空冷350MW汽輪發(fā)電機定子線圈制造技術(shù)研究

矯 建 偉

(哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱 150040)

前言

空冷 350MW 汽輪發(fā)電機是哈電機公司自主研發(fā)的新型火電產(chǎn)品，此項產(chǎn)品的研發(fā)，使哈電機公司的火電產(chǎn)品更加多樣化，增強了在市場上的核心競爭力。定子線圈作為核心部件，目前線圈結(jié)構(gòu)趨勢向著高電壓、大容量、薄絕緣發(fā)展，這對我公司多膠模壓制造工藝是一個全新的考驗。經(jīng)過前期的直線試驗樣棒、真機試驗樣棒的工藝試驗后，通過對相關(guān)試驗數(shù)據(jù)的積累、研究，最終確定了工藝路線、工具結(jié)構(gòu)及相關(guān)材料的選用。經(jīng)過首件產(chǎn)品試制和首臺產(chǎn)品制造，線棒幾何尺寸和電性能指標均達到優(yōu)等品要求。

1 結(jié)構(gòu)特點

1.1 線圈電性能要求高

空冷 350MW 汽輪發(fā)電機定子線圈額定電壓21kV，是哈電機公司空冷產(chǎn)品中額定電壓等級最高的，單邊絕緣厚度 3.8mm，工作場強高。目前，國外和國內(nèi)定子線圈的結(jié)構(gòu)都在向薄絕緣、高電壓等級這個方向發(fā)展，并且在空冷線圈的生產(chǎn)制造上都采用少膠云母帶配合單只線棒真空壓力浸漆（SVPI）工藝技術(shù)進行生產(chǎn)，對哈電機公司現(xiàn)有的多膠模壓工藝技術(shù)水平又將是一個新的考驗。

哈電機公司部分空冷產(chǎn)品相關(guān)電性能數(shù)據(jù)對比見表1。

表1

1.2 線圈型線特殊

該線圈漸開線形狀復雜，截面尺寸高寬比大。線圈總長 7997mm，為當前空冷線圈最長。直線轉(zhuǎn)角過渡半徑50mm，端部大，予彎成型難度大，容易串線。線圈截面尺寸高寬比也是當前火電產(chǎn)品最大的，對絕緣包扎及線圈絕緣壓制要求嚴格。

哈電機公司部分空冷線圈截面尺寸對比見表2。

表2

2 攻關(guān)過程

2.1 編織壓換位直化序

空冷 350MW 定子線棒換位結(jié)構(gòu)為完全換位，為了降低線棒制造成本，根據(jù)此項要求參考現(xiàn)有產(chǎn)品型號提出壓換位工具配備135MW定子線棒壓換位設(shè)備，嚴格控制壓換位質(zhì)量，保證導線型線尺寸。

按圖紙要求計算填充松漲量，并充分考慮填充質(zhì)量、導線強度等因素，填充材料既要保證壓制后的導線填充飽滿，避免出現(xiàn)墊條開裂、高度方向截面有縫隙，影響產(chǎn)品質(zhì)量；確定排間墊條及窄面墊條的材料及墊包工藝。排間墊放HDJ-9多膠粉云母板，經(jīng)過反復調(diào)整，確定多膠粉云母板墊放層數(shù)，以保證導線填充飽滿。

直線膠化，在工具預提時按一模兩壓工藝提制直化壓鐵。根據(jù)以往類似空冷產(chǎn)品的壓制工藝，確定采用外加熱方式。但由于線圈高寬比大，線圈直線長，直化隔板長容易變形、發(fā)瓢，在進行首件試驗時出現(xiàn)直化后線棒大面不平，線圈隔板啃線的情況。為保證產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量將直化壓鐵進行改版，產(chǎn)品質(zhì)量得到明顯改善。

2.2 導線端部予彎、成型、壓制

經(jīng)過試驗后確定，將預彎模具的型腔尺寸進行適當調(diào)整，確定最佳的型腔尺寸，保證預彎后表面平整、型線準確。

線圈端部型線復雜、截面大、股線匝數(shù)多，直線轉(zhuǎn)角過渡半徑僅有 50mm。為了避免在線圈成型時出現(xiàn)引線轉(zhuǎn)角R、直線轉(zhuǎn)角R不同程度串線和端部大面發(fā)瓢情況，采用成型時在端部和出槽口排間間隔墊放紅鋼紙的工藝，防止成型時串線。在端部增加卡具，使端部壓力更加緊密、均勻，端部能夠完全與側(cè)鐵進行貼附。在彎制引線轉(zhuǎn)角時采用了“月牙塊”形上壓塊結(jié)構(gòu)，彎制過程中要求不斷擰緊上壓，避免由于引線位置由不去絲向去絲過渡高度方向變化而引起瓢線現(xiàn)象。

