大型空冷调相机监造总结及典型问题分析

涂 晓

（国网江苏省电力工程咨询有限公司，江苏南京 210011）

0 引言

作为动态无功补偿装置，调相机在提供无功支撑、减少直流换相失败等方面具有独特优势，逐渐在电网中广泛应用。本文介绍某300 MVar 空冷调相机的结构特点，并总结生产制造过程中的监造要点。

1 调相机结构特点

调相机结构复杂、质量控制要求高，只有充分掌握调相机结构特点，理解主要工序生产要点，才能做好制造全过程的质量监督。

1.1 总体结构

调相机包括本体、励磁系统、升压变、起动系统、冷却系统、油系统、监控和保护系统等，其中本体由定子、转子、轴承、励磁装置、盘车装置、隔音屏等组成，采用空气冷却方式及自并励静止励磁系统。

1.2 定子的结构特点

定子由外机座、定子铁心、定子绕组等构成。

（1）外机座为钢板焊成的上下两半的壳体结构，通过高强螺栓固定为整体，具有足够的强度和刚度，外机座内间隔布置多个冷热风区。下半机座设置四处弹簧座，采用焊接方式将弹簧立板与弹簧座联接。

（2）定子铁心由0.5 mm 厚扇形无取向硅钢片堆叠而成，硅钢片表面涂刷绝缘漆，绝缘采用F 级、按B 级温升考核。铁心共一百余段，段间以通风槽钢间隔形成径向风道，通过轴向定位筋与径向箍环、支撑环收紧，与端部压圈连接固定形成整体结构，并使用高强螺栓与弹簧立板联接，与外机座形成隔振结构。

（3）定子线棒共72 根，由漆包铜扁线绕制而成，使用专用模具成型，绝缘层为F 级环氧云母带经真空压力浸渍和防晕处理而成，具有良好的绝缘性能和机械性能。定子槽内固定切向选用F 级高强度半导体垫条、径向选用波纹垫片和高强槽楔，使线棒与铁心槽部紧密配合，形成良好接触以降低槽电位。定子绕组端部通过浸胶绑绳与3 圈绑环连接固定至铁心端部，形成整体避免线棒松动。

1.3 转子的结构特点

转子由转轴、转子绕组、护环、中心环、集电环、转子风扇等组成。

（1）转轴为25Cr2Ni3MoV 高强合金钢整体锻造而成，本体上共加工有32 道嵌线槽，嵌线槽上半部分放置绕组，下半部分作为轴向冷却风道。转轴大齿上加工横向月牙槽以平衡大、小齿方向刚度。

（2）转子绕组由含银铜线焊接成圈状，槽部开有冷却风道，匝间绝缘采用F 级环氧层压玻璃布板，成型槽衬由复合绝缘材料压制而成，槽底垫条为F 级环氧层压玻璃布板。绕组连接采用燕尾槽对接钎焊方式，经热压型后装配槽楔。端部槽楔为铝青铜材料，其余为镍铬不锈钢，槽楔下方安装有通长阻尼绕组以应对负序电流。

（3）护环为非磁性高强度合金钢，热套固定于绕组端部以保护转子线圈。集电环为耐磨合金钢，采用热套工艺装配，与转轴间衬以绝缘套筒。转子绕组通过引出线、导电螺钉、导电杆与集电环连接，转子两端均有轴流式风扇以产生定子和转子冷却风。

1.4 辅机系统

辅机系统包含润滑油系统、冷却水系统、本体在线监测装置等。

（1）润滑油系统主要为调相机启停时顶起轴承、正常运行时提供润滑油及润滑油的贮存、输送和净化，包含贮油箱、润滑油站、油净化装置和应急润滑油箱等设备。

（2）冷却水系统以自来水作为冷却介质，用于冷却定子、转子冷却风，包括循环泵、空气冷却器等设备。

（3）本体在线监测系统用于采集分析调相机振动、匝间短路、轴电流、绝缘过热等各类工况参数，包含温度传感器、速度传感器、电涡流传感器等各类监测装置及集中信号处理分析系统。

2 调相机监造要点及典型问题分析

调相机监造采取驻厂监造的方式，对制造厂的质量管理体系和运行情况进行核查，检查主要原材料、组部件的质量证明文件、试验检验报告以及进厂试验报告，检查拟采用的新技术、新材料、新工艺的鉴定资料、试验报告等文件，检查主要工序生产工艺设备、操作规程、检测手段、测量试验设备和有关人员的上岗资格、设备制造和装配场所的环境，监督见证设备及关键组部件的制造工序、工艺和制造质量，监督见证设备生产制造过程的检验和测试，审查制造厂的设备出厂试验方案并通知监造委托人，监督见证设备出厂试验过程，检查设备包装质量、存放管理和装车发运准备情况。

