水輪發(fā)電機(jī)組VPI定子線圈制造工藝研究

摘 要：水輪發(fā)電機(jī)組VPI型定子線圈為哈電公司首臺(tái)廠內(nèi)下線的水電VPI定子線圈，為波繞式結(jié)構(gòu)，其額定電壓為13.8kV，由于本產(chǎn)品采用VPI少膠整浸結(jié)構(gòu)與常規(guī)水電產(chǎn)品在生產(chǎn)制造上存在差異，不能采用常規(guī)產(chǎn)品使用的成型模、熱壓模，經(jīng)研究在工具和工藝方面做出調(diào)整：采用了專門針對(duì)VPI定子線圈的成型膠化模、烘壓模具，改進(jìn)鏟頭封焊結(jié)構(gòu)，以保證生產(chǎn)出符合要求的線圈。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)；VPI；少膠整浸；真空壓力

真空壓力浸漆（Vacuum Pressure Immerge簡稱VPI）。VPI技術(shù)在國外被廣泛應(yīng)用，發(fā)展到今天其設(shè)備、工藝、材料等相關(guān)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。哈電公司VPI技術(shù)從無到有，填補(bǔ)了VPI技術(shù)空白，通過研究對(duì)制造工藝、材料選用、模具設(shè)計(jì)等多方面進(jìn)行改進(jìn)和提高。

1 定子線圈制造研究內(nèi)容

1.1 導(dǎo)線模具工藝改進(jìn)

（VPI型）定子在秘魯成型膠化模的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，模具端部加裝定側(cè)鐵與活側(cè)鐵，并且側(cè)鐵長度延伸至線圈絕緣末端位置，加裝端部上壓條，長度與側(cè)鐵長度相匹配，在端部定側(cè)鐵上及活側(cè)鐵上鉆孔加裝電熱管加熱方式對(duì)端部進(jìn)行固化。

由于模具端部活側(cè)鐵引線R位置影響導(dǎo)線成型，所以提制模具時(shí)活側(cè)鐵采用可拆裝結(jié)構(gòu)，既保證不影響導(dǎo)線成型，又能在后序端部膠化和引線鏟頭時(shí)保證導(dǎo)線質(zhì)量。（圖2）

原成型膠化模以拉伸式成型模為基礎(chǔ)，端部直線沒有定位，本產(chǎn)品直線長度為2200mm，在端部加壓時(shí)易造成直線變形，提前對(duì)成型膠化模進(jìn)行改進(jìn)，在模具直線位置加長活側(cè)鐵及定側(cè)鐵。（圖3）

效果：端部固化更加充分，導(dǎo)線剛性得到提高，確保導(dǎo)線型線一致性，導(dǎo)線質(zhì)量明顯提高，從下線情況和電性能試驗(yàn)結(jié)果得到驗(yàn)證。

1.2 VPI定子線圈絕緣包扎研究

相對(duì)與傳統(tǒng)多膠云母帶包扎，VPI型定子線圈采用少膠云母帶作為線圈主絕緣，少膠帶與多膠帶不同，其單位面積膠含量比多膠云母帶低，韌性差，如包帶盤張力及轉(zhuǎn)速選擇不當(dāng)容易在云母帶包扎過程中造成少膠帶上的云母成片脫落、飛粉，影響最終的絕緣性能。線圈烘壓時(shí)端部主要使用熱縮帶進(jìn)行定型的效果與使用模具壓型的效果還是有較大差異，造成端部尺寸不均勻。

少膠云母帶與多膠云母帶包扎存在較大的差異，需要根據(jù)產(chǎn)品首件期間具體確定線圈主絕緣的包扎工藝（包扎層數(shù)，包扎張力，包帶機(jī)轉(zhuǎn)速、疊包比等）。通過首件不同張力、各部位不同包扎層數(shù)的測試比對(duì)，最終確定了線圈各部位少膠云母帶包扎時(shí)的包帶參數(shù)如表1：

在試驗(yàn)過程中，主絕緣包扎張力小于40N直線會(huì)出現(xiàn)明顯打褶現(xiàn)象；為保證少膠云母帶與導(dǎo)線完全服帖，第一層云母帶需要反包，經(jīng)過試驗(yàn)反包云母帶包帶機(jī)張力確定為40N（圖4）。

