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摘要：以真機(jī)試驗(yàn)線棒的制造為基礎(chǔ)，重點(diǎn)對(duì)1000MW 的超大容量空冷水輪發(fā)電機(jī)線圈直線膠化工藝、成型焊接工藝、導(dǎo)線壓制工藝、模壓工藝、絕緣結(jié)構(gòu)應(yīng)用等方面進(jìn)行研究。研究結(jié)果完善了薄絕緣、大高寬比模壓定子線棒生產(chǎn)工藝，為今后空冷1000MW 水輪發(fā)電機(jī)定子線棒正式投產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：直線膠化; 成型焊接; 導(dǎo)線壓制; 模壓工藝; 絕緣結(jié)構(gòu)

0 引言

      隨著國(guó)家電力事業(yè)的發(fā)展，20kV 級(jí)700MW空冷水輪發(fā)電機(jī)已不能滿足需求，高壓24 /26kV 級(jí)1 000MW 的超大容量水輪發(fā)電機(jī)的研制已納入國(guó)家研發(fā)計(jì)劃。為滿足市場(chǎng)需求，在700MW 級(jí)機(jī)組成功運(yùn)行的基礎(chǔ)上，展開(kāi)了對(duì)1 000MW 機(jī)型的研制。隨著電壓等級(jí)的不斷攀升，對(duì)發(fā)電機(jī)絕緣性能的要求也越來(lái)越高。

      1 000MW水輪發(fā)電機(jī)定子線棒制造工藝的研究，為今后百萬(wàn)水電定子線棒正式投產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，完善了大型空冷水電定子線棒生產(chǎn)制造工藝技術(shù)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和廣泛的社會(huì)效益。

1 研究?jī)?nèi)容

      針對(duì)大容量、大高寬比、薄絕緣空冷定子線棒制造工藝技術(shù)，進(jìn)行了定子線棒直線膠化、導(dǎo)線成型、導(dǎo)線壓制、絕緣結(jié)構(gòu)、線棒模壓五個(gè)方面的技術(shù)研究。

2 定子線棒制造工藝研究

      2． 1 直線膠化技術(shù)的研究

      2． 1． 1 電磁線

      電磁線采用F1 Cu C1． 61-DS 漆包單滌玻包燒結(jié)銅扁線，混合絕緣的溫度指數(shù)是190，絕緣的標(biāo)稱厚度( 雙面) 為0． 20mm。

      2． 1． 2 導(dǎo)線排間絕緣、換位絕緣和換位填充絕緣( 窄面墊條) 的確定

      導(dǎo)線排間絕緣和換位填充絕緣的性能直接影響發(fā)電機(jī)定子繞組的運(yùn)行壽命。為了提高發(fā)電機(jī)運(yùn)行可靠性，排間絕緣采用環(huán)氧玻璃粉云母多膠板，導(dǎo)線熱壓固化成整體; 換位絕緣采用柔軟云母板，該材料是多層片狀云母浸漬環(huán)氧膠貼服，經(jīng)高溫烘干呈半固化狀態(tài)，在導(dǎo)熱熱壓成型時(shí)，片云母層間可相對(duì)滑動(dòng)，不會(huì)造成導(dǎo)線股間短路現(xiàn)象，且云母導(dǎo)熱性好于其它材料。直化排間絕緣、換位絕緣和窄面填充絕緣的墊放工藝按表1 幾種方案進(jìn)行了試驗(yàn)，最終確定方案4 為最佳墊放工藝( 見(jiàn)表1)

      試制后，槽部導(dǎo)線截面尺寸達(dá)到圖紙要求，換位處填充飽滿無(wú)縫隙，厚度均勻( 見(jiàn)圖1) ; 大面平整、膠滲透均勻，導(dǎo)線剛性滿足要求，鐵心末端爬膠得到控制和改善( 見(jiàn)圖2)

      2． 1． 3 直線膠化工藝

      現(xiàn)水電定子線棒直線膠化均采用外加熱、一模多壓工藝，因此為保證1 000MW 長(zhǎng)直線、大高寬比導(dǎo)線壓制溫度均勻，在700MW 線棒直線膠化生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)制造了單支定子線棒直線膠化模，經(jīng)對(duì)直化壓制情況跟蹤，確定了保溫時(shí)間和保溫溫度參數(shù)。壓制的導(dǎo)線、股線牢固地粘接成一個(gè)整體，消除了股線間的間隙，提高了線棒的剛度，保證了導(dǎo)線截面尺寸。

