大型空冷調(diào)相機(jī)監(jiān)造總結(jié)及典型問題分析

涂 曉

（國網(wǎng)江蘇省電力工程咨詢有限公司，江蘇南京 210011）

0 引言

作為動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，調(diào)相機(jī)在提供無功支撐、減少直流換相失敗等方面具有獨特優(yōu)勢，逐漸在電網(wǎng)中廣泛應(yīng)用。本文介紹某300 MVar 空冷調(diào)相機(jī)的結(jié)構(gòu)特點，并總結(jié)生產(chǎn)制造過程中的監(jiān)造要點。

1 調(diào)相機(jī)結(jié)構(gòu)特點

調(diào)相機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量控制要求高，只有充分掌握調(diào)相機(jī)結(jié)構(gòu)特點，理解主要工序生產(chǎn)要點，才能做好制造全過程的質(zhì)量監(jiān)督。

1.1 總體結(jié)構(gòu)

調(diào)相機(jī)包括本體、勵磁系統(tǒng)、升壓變、起動系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、油系統(tǒng)、監(jiān)控和保護(hù)系統(tǒng)等，其中本體由定子、轉(zhuǎn)子、軸承、勵磁裝置、盤車裝置、隔音屏等組成，采用空氣冷卻方式及自并勵靜止勵磁系統(tǒng)。

1.2 定子的結(jié)構(gòu)特點

定子由外機(jī)座、定子鐵心、定子繞組等構(gòu)成。

（1）外機(jī)座為鋼板焊成的上下兩半的殼體結(jié)構(gòu)，通過高強(qiáng)螺栓固定為整體，具有足夠的強(qiáng)度和剛度，外機(jī)座內(nèi)間隔布置多個冷熱風(fēng)區(qū)。下半機(jī)座設(shè)置四處彈簧座，采用焊接方式將彈簧立板與彈簧座聯(lián)接。

（2）定子鐵心由0.5 mm 厚扇形無取向硅鋼片堆疊而成，硅鋼片表面涂刷絕緣漆，絕緣采用F 級、按B 級溫升考核。鐵心共一百余段，段間以通風(fēng)槽鋼間隔形成徑向風(fēng)道，通過軸向定位筋與徑向箍環(huán)、支撐環(huán)收緊，與端部壓圈連接固定形成整體結(jié)構(gòu)，并使用高強(qiáng)螺栓與彈簧立板聯(lián)接，與外機(jī)座形成隔振結(jié)構(gòu)。

（3）定子線棒共72 根，由漆包銅扁線繞制而成，使用專用模具成型，絕緣層為F 級環(huán)氧云母帶經(jīng)真空壓力浸漬和防暈處理而成，具有良好的絕緣性能和機(jī)械性能。定子槽內(nèi)固定切向選用F 級高強(qiáng)度半導(dǎo)體墊條、徑向選用波紋墊片和高強(qiáng)槽楔，使線棒與鐵心槽部緊密配合，形成良好接觸以降低槽電位。定子繞組端部通過浸膠綁繩與3 圈綁環(huán)連接固定至鐵心端部，形成整體避免線棒松動。

1.3 轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)特點

轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子繞組、護(hù)環(huán)、中心環(huán)、集電環(huán)、轉(zhuǎn)子風(fēng)扇等組成。

（1）轉(zhuǎn)軸為25Cr2Ni3MoV 高強(qiáng)合金鋼整體鍛造而成，本體上共加工有32 道嵌線槽，嵌線槽上半部分放置繞組，下半部分作為軸向冷卻風(fēng)道。轉(zhuǎn)軸大齒上加工橫向月牙槽以平衡大、小齒方向剛度。

（2）轉(zhuǎn)子繞組由含銀銅線焊接成圈狀，槽部開有冷卻風(fēng)道，匝間絕緣采用F 級環(huán)氧層壓玻璃布板，成型槽襯由復(fù)合絕緣材料壓制而成，槽底墊條為F 級環(huán)氧層壓玻璃布板。繞組連接采用燕尾槽對接釬焊方式，經(jīng)熱壓型后裝配槽楔。端部槽楔為鋁青銅材料，其余為鎳鉻不銹鋼，槽楔下方安裝有通長阻尼繞組以應(yīng)對負(fù)序電流。