2.1 原材料、组部件的监造要点

调相机关键原材料、组部件（包括转轴、护环、中心环、转子槽楔、风叶、集电环、转子铜线、导电螺钉、硅钢片、定子铜线、定子引线铜排、定子压圈、铜屏蔽、电流互感器、轴承座和轴瓦、空气冷却器等），采取文件见证方式，重点核查原材料和组部件的供应厂家和型号规格是否符合合同及技术协议要求，关键性能参数是否满足相关标准规范及设计文件要求，并采取现场对照检查的方式，核查实物与文件的一致性。对主要性能参数有疑义的，可要求制造厂提供理论校核证明，或在报请监造委托人同意后，要求制造厂送第三方检测机构检验。

2.2 监造过程中存在的典型问题

（1）在审查定子压圈质量证明文件时发现其材料为球墨铸铁，并现场确认其具备铁磁性，与制造厂在投标文件声明的“铁心端部结构件采用非磁性材料”不符。

（2）制造厂出具书面解释，确认定子压圈不符合材料学定义的非磁性材料，但相对于硅钢片而言导磁性差别较大，如能保证温升有足够裕度，采用球墨铸铁压圈具有高强度等优势，能保证定子结构稳定。制造厂提供了定子端“部球墨铸铁压圈+磁屏蔽+铜屏蔽”结构的温升仿真结果，按参考温度考核，最高温升和最高温度均远小于合同考核标准，具有充足的裕度。报请监造委托人后同意制造厂答复，允许压圈采用球墨铸铁材料。

2.3 制造过程的监造要点

制造过程是形成设备实体的关键阶段，需要从人、机、料、法、环等各影响因素入手，使全过程质量均满足设计及工艺文件要求，才能确保最终成品质量。

2.3.1 定子铁心装配过程

铁心片由成卷硅钢片经冲片、去毛、表面涂漆等工序组成：冲片前抽查硅钢片表面清洁、平整、无锈迹；冲片后应见证首件尺寸，确认槽型、等分度、内外圆半径等尺寸符合设计要求后方可投入连续生产；去毛后应见证毛刺、光亮带符合工艺要求；涂漆后应见证漆膜厚度、绝缘电阻、固化度、附着性符合工艺及相关标准要求；转序过程中应做好成品保护，防止漆膜受损或被污染。

整个铁心均由人工堆叠而成，叠片开始前应检查工装平台的水平度、压圈与工装的同心度。叠片过程中，应定期巡检检查每叠张数、相邻两层错开距离、段数、每段段长应符合设计要求，确认端部刷胶、齿部垫平方式、通风槽尾部朝向、测温元件布置等特殊工艺点符合要求；定期现场见证压紧过程，确认施加压力、施压次数、铁心长度、垂直度、扭斜度、端面波浪度符合工艺要求；叠片完成后现场见证铁心关键尺寸检验过程，确认铁心总长、内径、槽型、段长、压紧量符合要求后方可转入下道工序。

2.3.2 内定子装配过程

（1）装配前应检查装配间和铁心的清洁度。端部绝缘支架和绑环装配质量直接影响到最终端部振动是否合格，应重点检查铁心与支架、绑环的同心度偏差以及绑环与铁心端面的平行度偏差符合设计要求，绝缘支架和弹性夹板固定螺栓紧固力矩应严格遵守工艺文件，绑环与绝缘支架局部间隙应填实，绑扎牢固、可靠。

（2）嵌线过程中应由多人轻抬轻放，避免线棒弯曲变形，尤其在嵌入定子槽过程中应做好防护，避免尖角损坏线棒绝缘。

（3）线棒端部与绝缘支架、绑环应绑扎牢靠，间隙以浸渍毛毡填充紧实，槽内半导体垫条、波纹垫片、适形垫条等应合理布置，并用塞尺检查紧实度。

（4）槽楔装配时应测量楔下波纹垫条压缩量，保证槽楔松紧程度，并注意槽楔不得堵塞通风孔道。

（5）端部引线连接一般采取钎焊方式，施焊前应检查焊工、焊材、焊接设备、焊接工艺均符合要求，焊接应饱满、熔合充分无明显表面缺陷，尖端毛刺应打磨干净。

（6）焊接引线经验收合格后方可手包绝缘，应检查手包绝缘层数、厚度、绕包方式符合设计要求，绕包完成后应紧实无空鼓，加热固化后无明显表面缺陷，并清理表面胶瘤、尖角、异物等。

2.3.3 转轴加工和转子装配过程

（1）转轴加工分为车序、铣序，监造过程中重点关注每道工序后的尺寸和形位偏差检查，保证关键部位的加工精度符合设计要求。转子装配包括准备工作、嵌线、压型、端部绝缘垫块及槽楔装配、护环绝缘及端部阻尼绕组装配、部件热套等。

