[摘要] 本文重点研究大型空冷水轮发电机定子线圈制造工艺。根据线圈特点，制定成型、焊接、主绝缘固化等序操作工艺，并在三峡右岸定子线圈下线、试验过程中证明了新工艺的实用性。

[关键词] 水轮发电机；空冷；定子线圈；制造工艺

1 引言

      散热是制约特大容量电机制造的一个主要障碍，因此历史上大容量水轮发电机多采用水内部冷却，如1962 年投入运行的我国自行研究的10MW 发电机组。近期三峡左岸水轮发电机组等均采用了定子绕组水内部冷却。

      采取水内冷结构的水轮发电机不仅设计、制造难度大，且要有独立的水循环系统，给维护、保养带来不便，且在运行过程中存在一定安全隐患。近年来随着科技进步、材料更新及发电机绝缘技术的发展，哈尔滨电机厂有限责任公司相继研制出三峡右岸、龙滩、拉西瓦等700MW 空冷水轮发电机组，其定子线圈采用空气冷却，大大提高了运行可靠性，简化了机组的维护、保养，但相应给生产制造提出了新课题。

2 700MW 空冷水轮发电机定子线圈特点及制造难点

       三峡右岸机组是目前国内单机容量最大、额定电压最高的空冷水轮发电机，额定电压20kV，额定容量700MW 。定子线棒导线采用空冷结构， 采用80-1.9×6.7/2.11×6.91 双涤纶玻璃丝包烧结铜扁线，定子铁心长度3200mm ， 导线截面尺寸14.42mm×87.91mm，引线为“L”型连接板结构，主绝缘为模压固化工艺。

      三峡右岸定子线圈虽然没有空芯线，但与普通中小型发电机定子线圈相比还具有以下特点：定子线圈直线长（3460mm）、截面尺寸大（导线高宽比大于6），主绝缘薄，外形尺寸精度要求高。图1 为三峡右岸定子线圈截面图。在生产制造过程中有以下难点：

（1）导线成型过程中转角股线易瓢；

（2）线圈引线为“L”型导电块一体封焊结构，几何尺寸难以保证；

（3）由于高宽比大，主绝缘压制过程中，截面尺寸难控制；

（4）主绝缘采用“均压层”结构，其工艺操作要求苛刻；

（5）电气性能要求水平高，高于常规产品。

3 解决方案及工艺操作

     3.1 导线成型压制

      由于大型空冷水轮发电机定子线圈股线多，高宽比大，按原有成型工艺操作，线圈出现股线成型不到位、不完全及股线瓢等问题。成型过程中不仅造成股线绝缘损伤，批量成型后还出现线圈成型一致性不好的问题。为能保证线圈成型质量，在成型序采用专用成型工具，用成型模具保证线圈一致性，排除人为因素的干扰，图2 为成型模定位截面图。

     由于线圈整体固化后极易变形，因此设计、制作了导线专用冷却装置，以保证在卸模后线圈几何形状的一致性。

     3.2 导线封焊

     三峡右岸等 700MW 空冷定子线圈，并没有采用原有并头板焊接设计，而是在定子线圈引线上焊接导电块，待上下层线圈下线后在导电块对接处进行焊接。为保证线圈下线后导电块焊接面积满足设计要求，对线圈升高、节距、总长等几何尺寸要求十分苛刻。经试验摸索，采用成型模定位，线圈引线、导电块一次封焊成型工艺并设计、制作了引线封焊专用夹具，用来保证焊接后线圈几何尺寸。图3 为封焊专用夹具截面图。

     3.3 导线均压层处理

     为提高线圈耐压水平，大型空冷水轮发电机定子线圈导线，采用了“均压层”结构，即线圈进行绝缘包扎前对线圈导线进行处理，处理前要根据电磁计算等确立导线的R 角，及相应的漏铜点间距。绝缘前导线处理相对复杂，此种工艺要求一致性要好，为此操作要严格按工艺操作，由专人、专用工具检查R 角。导电层涂刷要均匀，厚度一致，并由绝缘包扎操作者互检导线尺寸，发现不合格产品立即返修。通过试验，很好地保证了线圈导线质量。

     3.4 绝缘包扎

     绝缘包扎是线圈制造的特殊工序，包扎时云母带的柔软性、带子的张力、包带均匀性、对线圈的性能都有影响。

      在进行主绝缘包扎时发现：普通包带机包扎后，按理论计算，若满足绝缘层数，则包扎后尺寸偏大，线圈模压后出现尖角。随后又在进口数控包带机上试验，经反复调整程序，同时对转角处绝缘进行特殊处理，最终使主绝缘层数满足了设计要求，主绝缘包扎后尺寸符合图纸要求，模压后也没有出现明显尖角、圆角现象，杜绝绝缘发偏现象。另外绝缘包扎前要控制好云母带的预热温度，保证包扎的紧密度。

     3.5 主绝缘固化

      为保证线圈在下线过程中满足升高±1.5mm、节距±2mm 的要求，模压序重新设计制作了导电卡子，使其不仅具有良好的导电性能，同时还兼有定位的功能，保证线圈升高、节距符合设计要求。成品线圈在校验模上试下线效果良好。图4 为拉西瓦定子线圈试下线照片。

      为保证模压时线圈直线与端部及转角部位温度一致，避免线圈外观尖角、圆角尺寸超差。一方面对模压设备进行相应调整，另一方面在温度、加压方式上摸索模压工艺。

      同时还根据线圈形状设计制作了线圈模压后冷却专用工具。该工具为多点支撑平台，配有专用卡子。操作简单，实用性强，只需要将卸模后线圈吊装到冷却工具上，固定好直线部位，端部卡子就能有效保证线圈几何形状符合要求。

      经过以上试验确定了合理的工艺操作方法，消除了主绝缘模压过程中的温差，保证了线圈外观质量并通过80kV，1min 耐压试验。表1 为3 支三峡右岸下层定子线圈电气性能数据。

4 小结
 

      通过三峡右岸、龙滩、拉西瓦等产品的生产制造，总结出一套适合于700MW 空冷水轮发电机定子线圈的制造工艺。经三峡右岸定子线圈工地下线验证，各项性能均达到设计要求，证明了700MW 空冷水轮发电机定子线圈制造工艺的可行性，为今后生产大型空冷水轮发电机定子线圈提供了宝贵经验。