（3）護(hù)環(huán)為非磁性高強(qiáng)度合金鋼，熱套固定于繞組端部以保護(hù)轉(zhuǎn)子線圈。集電環(huán)為耐磨合金鋼，采用熱套工藝裝配，與轉(zhuǎn)軸間襯以絕緣套筒。轉(zhuǎn)子繞組通過引出線、導(dǎo)電螺釘、導(dǎo)電桿與集電環(huán)連接，轉(zhuǎn)子兩端均有軸流式風(fēng)扇以產(chǎn)生定子和轉(zhuǎn)子冷卻風(fēng)。

1.4 輔機(jī)系統(tǒng)

輔機(jī)系統(tǒng)包含潤滑油系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、本體在線監(jiān)測裝置等。

（1）潤滑油系統(tǒng)主要為調(diào)相機(jī)啟停時頂起軸承、正常運行時提供潤滑油及潤滑油的貯存、輸送和凈化，包含貯油箱、潤滑油站、油凈化裝置和應(yīng)急潤滑油箱等設(shè)備。

（2）冷卻水系統(tǒng)以自來水作為冷卻介質(zhì)，用于冷卻定子、轉(zhuǎn)子冷卻風(fēng)，包括循環(huán)泵、空氣冷卻器等設(shè)備。

（3）本體在線監(jiān)測系統(tǒng)用于采集分析調(diào)相機(jī)振動、匝間短路、軸電流、絕緣過熱等各類工況參數(shù)，包含溫度傳感器、速度傳感器、電渦流傳感器等各類監(jiān)測裝置及集中信號處理分析系統(tǒng)。

2 調(diào)相機(jī)監(jiān)造要點及典型問題分析

調(diào)相機(jī)監(jiān)造采取駐廠監(jiān)造的方式，對制造廠的質(zhì)量管理體系和運行情況進(jìn)行核查，檢查主要原材料、組部件的質(zhì)量證明文件、試驗檢驗報告以及進(jìn)廠試驗報告，檢查擬采用的新技術(shù)、新材料、新工藝的鑒定資料、試驗報告等文件，檢查主要工序生產(chǎn)工藝設(shè)備、操作規(guī)程、檢測手段、測量試驗設(shè)備和有關(guān)人員的上崗資格、設(shè)備制造和裝配場所的環(huán)境，監(jiān)督見證設(shè)備及關(guān)鍵組部件的制造工序、工藝和制造質(zhì)量，監(jiān)督見證設(shè)備生產(chǎn)制造過程的檢驗和測試，審查制造廠的設(shè)備出廠試驗方案并通知監(jiān)造委托人，監(jiān)督見證設(shè)備出廠試驗過程，檢查設(shè)備包裝質(zhì)量、存放管理和裝車發(fā)運準(zhǔn)備情況。

2.1 原材料、組部件的監(jiān)造要點

調(diào)相機(jī)關(guān)鍵原材料、組部件（包括轉(zhuǎn)軸、護(hù)環(huán)、中心環(huán)、轉(zhuǎn)子槽楔、風(fēng)葉、集電環(huán)、轉(zhuǎn)子銅線、導(dǎo)電螺釘、硅鋼片、定子銅線、定子引線銅排、定子壓圈、銅屏蔽、電流互感器、軸承座和軸瓦、空氣冷卻器等），采取文件見證方式，重點核查原材料和組部件的供應(yīng)廠家和型號規(guī)格是否符合合同及技術(shù)協(xié)議要求，關(guān)鍵性能參數(shù)是否滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及設(shè)計文件要求，并采取現(xiàn)場對照檢查的方式，核查實物與文件的一致性。對主要性能參數(shù)有疑義的，可要求制造廠提供理論校核證明，或在報請監(jiān)造委托人同意后，要求制造廠送第三方檢測機(jī)構(gòu)檢驗。

2.2 監(jiān)造過程中存在的典型問題

（1）在審查定子壓圈質(zhì)量證明文件時發(fā)現(xiàn)其材料為球墨鑄鐵，并現(xiàn)場確認(rèn)其具備鐵磁性，與制造廠在投標(biāo)文件聲明的“鐵心端部結(jié)構(gòu)件采用非磁性材料”不符。

