摘要：以真機試驗線棒的制造為基礎，重點對1000MW 的超大容量空冷水輪發電機線圈直線膠化工藝、成型焊接工藝、導線壓制工藝、模壓工藝、絕緣結構應用等方面進行研究。研究結果完善了薄絕緣、大高寬比模壓定子線棒生產工藝，為今后空冷1000MW 水輪發電機定子線棒正式投產奠定了堅實基礎。
關鍵詞：直線膠化; 成型焊接; 導線壓制; 模壓工藝; 絕緣結構
0 引言
隨著國家電力事業的發展，20kV 級700MW空冷水輪發電機已不能滿足需求，高壓24 /26kV 級1 000MW 的超大容量水輪發電機的研制已納入國家研發計劃。為滿足市場需求，在700MW 級機組成功運行的基礎上，展開了對1 000MW 機型的研制。隨著電壓等級的不斷攀升，對發電機絕緣性能的要求也越來越高。
1 000MW水輪發電機定子線棒制造工藝的研究，為今后百萬水電定子線棒正式投產奠定了堅實基礎，完善了大型空冷水電定子線棒生產制造工藝技術，具有顯著的經濟效益和廣泛的社會效益。
1 研究內容
針對大容量、大高寬比、薄絕緣空冷定子線棒制造工藝技術，進行了定子線棒直線膠化、導線成型、導線壓制、絕緣結構、線棒模壓五個方面的技術研究。
2 定子線棒制造工藝研究
2． 1 直線膠化技術的研究
2． 1． 1 電磁線
電磁線采用F1 Cu C1． 61-DS 漆包單滌玻包燒結銅扁線，混合絕緣的溫度指數是190，絕緣的標稱厚度( 雙面) 為0． 20mm。
2． 1． 2 導線排間絕緣、換位絕緣和換位填充絕緣( 窄面墊條) 的確定
導線排間絕緣和換位填充絕緣的性能直接影響發電機定子繞組的運行壽命。為了提高發電機運行可靠性，排間絕緣采用環氧玻璃粉云母多膠板，導線熱壓固化成整體; 換位絕緣采用柔軟云母板，該材料是多層片狀云母浸漬環氧膠貼服，經高溫烘干呈半固化狀態，在導熱熱壓成型時，片云母層間可相對滑動，不會造成導線股間短路現象，且云母導熱性好于其它材料。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 幾種方案進行了試驗，最終確定方案4 為最佳墊放工藝( 見表1)
試制后，槽部導線截面尺寸達到圖紙要求，換位處填充飽滿無縫隙，厚度均勻( 見圖1) ; 大面平整、膠滲透均勻，導線剛性滿足要求，鐵心末端爬膠得到控制和改善( 見圖2)
2． 1． 3 直線膠化工藝
現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 長直線、大高寬比導線壓制溫度均勻，在700MW 線棒直線膠化生產經驗基礎上，設計制造了單支定子線棒直線膠化模，經對直化壓制情況跟蹤，確定了保溫時間和保溫溫度參數。壓制的導線、股線牢固地粘接成一個整體，消除了股線間的間隙，提高了線棒的剛度，保證了導線截面尺寸。
2． 1． 4 換位末端工藝的確定
導線換位末端即線棒出槽口附近，也是電場集中的部位，要求換位末端兩排股線平整，換位絕緣末端應平滑過渡到銅線表面。因此采用平銼在窄面墊條末端小面修25 ～30mm 錐度，使之均勻過渡。相比常規產品用刀修斜面工藝，避免了損傷電磁線及股間絕緣，降低了清理過程中的毛刺發生率。
2． 1． 5 角部圓角R 工藝的確定
角部電場強度高于平均電場強度，角部電場不均勻系數與絕緣厚度和導線圓角半徑有關，通過增大導線圓角半徑R，可以大大改善導線角部的電場分布，從而提高定子繞組運行壽命。通過計算，對于24kV 高壓電機定子、單面絕緣厚度5． 25mm導線，圓角半徑R 為2． 5 時，電場畸變系數為1． 272，這樣可以大大改善導線角部的電場分布，保證絕緣性能。因此我們首先采用R2的專用雕刻機對導線進行倒角，然后再用砂紙進行砂光修圓，達到裸手觸摸沒有尖點、毛刺、飛邊。
2． 2 定子線棒成型技術的研究
2． 2． 1 線棒成型工藝研究
考慮制造成本， 24kV 和26kV 產品各只設計制造了一套成型模壓一體模具，此模具引線定側R 塊設計成了可拆卸結構，并在端胎上鉆有把合孔( 見圖3) ，卸下引線定側R 塊，可直接安裝成型R 軸 ( 見圖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，經對首件成型試制，未達到質量要求; 經過研究，成型前必須進行“預彎”，制作了預彎U 型塊進行“預彎”成型，風動成型方式保證了導線的一致性，避免了轉角的摞線、瓢線、絕緣破損等不良現象，預彎質量得到了顯著提高。“預彎”后的線棒再次回到成型熱壓一體模具上進行引線R 成型，成型質量大幅提高。
