Левин А. М.
В энергосистемах России эксплуатируется большое количество турбогенераторов, на которых срок эксплуатации статорных обмоток превысил 25-30 лет и по результатам профилактических испытаний или визуального осмотра возникает необходимость их замены. В этом случае можно значительно снизить затраты, если вместо приобретения нового комплекта стержней восстановить изоляцию существующих.
При восстановлении стержней меняется корпусная изоляция без замены изоляции элементарных проводников. Часто высказываются опасения о состоянии изоляции элементарных проводников на турбогенераторах, имеющих стержни статорной обмотки с компаундированной изоляцией, из-за ионизационного старения связующего, вызванного появлением зазора между плетеным стержнем и первым слоем корпусной изоляции.
Однако для обмоток турбогенераторов на напряжение до 10,5 кВ включительно эти процессы происходят достаточно медленно [1] и, кроме того, очень легко оценить состояние изоляции визуально и проверкой элементарных проводников на замыкание.
Для восстановления стержней необходимо восстановить прямолинейность пазовых и форму изгиба лобовых частей, иначе их укладка с термореактивной изоляцией будет невозможна (как известно, лобовые части имеют форму эвольвенты, наложенной на поверхность усеченного конуса с углом отгиба 22°30' для нижних и 18-20° для верхних стержней).
Отклонения формы лобовых частей компаундированных стержней от чертежа вызваны индивидуальной подгонкой при укладке стержней в горячем состоянии, а прямолинейность пазовой части неизбежно нарушается при выемке стержня.
Восстановление формы стержня, а также запечка корпусной изоляции производятся в специальной пресс-форме, изготовить которую несложно даже в условиях электростанции.
Пресс-форма представляет собой приспособление с винтовыми струбцинами и прессующими прямолинейными планками для пазовой части стержня и приставными конусами с фигурными планками для лобовых частей стержня.
В качестве прессующих планок для пазовой части по широкой стороне стержня могут быть использованы швеллеры (для стержней турбогенераторов мощностью 30 МВт применялся швеллер № 12, а 60 МВт - № 14), а по узкой стороне цельные или составные планки (составные планки можно изготовить на любом фрезерном станке). Конусы для лобовых частей (в виде 1/4 части усеченного конуса) изготавливаются из листовой стали любой марки толщиной 5-15 мм.
Фигурные планки для лобовых частей выполняются из сваренных между собой двух полос листовой стали толщиной 2,5 - 3 мм и высотой на 15-20 мм больше высоты сечения лобовой части стержня, между которыми заложены дистанционные распорки.
Формуются и свариваются полосы по образцовому стержню, а при его отсутствии - по разметке на поверхности конусов для лобовых частей стержня.
Для этого на лист плотной бумаги, в масштабе 1:1, переносится с заводского чертежа кривая выгиба лобовых частей обмотки для наружного и внутреннего слоев на развертке конусной поверхности. Если заводской чертеж стержня для данной обмотки отсутствует, то указанная кривая может быть построена самостоятельно [2]. Затем чертеж накладывается на боковую поверхность конуса и контур кривой переносится на его поверхность. После этого на конусах необходимо проверить угол смещения головок стержня со стороны турбины и возбудителя по отношению к пазовой части. Этот угол в градусах может быть вычислен по формуле а = 180° y/z, где а - угол смещения головки стержня по отношению к пазовой части, град.; у - шаг обмотки со стороны соответственно турбины и возбудителя; z - число пазов статора.
Восстанавливается форма стержня в прессформе планками пазовой и лобовой частей после его нагрева до температуры 70 - 80°С током (0,7 - 0,8)Iном со старой корпусной изоляцией, так как при правке лобовых частей стержня без корпусной изоляции может произойти смещение элементарных проводников. Если восстанавливаются стержни с термореактивной изоляцией, то восстановления формы стержней, как правило, не требуется.
Выбор материалов для изоляции стержня ничем не отличается от аналогичного выбора изоляции обмоток высоковольтных электродвигателей [3]. Для стержней на напряжение 10,5 кВ не рекомендуется применять стеклослюдинитовую ленту с подложкой из полиэтилентерефталатной пленки, в связи с тем, что она является некороностойким материалом [4].
Выпечка изоляции выполняется в пресс-форме при температуре 150- 160°С с электронагревателями в прессующих планках либо нагревом стержня током.
Более предпочтителен первый вариант (хотя при этом несколько усложняется конструкция пресс-формы), так как нагрев изоляции идет от наружных слоев к внутренним, вследствие чего появляется возможность более точного контроля максимальных значений температуры изоляции.
Для нагрева пазовых частей нами были встроены нагреватели из полосы Х20Н80 сечением 20 х 1 мм (по две полосы в каждый швеллер) с изолирующими планками из асбоцемента, для лобовых частей - изолированная стекломикалентой проволока из того же сплава диаметром 2 мм.
Питание нагревателей пресс-формы осуществлялось от вторичной обмотки сварочного трансформатора, при этом ток нагревателей пазовой части составил 150 - 200 А, лобовой - 20 - 30 А.
Укладка стержней и изолировка головок производятся по обычной технологии. Необходимо обратить особое внимание на выполнение изоляции соединения выводных шин со стержнями линейных выводов генератора, так как в указанных местах наиболее часто происходят короткие замыкания в лобовых частях.
Длительная и надежная работа статорной обмотки генератора во многом зависит от качества выпечки препрега в лобовых частях обмотки. Главная проблема, возникающая при использовании для нагрева электрокалориферов, - значительная разница температур низа и верха лобовых частей обмотки. Поэтому для выравнивания температур рекомендуется под нижними частями лобовых частей установить лампы накаливания мощностью 500 - 1000 Вт или термоэлектронагреватели, включенные (с целью снижения температуры нагрева) на пониженное в 1,7-2 раза напряжение.
Окончание процесса запечки можно определить по отверждению образцов препрега, размещенных в четырех - шести точках лобовых частей обмотки с каждой стороны.
По указанной технологии в период с 1996 по 2003 г. был выполнен ремонт статорных обмоток на 8 турбогенераторах мощностью от 25 до 60 МВт.
Выводы
- С целью снижения затрат на ремонт статорных обмоток турбогенераторов мощностью до 100 МВт вместо приобретения нового комплекта стержней может быть выполнено восстановление изоляции существующих.
- Восстановление формы пазовых и лобовых частей, а также прессовка и выпечка изоляции стержней статорных обмоток турбогенераторов выполняются с помощью простейшей пресс-формы, изготовить которую можно даже в условиях электростанции.
- Для выравнивания температур при выпечке препрега электрокалориферами рекомендуется под нижними частями лобовых частей организовать дополнительный подогрев лампами накаливания или термоэлектронагревателями.
Список литературы
- Куликовский В. Б. Работа изоляции в генераторах. Возникновение и методы выявления дефектов. М.: Энергоиздат, 1981.
- Турбогенераторы. Расчет и конструкция / Титов В. В., Хуторецкий Г. М., Загородная Г. А. и др. М.: Энергия, 1967.
- Левин А. М/ Выбор технологии при ремонте статорных обмоток электродвигателей мощностью свыше 100 кВт. - Энергетик, 1993, № 4.
- Бернштейн Ё.М/ Изоляция электрических машин общего назначения. М.: Энергоиздат, 1981.