（2）制造廠出具書面解釋，確認(rèn)定子壓圈不符合材料學(xué)定義的非磁性材料，但相對于硅鋼片而言導(dǎo)磁性差別較大，如能保證溫升有足夠裕度，采用球墨鑄鐵壓圈具有高強(qiáng)度等優(yōu)勢，能保證定子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。制造廠提供了定子端“部球墨鑄鐵壓圈+磁屏蔽+銅屏蔽”結(jié)構(gòu)的溫升仿真結(jié)果，按參考溫度考核，最高溫升和最高溫度均遠(yuǎn)小于合同考核標(biāo)準(zhǔn)，具有充足的裕度。報請監(jiān)造委托人后同意制造廠答復(fù)，允許壓圈采用球墨鑄鐵材料。

2.3 制造過程的監(jiān)造要點

制造過程是形成設(shè)備實體的關(guān)鍵階段，需要從人、機(jī)、料、法、環(huán)等各影響因素入手，使全過程質(zhì)量均滿足設(shè)計及工藝文件要求，才能確保最終成品質(zhì)量。

2.3.1 定子鐵心裝配過程

鐵心片由成卷硅鋼片經(jīng)沖片、去毛、表面涂漆等工序組成：沖片前抽查硅鋼片表面清潔、平整、無銹跡；沖片后應(yīng)見證首件尺寸，確認(rèn)槽型、等分度、內(nèi)外圓半徑等尺寸符合設(shè)計要求后方可投入連續(xù)生產(chǎn)；去毛后應(yīng)見證毛刺、光亮帶符合工藝要求；涂漆后應(yīng)見證漆膜厚度、絕緣電阻、固化度、附著性符合工藝及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求；轉(zhuǎn)序過程中應(yīng)做好成品保護(hù)，防止漆膜受損或被污染。

整個鐵心均由人工堆疊而成，疊片開始前應(yīng)檢查工裝平臺的水平度、壓圈與工裝的同心度。疊片過程中，應(yīng)定期巡檢檢查每疊張數(shù)、相鄰兩層錯開距離、段數(shù)、每段段長應(yīng)符合設(shè)計要求，確認(rèn)端部刷膠、齒部墊平方式、通風(fēng)槽尾部朝向、測溫元件布置等特殊工藝點符合要求；定期現(xiàn)場見證壓緊過程，確認(rèn)施加壓力、施壓次數(shù)、鐵心長度、垂直度、扭斜度、端面波浪度符合工藝要求；疊片完成后現(xiàn)場見證鐵心關(guān)鍵尺寸檢驗過程，確認(rèn)鐵心總長、內(nèi)徑、槽型、段長、壓緊量符合要求后方可轉(zhuǎn)入下道工序。

2.3.2 內(nèi)定子裝配過程

（1）裝配前應(yīng)檢查裝配間和鐵心的清潔度。端部絕緣支架和綁環(huán)裝配質(zhì)量直接影響到最終端部振動是否合格，應(yīng)重點檢查鐵心與支架、綁環(huán)的同心度偏差以及綁環(huán)與鐵心端面的平行度偏差符合設(shè)計要求，絕緣支架和彈性夾板固定螺栓緊固力矩應(yīng)嚴(yán)格遵守工藝文件，綁環(huán)與絕緣支架局部間隙應(yīng)填實，綁扎牢固、可靠。

（2）嵌線過程中應(yīng)由多人輕抬輕放，避免線棒彎曲變形，尤其在嵌入定子槽過程中應(yīng)做好防護(hù)，避免尖角損壞線棒絕緣。

（3）線棒端部與絕緣支架、綁環(huán)應(yīng)綁扎牢靠，間隙以浸漬毛氈填充緊實，槽內(nèi)半導(dǎo)體墊條、波紋墊片、適形墊條等應(yīng)合理布置，并用塞尺檢查緊實度。

（4）槽楔裝配時應(yīng)測量楔下波紋墊條壓縮量，保證槽楔松緊程度，并注意槽楔不得堵塞通風(fēng)孔道。

（5）端部引線連接一般采取釬焊方式，施焊前應(yīng)檢查焊工、焊材、焊接設(shè)備、焊接工藝均符合要求，焊接應(yīng)飽滿、熔合充分無明顯表面缺陷，尖端毛刺應(yīng)打磨干凈。