（2）转子装配一般在专用净化间进行，装配前应将所有下线槽清理干净，不得有灰尘、异物残留，做好防尘措施。

（3）嵌线过程中，重点检查绝缘垫条、槽衬位置正确，匝间垫条粘贴可靠，绕组通风孔与垫条、槽衬等通风孔之间对齐、无堵塞或偏移。

（4）绕组连接采用燕尾槽对接钎焊，焊缝应饱满，打磨过程中注意做好防护。槽楔装配应采用合理工艺，测量槽楔推力满足工艺要求。

（5）端部护环、中心环、风扇环、集电环等部件热套前应检查待装配件表面完好无尖角毛刺，加热温度范围和保温时间符合工艺要求，热套完成后应检查各配合面的均匀程度或紧密度良好、装配到位。

2.4 制造阶段的典型问题分析

2.4.1 案例1

首台调相机定子嵌线时发现端部磁屏蔽段线棒宽度偏大，造成嵌线困难且绝缘易破损。制造厂制定了返工处理单，对线棒绝缘磨薄处理并进行防晕层修复，再次进行耐压试验，考虑绝缘寿命耐压试验值选取57.5 kV（额定电压为20 kV，成品新制线圈试验电压值应为61.5 kV）。

因此向制造厂提出疑义，线棒的返工过程对绝缘水平的影响无法明确评估，处理后的线棒应视为完成制作工序的新制成品线圈，制造厂有责任保证新制产品能够满足各项标准的考核要求，且能够满足合同规定的产品寿命要求，采取降低耐压试验值的方法是不可靠的，实际降低了对产品的考核标准。经沟通后，制造厂采纳监造提出的意见，同意按规定的61.5 kV 试验值进行试验。

2.4.2 案例2

某台调相机定子铁心叠片完成后进行铁心磁化试验，在1.4 T的磁场强度下发现铁心存在严重异常振动响声，且总损耗比正常情况下升高约6%。

制造厂对铁心出现异常声响情况反复检查，确认由于局部通风槽钢压紧不良导致振动过大，出现异常响声。初步处理措施为对铁心施加额定力矩再次收紧定位筋螺母，但重新进行铁心磁化试验时，异常振动响声未能消除。对此，制造厂判定原因为叠片过程中存在局部漏叠冲片（缺片）现象，漏叠处与正常叠装部位高差过大，导致通风槽钢在额定力矩下无法压实。制造厂对该台产品拆解后重新叠片，增加叠片过程中的检查频次，同时排查其余在制产品。铁心重制后再次进行磁化试验，各部位温升符合要求且无异常声响出现。

2.4.3 案例3

某台调相机线棒端部加热固化后，在定子膛内表面发现大面积点滴胶液固化成瘤，不能满足定子清洁度的要求。

对胶瘤部位和形状分析，确认产生原因为槽底及层间垫条采用的适型垫条为毛毡浸胶外包聚四氟乙烯薄膜的结构，在烘焙过程中，部分适型垫条胶从铁心通风道流入定子膛内，冷却后形成胶瘤。整改防范措施：①彻底清理铁心膛内、通风道内的胶瘤；②优化调整适型垫条胶含量；③在垫条制作过程中严格工艺要求，确保胶无法溢出。

2.5 出厂试验监造要点

调相机主要出厂试验项目包括定子绕组绝缘试验、定子绕组端部固有频率试验、转子绕组绝缘试验、转子动平衡试验、超速试验、转子通风试验、冷却水系统试验、油系统试验等。作为对设备质量全面检验的最终关口，在出厂试验阶段应首先审查试验方案的合理性、试验人员资质及试验仪器的有效性，试验过程中重点监督试验方法和操作的规范性，见证主要试验数据采集的正确性，根据现行规程规范判断试验结果的符合性。出厂试验通过的应签认出厂放行手续，出厂试验不合格的及时发出问题整改单，审核整改方案并监督整改过程直至问题闭环，确保设备“零缺陷”出厂。

2.6 出厂试验阶段的典型问题分析

某台调相机转子绕组开展绝缘试验，测量绕组对转轴绝缘电阻大于1 GΩ，而后开始工频耐压试验，试验电压值为12.5 倍额定电压，升压至试验电压值时电压突降至0 并发现明显烧蚀痕迹。

经分析判定，放电原因为楔下垫条局部受污染，在耐压过程中逐步产生碳化烧蚀，由于该碳化为非金属性短路、存在一定电阻，放电电流未达到试验设备跳闸保护限值，烧蚀状态持续较长，以致于烧蚀痕迹明显。处理方案为：拔掉端部护环，拆除阻尼绕组及护环绝缘，清理烧蚀部位附近线圈、垫条、槽衬；更换受损的绝缘件，重新装配并进行所有出厂试验。需要注意的是，拆除恢复过程中应严格确保装配间清洁度，最终使该转子二次出厂试验合格。

3 结语

大型调相机属于精密设备，保障设备出厂质量对维护电网安全稳定运行至关重要。总结回顾调相机生产制造全过程可以发现，只有秉持全流程质量管理理念，严格把好每件原材料、组部件和每道工序的质量关，才能保证产品的最终质量。同时还要持续跟踪设备交付后安装、调试、运行各阶段质量状况，只有不断改进提升产品的全寿命周期，才能为电网交付质量更优的设备。