高压大型汽轮发电机定子线圈主绝缘结构优化设计

摘要：本文对高压大型汽轮发电机定子线圈制造技术进行了介绍。对线圈的制造设备、工装工具和工艺方面的有所创新与改进，并进行了大量的试验，用多胶模压工艺制造出了高压大型汽轮发电机定子线圈，产品性能优异。

关键词：高压大型汽轮发电机、定子线圈、优化设计

中图分类号： S611 文献标识码： A

一、前言

高压大型汽轮发电机因为具备高效能的特性，是未来高压大型汽轮发电机的发展方向。定子线圈作为发电机的关键部件，其质量情况直接对整个机组的使用期限产生影响。当前，国内外生产制造的高压大型汽轮发电机定子线棒多数使用少胶VPI技术，用多胶模压技术生产百万线棒，其生产难度加大，所以应当注重研究线圈制造技术，保障高质量的完成线圈制造任务。

二、高压大型定子线圈的构造特征及技术瓶颈

1、定子线圈外形构造特征

高压大型汽轮发电机定子线圈拥有电压等级高、外形尺寸大、导线所使用的空芯线壁薄，线圈生产制造工艺复杂等特点，详细数据如表1所示

2、定子线圈水盒焊接和密封要求

此线圈水盒是分体式结构，即水盒和水盒盖两结构，焊接困难，且其下线后上下层为铜管硬衔接插接形式，需要线圈水盒角度完全相同，焊接后对密封性要求十分高，密封压力要求达到2.1MPa，远高于一般线圈要求。所以对水盒装配、焊接及密封试验器材等提出了更严格的标准。

三、高压大型定子线圈导线制造工艺的研究

1、导线充填材料的选定

为预防压制后导线侧面出现缝隙，影响线圈模压后质量，即要确保填充饱满，同时还具有足够的强度，防止后面出现开裂，影响产品质量，同时必须保障压缩量不可过大，以防止引起空芯线形变而影响流量。在初期的测试线圈中使用了不同规格、材料的垫条和垫块实施测验，最终选择了用多胶云母板（HDJ-9）等材料进行合适垫制的方式，压制后填充饱满、空气流量完全满足设计标准。

2、直线固化技术的选定

依据以前相似产品的压制工艺，选定导线压制为外加热，采取两次加压，即初压和全压的压制工艺。同时因为该线圈为四排导线结构，一旦压制后存在短路现象将很难修复，所以在选定入模初压后先实施一次短路测试，一旦短路可及时修复后再实施直线胶化压制。

3、导线予弯、成型工艺探究

导线预弯：因为其空芯线壁薄，且线圈较多，在成型过程中一方面要预防压力过大导致空芯线形变，同时也需预防产生串线问题。通过多次测验后将预弯模具的型腔大小实施了适当改动，确定了最适的型腔大小，既确保预弯后表层平整，又规避空芯线形变。成型：成型时在端部和出槽口之间的距离垫放钢纸预防成形时串线，在弯制引线转角时使用了月牙块形上压结构，在弯制的过程中不停拧紧上压，规避了引线段因为电磁线带玻璃丝向去丝转变高度方向改变而导致瓢线问题。此外将压制好的导线实施校准，确保成型模和热压模相同。

4、导线固化技术的探讨

此产品电压等级高、空芯线壁薄，导线尺寸小会引起空芯线形变、尺寸大会影响绝缘厚度，措意导线尺寸标准更为严格，但因为该导线线圈多、端部大，尺寸很难掌握。为保障导线尺寸及压制后平整，在提制工具时要求增加衬板强度，并适当增加了端部各位置压力，尤其是在组装正常油缸空间不足的部位提制了小油缸，保障了各位置压力，压制后的线圈符合设计图纸要求。

四、高压大型定子线圈水盒组装及焊接工艺的选择

1、砂光：因为此产品组装水盒位置和转角之间距离过近，要求砂光时不可将铜线分得太大，否则复形难度加大并容易呆滞两侧空芯线破坏形变，措意使用高度小的砂光器具实施砂光。

2、复型：因为此线圈组装水盒部位的影响，砂光后复形位置的缺点十分困难，这会水盒焊接的精确性产生直接的影响。采用样板实施复型，运用时确保样板前端及R处与线圈形状相同，然后校正引线位置和样板相同。然后用专门工具划水盒组装线，为了预防水盒组装后在运作过程中位置移动，在组装线外再加划一条检测线，在焊接前查看水盒位置是否精确，然后用垂直线检测划线是否垂直。