（6）焊接引線經(jīng)驗收合格后方可手包絕緣，應(yīng)檢查手包絕緣層數(shù)、厚度、繞包方式符合設(shè)計要求，繞包完成后應(yīng)緊實無空鼓，加熱固化后無明顯表面缺陷，并清理表面膠瘤、尖角、異物等。

2.3.3 轉(zhuǎn)軸加工和轉(zhuǎn)子裝配過程

（1）轉(zhuǎn)軸加工分為車序、銑序，監(jiān)造過程中重點關(guān)注每道工序后的尺寸和形位偏差檢查，保證關(guān)鍵部位的加工精度符合設(shè)計要求。轉(zhuǎn)子裝配包括準(zhǔn)備工作、嵌線、壓型、端部絕緣墊塊及槽楔裝配、護(hù)環(huán)絕緣及端部阻尼繞組裝配、部件熱套等。

（2）轉(zhuǎn)子裝配一般在專用凈化間進(jìn)行，裝配前應(yīng)將所有下線槽清理干凈，不得有灰塵、異物殘留，做好防塵措施。

（3）嵌線過程中，重點檢查絕緣墊條、槽襯位置正確，匝間墊條粘貼可靠，繞組通風(fēng)孔與墊條、槽襯等通風(fēng)孔之間對齊、無堵塞或偏移。

（4）繞組連接采用燕尾槽對接釬焊，焊縫應(yīng)飽滿，打磨過程中注意做好防護(hù)。槽楔裝配應(yīng)采用合理工藝，測量槽楔推力滿足工藝要求。

（5）端部護(hù)環(huán)、中心環(huán)、風(fēng)扇環(huán)、集電環(huán)等部件熱套前應(yīng)檢查待裝配件表面完好無尖角毛刺，加熱溫度范圍和保溫時間符合工藝要求，熱套完成后應(yīng)檢查各配合面的均勻程度或緊密度良好、裝配到位。

2.4 制造階段的典型問題分析

2.4.1 案例1

首臺調(diào)相機(jī)定子嵌線時發(fā)現(xiàn)端部磁屏蔽段線棒寬度偏大，造成嵌線困難且絕緣易破損。制造廠制定了返工處理單，對線棒絕緣磨薄處理并進(jìn)行防暈層修復(fù)，再次進(jìn)行耐壓試驗，考慮絕緣壽命耐壓試驗值選取57.5 kV（額定電壓為20 kV，成品新制線圈試驗電壓值應(yīng)為61.5 kV）。

因此向制造廠提出疑義，線棒的返工過程對絕緣水平的影響無法明確評估，處理后的線棒應(yīng)視為完成制作工序的新制成品線圈，制造廠有責(zé)任保證新制產(chǎn)品能夠滿足各項標(biāo)準(zhǔn)的考核要求，且能夠滿足合同規(guī)定的產(chǎn)品壽命要求，采取降低耐壓試驗值的方法是不可靠的，實際降低了對產(chǎn)品的考核標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)溝通后，制造廠采納監(jiān)造提出的意見，同意按規(guī)定的61.5 kV 試驗值進(jìn)行試驗。

2.4.2 案例2

某臺調(diào)相機(jī)定子鐵心疊片完成后進(jìn)行鐵心磁化試驗，在1.4 T的磁場強(qiáng)度下發(fā)現(xiàn)鐵心存在嚴(yán)重異常振動響聲，且總損耗比正常情況下升高約6%。

制造廠對鐵心出現(xiàn)異常聲響情況反復(fù)檢查，確認(rèn)由于局部通風(fēng)槽鋼壓緊不良導(dǎo)致振動過大，出現(xiàn)異常響聲。初步處理措施為對鐵心施加額定力矩再次收緊定位筋螺母，但重新進(jìn)行鐵心磁化試驗時，異常振動響聲未能消除。對此，制造廠判定原因為疊片過程中存在局部漏疊沖片（缺片）現(xiàn)象，漏疊處與正常疊裝部位高差過大，導(dǎo)致通風(fēng)槽鋼在額定力矩下無法壓實。制造廠對該臺產(chǎn)品拆解后重新疊片，增加疊片過程中的檢查頻次，同時排查其余在制產(chǎn)品。鐵心重制后再次進(jìn)行磁化試驗，各部位溫升符合要求且無異常聲響出現(xiàn)。