      2． 1． 4 換位末端工藝的確定

      導(dǎo)線換位末端即線棒出槽口附近，也是電場(chǎng)集中的部位，要求換位末端兩排股線平整，換位絕緣末端應(yīng)平滑過(guò)渡到銅線表面。因此采用平銼在窄面墊條末端小面修25 ～30mm 錐度，使之均勻過(guò)渡。相比常規(guī)產(chǎn)品用刀修斜面工藝，避免了損傷電磁線及股間絕緣，降低了清理過(guò)程中的毛刺發(fā)生率。

      2． 1． 5 角部圓角R 工藝的確定

      角部電場(chǎng)強(qiáng)度高于平均電場(chǎng)強(qiáng)度，角部電場(chǎng)不均勻系數(shù)與絕緣厚度和導(dǎo)線圓角半徑有關(guān)，通過(guò)增大導(dǎo)線圓角半徑R，可以大大改善導(dǎo)線角部的電場(chǎng)分布，從而提高定子繞組運(yùn)行壽命。通過(guò)計(jì)算，對(duì)于24kV 高壓電機(jī)定子、單面絕緣厚度5． 25mm導(dǎo)線，圓角半徑R 為2． 5 時(shí)，電場(chǎng)畸變系數(shù)為1． 272，這樣可以大大改善導(dǎo)線角部的電場(chǎng)分布，保證絕緣性能。因此我們首先采用R2的專用雕刻機(jī)對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行倒角，然后再用砂紙進(jìn)行砂光修圓，達(dá)到裸手觸摸沒(méi)有尖點(diǎn)、毛刺、飛邊。

      2． 2 定子線棒成型技術(shù)的研究

      2． 2． 1 線棒成型工藝研究

      考慮制造成本， 24kV 和26kV 產(chǎn)品各只設(shè)計(jì)制造了一套成型模壓一體模具，此模具引線定側(cè)R 塊設(shè)計(jì)成了可拆卸結(jié)構(gòu)，并在端胎上鉆有把合孔( 見(jiàn)圖3) ，卸下引線定側(cè)R 塊，可直接安裝成型R 軸 ( 見(jiàn)圖4) ，即成型和熱壓均在同一模具上完成。

      由于線棒截面高寬比大，成型難度大，經(jīng)對(duì)首件成型試制，未達(dá)到質(zhì)量要求; 經(jīng)過(guò)研究，成型前必須進(jìn)行“預(yù)彎”，制作了預(yù)彎U 型塊進(jìn)行“預(yù)彎”成型，風(fēng)動(dòng)成型方式保證了導(dǎo)線的一致性，避免了轉(zhuǎn)角的摞線、瓢線、絕緣破損等不良現(xiàn)象，預(yù)彎質(zhì)量得到了顯著提高。“預(yù)彎”后的線棒再次回到成型熱壓一體模具上進(jìn)行引線R 成型，成型質(zhì)量大幅提高。

      2． 2． 2 導(dǎo)線壓制工藝研究

      導(dǎo)線是線棒的“骨架”，不僅尺寸要求完全符合圖紙，且導(dǎo)線型線應(yīng)與導(dǎo)線模服帖，要具有良好的一致性。通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，底墊條與消輔材料的厚度和應(yīng)等于或略小于線棒單面絕緣厚度，這樣能夠保證主絕緣壓制后絕緣的密實(shí)度和均勻度。高寬比大的線棒在進(jìn)行主絕緣壓制時(shí)，上面為主動(dòng)受壓面，底面為被動(dòng)受壓面。在壓力傳遞過(guò)程中由于存在阻力，主動(dòng)受壓面著壓好于被動(dòng)受壓面。因此，在壓制導(dǎo)線時(shí)可適當(dāng)將導(dǎo)線型線略微下移，以有利于被動(dòng)受壓面良好著壓，避免模壓后主絕緣偏、底面著壓不實(shí)等問(wèn)題，影響電性能。

