機年運行次數統計表
年份 2011 年 2012 年
次數
發電
工況（次）
抽水
工況（次）
發電
工況（次）
抽水
工況（次）
3 號機 19 14 55 36
4 號機 14 10 93 53
年份 2013 年 2014 年
次數
發電
工況（次）
抽水
工況（次）
發電
工況（次）
抽水
工況（次）
3 號機 53 33 105 79
4 號機 51 24 48 47
60 水 電 站 機 電 技 術 第38卷
49 小段疊片，疊完一個大段壓緊一次，最終疊完后
通過拉緊螺桿拉緊。36 支鉑金屬RTD 安裝于鐵芯
槽內的上下層線棒之間, 用于監視定子線圈溫度；8
支熱電偶溫度傳感器(材料：康銅)安裝于鐵芯內,沿
中間高度呈環狀分布,用于監視鐵芯溫度。槽楔安裝
時通風槽對位是安裝重點之一，散熱不均會在繞組
和鐵芯間產生熱應力及不同材質的熱脹冷縮，引起
槽楔松動，槽楔竄動后擋住通風口又會進一步影響
局部散熱效果。通過對3 號、4 號發電/ 電動機，發電
工況和抽水工況熱穩定狀態各部位溫度監測數據的
比較分析，兩種工況熱穩狀態時同部位溫度有差別，
所以發電機工況和電動機工況時，定子線圈受到不
等的熱應力。
3.7 電動機工況啟動因素
可逆式電動/ 發電機作電動機運行時，不能象
組合式機組那樣利用水輪機來啟動，而必須采用專
門的啟動設備，SFC 啟動或采用“背靠背”方式，電動
機工況容量為320 MW。電動機啟動時，轉子受磁場
力作用，產生磁場力矩，方向同轉子的轉向一致，該
磁場由接通三相交流電的定子線圈產生，轉子同時
受到負載的阻力矩，方向同轉子的轉向相反，此時磁
場力矩大于阻力矩，使電動機轉子的轉速由“零”增
速直到轉速達到穩定，在轉子加速過程中，產生磁場
力矩逐漸減小直到與阻力矩相等。電動機啟動時的
磁場力矩和阻力矩相差愈大，啟動過程就愈短，反之
磁場力矩和阻力矩相差愈小，就會使啟動過程延長。
電動機工況啟動時，功率大，且按設計要求需要實現
短時間達到額定轉速，這需要很大的起動力矩才能
實現啟動成功，巨大的起動力矩也是引起線圈振動、
槽楔松動需要考慮的因素。
4 端部槽楔安裝固定技術的改進
4.1 端部楔塊結構改進
原來端部槽楔安裝緊固到位后，槽楔伸出鐵芯
槽口10 mm 左右，由于端部槽楔安裝操作不方便，
需要注意線圈端部防護、調整平墊片配置，端部槽楔
安裝緊度較中間段槽楔往往反而偏松，雖有端部加
適型氈的輔助固定方式，但在各種復雜工況下容易
松動竄出，線圈沒被牢靠的固定在線槽內會有相當
于二倍電源頻率的電磁力施加于線棒上，使其在槽
內產生運動。改進后的槽楔比原槽楔長30 mm，裝入
線槽的槽楔長度不變，但伸出鐵芯槽口部位的長度
變長，并在槽楔兩側設計滌綸護套玻璃絲繩綁扎止
動槽口。
4.2 端部槽楔固定方法改進
改進后端部槽楔安裝緊固到位后，伸出鐵芯槽
口40 mm，用滌綸護套玻璃絲繩逐槽按線圈和槽楔
成對綁扎緊固并使所有線圈形成一個整體，增加了
端部槽楔自身穩定性和整體穩定性。
4.3 端部槽楔輔助固定方式改進
傳統方式為槽楔端部加適型氈的輔助固定方
式，由于適型氈與槽楔接觸部位較小且剛性較差力
度較小，在端部槽楔竄動力度較大時無法徹底頂住
槽楔的竄動，容易出現槽楔將適型氈頂開和頂錯位
情況。為配合新型端部槽楔綁扎固定方法，從單個槽
楔竄動力度的有效吸收和整體竄動力度的分散考
慮，以線圈表面圓周長及弧度為基準，設計新型專用
玻璃鋼擋板，6 根線圈為一組，共100 塊，上、下端部
各50 塊，用滌綸護套玻璃絲繩逐槽和線圈綁扎緊
固，整圈形成一個整體（見圖1~2）。
4.4 中間段槽楔安裝
槽楔、半導體平墊、環氧調整平墊、波紋墊的作
用是作為線圈的徑向固定，阻止運行中線圈的徑向
位移，由于槽楔塊的厚度為定值，線槽深度也是定
值，故線槽內槽楔和上層線圈的間隙是定值，因此槽
楔的壓緊度可通過在波紋墊片和線圈間填入厚度不
同的環氧平墊條來調整。用小銅錘敲擊槽楔聽聲音
來感覺楔塊振動、柱塞千分尺測量波紋墊片峰谷值