2 VPI真空壓力浸漬工藝研究

哈電公司制造的水電VPI型定子線圈烘壓模具是以ALSTOM烘壓模具為基礎(chǔ)，自行改進(jìn)的烘壓模具。上下層各一套模具，每套模具可同時(shí)烘壓14支線圈；一爐同時(shí)生產(chǎn)28支線圈，生產(chǎn)效率非常高。

2.1 定子線圈真空壓力浸漬工藝參數(shù)的確定：

經(jīng)過首件多次試驗(yàn)，確定線圈真空壓力浸漬的最佳工藝參數(shù)：

定子線圈真空壓力浸漆參數(shù)如表2：

定子線圈單面絕緣厚度為3.25mm，經(jīng)過實(shí)際檢查和電性能試驗(yàn)，可以確定無溶劑浸漬漆已經(jīng)完全浸透線圈，效果良好，后續(xù)批量生產(chǎn)以此工藝參數(shù)經(jīng)過全臺(tái)制造全部合格。

2.2 VPI定子線圈端部制造工藝的確定

傳統(tǒng)熱壓模具為直線端部一體結(jié)構(gòu)，線圈端部有整體壓力保證端部截面尺寸及型線，VPI烘壓模具線圈端部為懸空無壓力狀態(tài)，需要采取措施保證線圈端部的截面尺寸及型線正確。

經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，確定最佳端部墊包方案為：線圈端部墊放一層鐵皮，鐵皮與模具搭接處墊放銅墊片，保證線圈直線末端過渡均勻，保證包扎熱縮帶時(shí)線圈端部小面與大面受力相對(duì)均勻（圖5）。

2.3 VPI定子線圈烘壓工藝確定

經(jīng)過首件試驗(yàn)，確定直線加壓工藝，加壓順序?yàn)橛芍虚g壓力按順序向兩端加壓，加壓順序?yàn)椋簜?cè)壓初壓20MPa--上壓初壓40～50MPa--側(cè)壓全壓65～70MPa--上壓全壓65～70MPa，加壓完畢后需要等待20～30分鐘，待直線內(nèi)流膠完畢后直線最后補(bǔ)加一遍側(cè)壓70MPa。

烘爐采用自動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控溫，升溫速度3～5℃/min，升溫至145℃±5℃后，保溫10小時(shí)后斷電，臺(tái)車在爐內(nèi)降溫至90℃后將烘爐臺(tái)車開出，在室內(nèi)進(jìn)行降溫，線圈溫度降至60℃～70℃后進(jìn)行卸模操作。

最終（VPI型）水輪發(fā)電機(jī)定子線圈經(jīng)過積極組織和不懈努力下試制成功并連續(xù)投產(chǎn)，線棒的幾何形狀、截面尺寸和電氣性能，各項(xiàng)電性能和幾何形狀尺寸完全滿足了公司質(zhì)量內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)的要求，順利通過了定子線圈技術(shù)鑒定，定子線圈質(zhì)量水平完全達(dá)到了合同文件規(guī)定。目前兩臺(tái)定子線圈全部下線成功，取得了很好的效果。

3 結(jié)論

3.1 水輪發(fā)電機(jī)定子線圈制造成功，總結(jié)完善出一套水輪發(fā)電機(jī)VPI定子線圈制造工藝。

3.2 水輪發(fā)電機(jī)定子線圈制造成功，對(duì)生產(chǎn)制造VPI定子線圈工裝模具進(jìn)一步完善和改進(jìn)，產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高。

3.3 定子線棒多膠模壓制造水平不斷提高的同時(shí)，經(jīng)過大家不懈努力，哈電公司少膠VPI制造技術(shù)從無到有并不斷完善； 水輪發(fā)電機(jī)定子線圈在公司內(nèi)一次下線通過，創(chuàng)造了哈電公司首臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)VPI定子線棒廠內(nèi)下線成功先河。

3.4 通過VPI定子線圈的制造成功，使哈電公司VPI定子線圈制造技術(shù)得到進(jìn)一步提高，取得了很好的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

3.5 通過VPI定子線圈的制造成功，使哈電公司同時(shí)具備生產(chǎn)模壓線棒和VPI線棒的制造能力，提升了哈電公司市場競爭能力；VPI線棒的制造，大大提高了生產(chǎn)效率，縮短了生產(chǎn)制造周期。