大型空冷汽轮发电机定子线棒制造工艺研究

张素华

摘 要：在世界节能环保主题的引领下，高效环保的发电方式越来越得到广泛的接受。空冷电机较氢冷电机和水冷电机有很多优点：不需要氢气密封装置和置换装置等，简化了发电系统，增加了电机的可靠性，减少了工作量，大大的提高了工作效率。除此之外，空冷发电机的气体来源是空气，而氢冷发电机的气体来源是氢气，相对来说，空气的来源较氢气比较广泛，更容易获得。但是，空冷发电机还存在预弯成型困难、导线端部尺寸不好控制、线圈引线位置需要焊接成一体而引线的空间形状难以控制等现象。本文就这些棘手的问题提出了一些解决方式。

关键词：发电机；定子；线棒

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.153

0 前言

随着社会主义现代化建设的不断加强，我国经济发展的不断提高，我国农业、工业、以及现代化服务业有了很大的改善。科学技术水平逐步提高，影响着各行各业的发展，对发电也技术有着不小的影响，大型发电技术水平也不断地提高。就目前来看，空冷汽轮发电机的冷却定子的介质是空气，氢冷汽轮发电机的冷却定子的介质是氢气，水冷大型汽轮发电机定子线圈采用冷水直接冷却。但是在这些发电机当中，空冷发电机的冷却介质有来源广泛、装置简单、而且投资相对较少等优点，被越来越多的发电厂所接受。空冷发电机具有气体来源容易、维护方便、费用低等优点。目前国产空冷汽轮机发电机主要有100MW、135MW、150MW、200MW、350MW。本文就大型空冷汽轮发电机定子线棒制造工艺进行分析与研究。

1 空冷汽轮发电机定子线圈的制造难点

1.1 预弯成型困难

端部渐开线形状愈加复杂，预弯成型困难。目前，汽轮发电机定子绝缘体多用环氧粉云母材料，环氧粉云母的硬度以及刚度较大，如果热压后想要改变形状，无论采用何种方式，都难以达到预想效果。除此之外，还容易造成绝缘体的损伤，失去绝缘体的使用效果。而且在绘制样板图时，由于渐开线的最后一段圆弧与引线转角圆弧不能相切。按照线圈图的画法进行多次测量，其结果算出的角度与实际的角度一直不相符。模型设计计算出的各值与实际的值都都很大的差别，甚至出现误差，以致预弯成型困难。

1.2 导线端部尺寸难控制

空冷汽轮发电机是采用蒸汽轮机直接驱动，其转子线圈通常为两极隐极式结构。并且采用空气直接冷却的方式进行冷却，与氢冷汽轮发电机相比较为经济。但是在确定电机有效部分的長度和直径时，会出现一定的误差，以致在选择关联的定子槽数、定子铁芯外径、转子槽数和转子槽分度数等也会受到误差的影响出现一些差错。除此之外，标准转子外径尺寸还会作为电磁设计主要尺寸的选择。还要考虑转子齿的应力水平以及是否会受到，过大谐波的影响。这些都会影响定子导线端部尺寸难以控制。

2 解决措施以及工艺方法

2.1 端部形状控制工艺

因为空冷汽轮发电机线圈的匝数较多，截面高度尺寸较大，弯型使上压板如果固定不牢很容易上翘，致使线匝不规整，线圈此部位容易脱离预想效果，严重影响导线质量。因此，必须要在预弯时增加线圈小面上压夹紧装置，才能保障预弯预弯达到预期的效果。同时，需要对夹紧工具加以改进，保障在弯型时型腔的尺寸能随着引线高度而变化。当引线达到一定高度时，使空间形状保持正确的形态。

2.2 导线端部尺寸工艺

由于电机绕组有相同和相隔之分，会产生两种相反的电流，通电线圈会产生磁场，致使端部相邻线圈两线棒间就会有相互吸引和排斥作用力产生，为避免由于作用力产生的位移。所以对端部这个部位在切向正确的固定，应是在相邻绕组线棒间侧面间隙中，选择厚度与间隙大小相近的涤纶绳绑紧。根据空冷汽轮发电机定子线圈的结构特点、质量要求以及设备加工能力等各个方面，可以改进冲孔工序的一些技术。冲孔工序一直是空冷型定子线圈加工工序的重点和难点。其中热处理一定要保证淬火，保证硬度达到60-64HRC。钳工精修一定要符合标准，达到一定要求。

2.3 定子通风结构工艺

定子的通风结构可以提高空气传导介质的利用率，降低电机升温。空冷汽轮机的容量增加，其系统可以合理的优化定子的通风结构。这里有两个可实行的方案。第一，保持电机总尺寸和通风沟的数量不变，改变铁芯的厚度。第二，保持电机总数不变，增加通风沟的数量。优化后的两种结构可以让流体带走更多电机产生的热量。还可以增加通风槽上片及下片的数量。上通风槽上倾斜设置有至少两列由多个翅片组成的翅片列，下通风槽片上倾斜设置有至少两列由多个翅片组成的翅片列，每个翅片上设置有多个通孔。这样能够提高冷却气体在通风流沟内的流动紊流度，还能提高冷却气体与通风槽片的接触度和接触面积，这样可以增加气体与定子之间的充分热交换，提高空气冷却的效率，达到空冷汽轮发电机的预期使用效率。

2.4 不对称支路绕组技术

由于空冷汽轮发电机的冷却介质是空气，空气的冷却效果并不如氢冷汽轮发电机和水冷汽轮发电机的冷却效果。为了降低损耗，提高散热能力，可以采取降低电压和减少定子绕组的损耗。其中将低电压并不可以从根本上解决问题，而减少定子绕组可以从根本上解决问题。说道减少定子绕组技术可以采用定子线棒不对称的方法，以减少线股之间环流引起的附加损耗，还可增加并联支路数量，降低线棒的工作电流，使槽内的电流和线棒电流减少，进而减少基本铜耗。除此之外，还能减少绕组电磁力，有利于绕组固定，提高电机的可靠性。

3 结语

空冷汽轮发电机与氢冷汽轮发电机、水冷汽轮发电机相比，具有简便、系统操作简单、空气资源比较容易获得、投资较少等优点，被很多发电厂所采纳。符合全球节能的号召，而且空气来源广泛，不会产生副产品和废料，同时响应了国家绿色发展的计划。本文就空冷汽轮发电机的定子线棒所出现的一些问题以及一些解决措施提出一些看法和解决办法，根据大型空冷汽轮发电机的结构特点，重点研究了定子线圈的制造工艺，并就一些关键工序所采取的新工艺和新工具与水冷定子线圈进行了对比，，进而形成了一套完整的空冷定子线圈制造体系。

参考文献：

[1]陈世坤等.电机设计（第2版）[M].北京机械工业出版社，2002.

[2]王正华，陈东升，陈大跃.SPWM中载波对电机震动和噪声的影响[J].噪声与振动控制，2006（04）：73-75.