控制波紋墊片幅度為0.45 mm 的方法來檢查槽楔安
裝的松緊度，并在槽楔的接口部位涂適量環氧樹脂
圖1 新型專用玻璃鋼擋板固定后局部實圖
圖2 新型專用玻璃鋼擋板固定后整體實圖
淵下轉第70 頁冤
周紹鴻，等：第8 期 抽水蓄能發電機定子槽楔松動原因分析及處理 61
圈在環形槽內，鋼絲繩可以在環形槽內轉圈，形成另
外一個吊點，見圖1。
（6）使用框式水平儀，調整吊頭水平，在吊頭安
裝過程中，吊頭每旋轉3 到4 圈，就要在吊頭尾部測
量一次水平，如果測量發現水平不夠，就使用上方鏈
條葫蘆調節。
（7）再在吊頭穿銷孔與螺紋一側之間，焊接一環
形工裝，可以穿鋼絲繩，利用電動葫蘆，實現吊頭勻
速按照要求旋轉轉圈。
（8）吊頭安裝之前在活塞桿螺紋上涂少量二硫化
鉬潤滑劑。
（9）剛開始內外螺紋旋合對接時，對準活塞桿外
螺紋，輕輕轉動吊頭，確認內、外螺紋絲扣已經互相
旋合，再使用長木頭，插在吊頭穿銷孔內，旋轉吊頭。
速度不可太快，遇到較大阻力時候，不可強行使勁，
而是將吊頭回轉一部分，再旋轉吊頭。在此過程中，
要用框式水平儀不斷測量吊頭的水平。吊頭內螺紋
進入8 個左右絲扣后，由于是細牙的，隨著內外螺紋
之間絲扣越來越多的旋合，摩擦阻力也越來越大，使
用長木頭就難以旋轉動吊頭，這個時候就要改用電
動葫蘆來旋轉吊頭。內外螺紋之間已經有8 個絲扣
的旋合后，基本上內外螺紋旋合沒有問題，只要使用
電動葫蘆旋轉吊頭，直到最后順利的將新吊頭旋合
上油缸活塞桿。
7 油缸吊頭安裝過程中注意事項
（1）在螺紋處理和吊裝過程中，要對油缸吊頭和
活塞桿外螺紋進行保護，防止由于工器具等使用不
當而使螺紋受到損傷。
（2）吊裝前，要對起重用的鏈條葫蘆、吊帶、鋼絲
繩、卸扣等進行仔細檢查，確認完好，防止在起重作
業過程中發生意外。
（3）吊頭內螺紋與活塞桿外螺紋旋合過程中，外
力使用要小心翼翼，不得使蠻力，防止野蠻安裝導致
螺紋配合憋勁，為以后的拆裝留下隱患。
8 結束語
五強溪電廠5 號機組進水口快速閘門吊頭螺紋
損壞缺陷處理，其難點就是內外螺紋修復、吊頭與活
塞桿之間螺紋旋合安裝。本次螺紋修復方法、采用的
安裝步驟和工藝，尤其是對吊頭整體加溫后再安裝，
為以后水電廠遇到同類技術難題有一定的借鑒作
用。從這次5 號機組快速閘門檢修中發現的油缸吊
頭螺紋損壞、修復及安裝過程看，我們認為，快速閘
門整體重量，都通過此處M250×4 的螺紋來聯接承
重，已經使用近20 年，存在一定的安全隱患，需要著
手考慮逐年更換油缸吊頭和活塞桿。
參考文獻：
[1]濮良貴.機械設計[M].5 版.北京：高等教育出版社.
[2]鄧文英.金屬工藝學[M].3 版.北京：高等教育出版社.
[3]崔政斌,武鳳銀.起重安全技術[M].2 版.北京：化學工業出版
社.2009.
膠，使整個線槽槽楔成為一個連續的整體，有效的抑
制了單個槽楔出現松動后的竄動力。
5 結束語
決定定子線圈壽命的關鍵因素是作為隔離高電
壓銅導體與定子鐵芯的電氣絕緣，有效的發電機定
子線棒緊固系統能防止線棒因電氣應力、機械應力、
熱應力等因素造成線棒在線槽內產生運動，導致線
棒與鐵芯相摩擦損傷半導體涂層和主絕緣層。從黑
麋峰抽水蓄能電廠3 號、4 號機發電/ 電動機定子槽
楔竄動、松動情況看，發電/ 電動機工況的特殊性、
槽楔安裝固定施工質量及端部槽楔安裝固定方法為
定子槽楔竄動、松動主要原因，端部楔塊結構及綁扎
方法的改進和端部槽楔輔助固定方式的改進，可為
同類型機組定子端部槽楔安裝固定提供參考。
參考文獻：
[1]余維坤.三峽電廠發電機定子線棒固定技術[J].中國三峽建
設，2004，11（6）.
[2]張丹.抽水蓄能機組定子槽楔大修工藝[J].大電機技術，2006（4）.
淵上接第61 頁冤
圖1 油缸新吊頭吊裝示意圖
70 水 電 站 機 電 技 術 第38卷

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11-03