該產(chǎn)品電壓等級高，要嚴格控制導線尺寸。線匝多、端部大，加大了端部導線尺寸控制的難度。為克服以上困難，我們采取了一系列措施：適當增加端部各部位壓力；采用液壓與手扳壓力相結(jié)合加壓等方式。為防止在模具制造機及模具安裝過程中不可避免的誤差對線棒成品質(zhì)量造成的影響，保證成型模與熱壓模一致，將在熱壓模壓制完成的導線再進行校型，有效的保證了壓制后的線棒完全滿足圖紙要求。

2.3 主絕緣包扎及防暈處理工藝

主絕緣采用數(shù)控包帶機連續(xù)包扎（見圖1），并根據(jù)線棒不同位置確定不同的包扎方法，如直線轉(zhuǎn)角剪內(nèi)R；引線轉(zhuǎn)角去絲位置大面墊云母帶，保證不同位置的絕緣層數(shù)和厚度均勻性，并確定了既不拔絲、又無褶皺的最佳包扎張力，保證了絕緣包扎的質(zhì)量。產(chǎn)品直線過渡轉(zhuǎn)角R僅為50mm，線圈在此處形成了一個急彎，采取在此處進行剪R操作，能夠更好的保證線圈轉(zhuǎn)角的尺寸要求和絕緣均勻性。經(jīng)過反復試驗最終確定了最佳包扎層數(shù)。

防暈結(jié)構(gòu)采用分級防暈處理的防暈結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的防暈材料厚度較普通產(chǎn)品薄，避免防暈層過多地占用主絕緣厚度尺寸，有效的保證了主絕緣厚度和包扎層數(shù)。另外，此結(jié)構(gòu)熱壓模端部的模腔尺寸不用放大，也有效的保證了下線后線棒端部斜邊間隙。

圖1 采用數(shù)控包帶機進行主絕緣包扎

2.4 線圈主絕緣固化工藝

線圈的模壓質(zhì)量直接決定線圈質(zhì)量的好壞，而該線圈額定電壓高、截面大、直線長、轉(zhuǎn)角R小、端部大，對模壓工裝、工藝要求就更加嚴格，必須對傳統(tǒng)熱壓工具、工藝進行改進以滿足產(chǎn)品性能要求。

工具改進：

（1）熱壓模端部直線及引線轉(zhuǎn)角位置增加油缸和手板壓力卡具，確保端部尺寸符合要求。

（2）加大端部動側(cè)板厚度，減少變形，有利于保證端部尺寸。

（3）采用燃機模具導電夾子結(jié)構(gòu)，確保引線空間位置準確、絕緣均勻。

模壓過程中，根據(jù)線棒長、截面大的特點，控制線棒的升溫速度，使線棒內(nèi)外溫度均勻，嚴格控制加壓時間、順序，最大程度降低模壓工藝的分散性，使產(chǎn)品質(zhì)量得到改善，確保模壓后線圈外觀質(zhì)量、幾何尺寸、絕緣整體性及電氣性能達到質(zhì)量要求。

3 性能評定

3.1 介質(zhì)損耗性能及擊穿電壓(見表3)

表3 (kV)

3.2 局部放電量(見表4)

表4 (pc)

3.3 電暈試驗

全臺定子線棒60kV下，60s耐壓過程中均未起暈。

4 結(jié)論

（1）空冷350MW汽輪發(fā)電機定子線棒生產(chǎn)，從完成前期試驗并制造出成品線棒，克服了多處制造難關(guān)。在該產(chǎn)品的試驗研究和生產(chǎn)過程中，進行了設(shè)備和工裝的改進，定子線棒的空間形狀、幾何尺寸、電氣性能等都達到了技術(shù)要求，證明了相關(guān)的工藝、工裝研究是科學合理的，提升了哈電機公司定子線棒生產(chǎn)制造能力和工裝、工藝水平，使哈電機公司的線圈制造工藝水平邁上了新的臺階。

（2）該線圈的研制成功，表明了哈電機公司用傳統(tǒng)多膠模壓工藝完全可以制造大高寬比空冷汽輪發(fā)電機定子線棒，為哈電機公司今后更大容量的空冷電機定子線棒的制造奠定了堅實的基礎(chǔ)，提供了寶貴的經(jīng)驗。

（3）空冷350MW汽輪發(fā)電機定子線棒的生產(chǎn)制造，使哈電機公司的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更加多樣化，增強了哈電機公司市場核心競爭力。