      2． 3 定子線棒絕緣結(jié)構(gòu)技術(shù)的研究

      2． 3． 1 內(nèi)屏蔽層處理工藝

      均壓層是在導(dǎo)線窄面上覆蓋一層導(dǎo)電或半導(dǎo)體材料，使其與導(dǎo)體連接，起到均勻角部場(chǎng)強(qiáng)的作用，亦稱“內(nèi)屏蔽層”，該結(jié)構(gòu)的采用一般可提高線棒耐電壓水平10%。在絕緣日趨減薄的形勢(shì)下，該結(jié)構(gòu)的作用日益引起人們的重視。具體方法: 從導(dǎo)線中心線向兩端間隔50mm 打漏銅點(diǎn)，內(nèi)屏蔽層至高阻末端到引線絕緣終止處的中間位置; 在該長(zhǎng)度內(nèi)均勻涂刷線性半導(dǎo)體低阻防暈漆一遍，等電位層與大面搭接長(zhǎng)度約5 ～ 6mm。干燥后，再涂刷一遍線性半導(dǎo)體低阻防暈漆，同時(shí)并繞一層線性半導(dǎo)體低阻防暈帶，室溫晾干。

      2． 3． 2 主絕緣包扎

      絕緣包扎采用恒漲力數(shù)控包帶機(jī)，減少了絕緣帶的損傷，絕緣包扎質(zhì)量穩(wěn)定; 材料使用桐馬環(huán)氧玻璃粉云母帶，經(jīng)過(guò)試制確定包扎層數(shù); 最外層采用特殊亮面聚四氟乙烯帶做為脫模材料，提高線棒外觀質(zhì)量。

      2． 4 線棒模壓技術(shù)的研究

      2． 4． 1 熱壓模安裝: 執(zhí)行熱壓模安裝工藝，重點(diǎn)完善了模具超平、模座固定、連接端胎地線; 考慮直線尺寸較長(zhǎng)，為保證受力均勻不變形，直線采用15 個(gè)缸座; 采用專用導(dǎo)電夾子，確保了端部、引線絕緣厚度均勻。

      2． 4． 2 經(jīng)過(guò)試制，確定了最佳模壓工藝參數(shù)。

      2． 4． 3 模壓時(shí)控制升溫速度在0． 8 ～ 1． 2℃/min。

      但由于線棒端部尺寸大，且模具兩個(gè)端部存在渦流，端部溫度高于直線溫度。溫度不均影響絕緣固化的內(nèi)在質(zhì)量，并且溫度不均也容易造成線圈截面尺寸偏大。經(jīng)過(guò)研究和試驗(yàn)，在兩個(gè)模具的端部增加了若干個(gè)冷卻水盒( 見(jiàn)圖5) ，根據(jù)模具升溫情況，適當(dāng)增加水的用量來(lái)降低線圈端部溫度，最后完全達(dá)到了產(chǎn)品要求，取得了成功。

      2． 4． 4 云母帶膠化時(shí)間略長(zhǎng)，有利于提高大高寬比模壓定子線圈截面尺寸合格率。針對(duì)不同膠化時(shí)間的云母帶，在模壓順序操作中應(yīng)適當(dāng)提前或拖后加壓。

      2． 5 電性能試驗(yàn)

      2． 5． 1 線棒股間絕緣滿足試驗(yàn)條件: 110V/70ms不短路。

      2． 5． 2 線棒絕緣介質(zhì)損耗滿足優(yōu)等品( 見(jiàn)表2)

      2． 5． 5 單根定子線棒在空氣中的閃絡(luò)電壓和線棒瞬時(shí)工頻擊穿電壓≥5． 0UN。

      實(shí)際電性能試驗(yàn)情況: 擊穿電壓分散性小，擊穿點(diǎn)集中在直線槽口低阻末端與高阻搭接處; 解剖后測(cè)量各部絕緣厚度均勻，滿足要求( 見(jiàn)圖6) 。

3 結(jié)語(yǔ)

      3． 1 通過(guò)研究，我們成功制造了1 000MW 空冷定子線棒，線棒的外觀、幾何尺寸、內(nèi)在性能等方面完全滿足設(shè)計(jì)要求，定子線棒絕緣系統(tǒng)各項(xiàng)電氣性能達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

      3． 2 本工藝采用的成型熱壓一體模具，大大降低了制造成本，同時(shí)對(duì)現(xiàn)有線棒制造設(shè)備、工具、工藝等方面進(jìn)行了大量的改進(jìn)，提升了定子線棒制造工藝水平。

      3． 3 通過(guò)對(duì)線棒制造的直線膠化工藝、成型焊接工藝、導(dǎo)線壓制工藝、模壓工藝、絕緣結(jié)構(gòu)應(yīng)用等方面的研究，完善了薄絕緣、大高寬比模壓定子線棒生產(chǎn)工藝。

      3． 4 該工藝的研究，為今后空冷1 000MW 水電定子線棒正式投產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，提高巨型空冷水輪發(fā)電機(jī)在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。