2． 2． 2 導線壓制工藝研究
導線是線棒的“骨架”，不僅尺寸要求完全符合圖紙，且導線型線應與導線模服帖，要具有良好的一致性。通過試驗驗證，底墊條與消輔材料的厚度和應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度和均勻度。高寬比大的線棒在進行主絕緣壓制時，上面為主動受壓面，底面為被動受壓面。在壓力傳遞過程中由于存在阻力，主動受壓面著壓好于被動受壓面。因此，在壓制導線時可適當將導線型線略微下移，以有利于被動受壓面良好著壓，避免模壓后主絕緣偏、底面著壓不實等問題，影響電性能。
2． 3 定子線棒絕緣結構技術的研究
2． 3． 1 內屏蔽層處理工藝
均壓層是在導線窄面上覆蓋一層導電或半導體材料，使其與導體連接，起到均勻角部場強的作用，亦稱“內屏蔽層”，該結構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下，該結構的作用日益引起人們的重視。具體方法: 從導線中心線向兩端間隔50mm 打漏銅點，內屏蔽層至高阻末端到引線絕緣終止處的中間位置; 在該長度內均勻涂刷線性半導體低阻防暈漆一遍，等電位層與大面搭接長度約5 ～ 6mm。干燥后，再涂刷一遍線性半導體低阻防暈漆，同時并繞一層線性半導體低阻防暈帶，室溫晾干。
2． 3． 2 主絕緣包扎
絕緣包扎采用恒漲力數控包帶機，減少了絕緣帶的損傷，絕緣包扎質量穩定; 材料使用桐馬環氧玻璃粉云母帶，經過試制確定包扎層數; 最外層采用特殊亮面聚四氟乙烯帶做為脫模材料，提高線棒外觀質量。
2． 4 線棒模壓技術的研究
2． 4． 1 熱壓模安裝: 執行熱壓模安裝工藝，重點完善了模具超平、模座固定、連接端胎地線; 考慮直線尺寸較長，為保證受力均勻不變形，直線采用15 個缸座; 采用專用導電夾子，確保了端部、引線絕緣厚度均勻。
2． 4． 2 經過試制，確定了最佳模壓工藝參數。
2． 4． 3 模壓時控制升溫速度在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在質量，并且溫度不均也容易造成線圈截面尺寸偏大。經過研究和試驗，在兩個模具的端部增加了若干個冷卻水盒( 見圖5) ，根據模具升溫情況，適當增加水的用量來降低線圈端部溫度，最后完全達到了產品要求，取得了成功。
2． 4． 4 云母帶膠化時間略長，有利于提高大高寬比模壓定子線圈截面尺寸合格率。針對不同膠化時間的云母帶，在模壓順序操作中應適當提前或拖后加壓。
2． 5 電性能試驗
2． 5． 1 線棒股間絕緣滿足試驗條件: 110V/70ms不短路。
2． 5． 2 線棒絕緣介質損耗滿足優等品( 見表2)
2． 5． 5 單根定子線棒在空氣中的閃絡電壓和線棒瞬時工頻擊穿電壓≥5． 0UN。
實際電性能試驗情況: 擊穿電壓分散性小，擊穿點集中在直線槽口低阻末端與高阻搭接處; 解剖后測量各部絕緣厚度均勻，滿足要求( 見圖6) 。
3 結語
3． 1 通過研究，我們成功制造了1 000MW 空冷定子線棒，線棒的外觀、幾何尺寸、內在性能等方面完全滿足設計要求，定子線棒絕緣系統各項電氣性能達到國際領先水平。
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，同時對現有線棒制造設備、工具、工藝等方面進行了大量的改進，提升了定子線棒制造工藝水平。
3． 3 通過對線棒制造的直線膠化工藝、成型焊接工藝、導線壓制工藝、模壓工藝、絕緣結構應用等方面的研究，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奠定了堅實基礎，提高巨型空冷水輪發電機在國內外市場上的競爭力，具有顯著的經濟效益和社會效益。
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