3、水盒组装：按图纸要求组装水盒后再次用垂直线检测是否垂直。

4、水盒焊接：按焊接工艺标准焊接完成水盒后对水盒内腔实施清理，去除表面氧化层。

5、水盒盖焊接：东芝公司百万线圈水盒焊接使用卧式结构，且水盒与水盒盖是一整体结构，焊接时不加焊料，直接充保护气体焊接，焊后水盒内腔几乎无氧化。而使用浇铸式焊接，且是分体结构，这都使得了保护的难度增加。在投产前期，实施多项的实际测验，最终选定了最佳的衔接方式和防护气体氩气，保障了焊接效果。

6、气密试验密封工具的确定：百万线圈气密试验压力要求是2.1MPa，因此对气密测验密封工具提出了更为苛刻的要求，经过多次测验能够确定了最适的密封工具结构，保障了气密测验的顺利实施。

五、线圈绝缘模压技术的选定

1、绝缘包扎

百万线圈使用进口数控包带机包扎，并依据线圈不同部位选定不同的包扎方式，如直线转角剪内R工艺，引线转角去丝部位大面垫云母带的包扎方式，保障不同位置的绝缘层数和厚度匀称性，并选定了既不拔丝、又无褶皱的最适包扎张力，保障了绝缘包扎的质量。依据压制过后的线圈外形和电气性能选定了最适的主绝缘包扎层数。

2、防晕处理

因为此线圈防晕段使用多级防晕的全防晕结构，此外热压模端部模腔尺寸没有采取放大，为了不改变原先设计，在保障防晕效果和电性能的前提下使用了减薄结构的防晕材料，以降低对主绝缘的影响，压制后电性能测试完全满足标准。

3、线圈主绝缘固化技术

模压质量的好坏直接影响了线圈的质量，而此线圈截面积大、直线长，对模压工装、技术要求因此变得更为苛刻，必须实施创新与改良才可以达到产品性能标注。

4、工装改良

工装工具是保障线圈几何大小和空间构造的核心所在，为增加线圈的生产质量，工具结构等方面实施了改良，其中对主要的热压模实施了如下改良：

（1）端部直线及引线转角部位增添小油缸，保障端部大小满足要求。

（2）衬板使用硬度好的材料，不仅减少电能消耗，还能够保障了导线压制的匀称性。

（3）导电夹子选用框体结构并固定导电铜板，确保引线位置是一样的。

（4）端部铰链增添淬火轴套，而插销不进行淬火，同时使用平口衔接，压制过后基本上不存在痕迹。

5、工艺技术探究

因为该线圈直线长，为预防上卸模时损伤线圈，改良了吊装工具，实现了用吊装卸模的工艺；为防止铰链位置上卸模时磕伤线圈，制作了防磕伤样板等改进。根据压制过程中的温差确定了最佳的升温速度和加压温度，保证了模压线圈的质量。通过以上改进措施，压制的线圈外形尺寸和电气性能完全达到设计要求，试验线圈电性能见表2和表3所示。

六、结语

多胶绝缘体系国内从六十年代开始发展，经过四十多年的生产、改进，已形成了成熟的绝缘体系，现已投人使用的火电机组最高额定电压已达到24kV，水电机组最高额定电压也达到20kV。并且对于多胶模压来说，其生产工艺及设备要求都较低，下线后，线圈端部的一致性和截面尺寸也较好，但生产效率较低，适用于额定电压、工作场强不是特别高，而端部空间下线又很紧张的机组。少胶VPI绝缘体系相对来说所使用的材料及管理费用都较高，但其生产效率高，且能提高线圈电气性能，特别是在降低线圈主绝缘的介质损耗增量和提高绝缘热老化寿命方面最为优异。随着发电机容量的不断提高，其额定电压也在不断提高，减薄绝缘厚度，能够提高电机单位体积的容量，有利于优化电机设计参数，所以，一些高电压等级和高工作场强的线圈必须采用少胶VPI绝缘体系，‘以满足市场经济不断发展的要求。

参考文献：

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[2] 郑刚 朱光华：《汽轮发电机定子线棒局部放电检测方法的探讨》，《上海大中型电机》，2012年01期

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