2.4.3 案例3

某臺調(diào)相機(jī)線棒端部加熱固化后，在定子膛內(nèi)表面發(fā)現(xiàn)大面積點滴膠液固化成瘤，不能滿足定子清潔度的要求。

對膠瘤部位和形狀分析，確認(rèn)產(chǎn)生原因為槽底及層間墊條采用的適型墊條為毛氈浸膠外包聚四氟乙烯薄膜的結(jié)構(gòu)，在烘焙過程中，部分適型墊條膠從鐵心通風(fēng)道流入定子膛內(nèi)，冷卻后形成膠瘤。整改防范措施：①徹底清理鐵心膛內(nèi)、通風(fēng)道內(nèi)的膠瘤；②優(yōu)化調(diào)整適型墊條膠含量；③在墊條制作過程中嚴(yán)格工藝要求，確保膠無法溢出。

2.5 出廠試驗監(jiān)造要點

調(diào)相機(jī)主要出廠試驗項目包括定子繞組絕緣試驗、定子繞組端部固有頻率試驗、轉(zhuǎn)子繞組絕緣試驗、轉(zhuǎn)子動平衡試驗、超速試驗、轉(zhuǎn)子通風(fēng)試驗、冷卻水系統(tǒng)試驗、油系統(tǒng)試驗等。作為對設(shè)備質(zhì)量全面檢驗的最終關(guān)口，在出廠試驗階段應(yīng)首先審查試驗方案的合理性、試驗人員資質(zhì)及試驗儀器的有效性，試驗過程中重點監(jiān)督試驗方法和操作的規(guī)范性，見證主要試驗數(shù)據(jù)采集的正確性，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)程規(guī)范判斷試驗結(jié)果的符合性。出廠試驗通過的應(yīng)簽認(rèn)出廠放行手續(xù)，出廠試驗不合格的及時發(fā)出問題整改單，審核整改方案并監(jiān)督整改過程直至問題閉環(huán)，確保設(shè)備“零缺陷”出廠。

2.6 出廠試驗階段的典型問題分析

某臺調(diào)相機(jī)轉(zhuǎn)子繞組開展絕緣試驗，測量繞組對轉(zhuǎn)軸絕緣電阻大于1 GΩ，而后開始工頻耐壓試驗，試驗電壓值為12.5 倍額定電壓，升壓至試驗電壓值時電壓突降至0 并發(fā)現(xiàn)明顯燒蝕痕跡。

經(jīng)分析判定，放電原因為楔下墊條局部受污染，在耐壓過程中逐步產(chǎn)生碳化燒蝕，由于該碳化為非金屬性短路、存在一定電阻，放電電流未達(dá)到試驗設(shè)備跳閘保護(hù)限值，燒蝕狀態(tài)持續(xù)較長，以致于燒蝕痕跡明顯。處理方案為：拔掉端部護(hù)環(huán)，拆除阻尼繞組及護(hù)環(huán)絕緣，清理燒蝕部位附近線圈、墊條、槽襯；更換受損的絕緣件，重新裝配并進(jìn)行所有出廠試驗。需要注意的是，拆除恢復(fù)過程中應(yīng)嚴(yán)格確保裝配間清潔度，最終使該轉(zhuǎn)子二次出廠試驗合格。

3 結(jié)語

大型調(diào)相機(jī)屬于精密設(shè)備，保障設(shè)備出廠質(zhì)量對維護(hù)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要?？偨Y(jié)回顧調(diào)相機(jī)生產(chǎn)制造全過程可以發(fā)現(xiàn)，只有秉持全流程質(zhì)量管理理念，嚴(yán)格把好每件原材料、組部件和每道工序的質(zhì)量關(guān)，才能保證產(chǎn)品的最終質(zhì)量。同時還要持續(xù)跟蹤設(shè)備交付后安裝、調(diào)試、運行各階段質(zhì)量狀況，只有不斷改進(jìn)提升產(chǎn)品的全壽命周期，才能為電網(wǎng)交付質(zhì)量更優(yōu)的設(shè)備。