(广西广投能源有限公司桥巩水电站分公司 广西壮族自治区 来宾市 546119)
摘要：随着经济的发展，国家的科技水品日益提高，人们对于发电机的定子线棒的研究也日趋完善。据科研人员说：“发电机制造的关键技术其实就是发电机的定子线棒在铁芯线槽内的防晕处理及固定”。而目前使用次数最多，范围最好的ALSTOM发电机线棒则是采用了硅脂复合胶弹性固定技术完成的。在发电机的上端则使用了玻璃纤维绳注胶完成的工艺。除此之外的VGS发电机线棒则是采用了导电纸裹半导体胶的固定方式，其顶端同样是采用了金属材质。这对于我国发电机定子线棒的固定技术有着一定的帮助。
关键词：发电机定子线棒，玻璃纤维绳胶技术，固定，金属材质
关于发电机的核心——定子线棒、定子线圈在铁芯槽内的固定一直都是研究发电机的一大基本课题。在放电机开始、运行、停止、这三个阶段中，对于线棒承受的电磁力，热效应、机械应力的综合考量一直都是定子线棒的根本和难点，如何解决发电机运行中绕组的可靠固定以及长期运行之中可能存在的相关问题都是目前设计发电机绕组棒需要考虑的地方。
1、线棒的线槽段的防晕处理
对于线棒嵌入铁芯槽的技术，一直对技术人员要求是相当高的。不仅仅要讲钉子线棒与铁芯槽有一个很好的距离，同时还要防止定子线棒的电晕现象。最后还要让定子线棒的外表面与铁芯槽之间有一个良好的电气接触的空间。关于上述的技术问题，结合着现在使用最多的ALSTOM以及VGS的两款发电机的处理方法。来进行研究。
传统的方法是将定子线棒的外面缠绕着低电阻的铁质石，这样做的目的是让定子线棒与主绝缘体的定型作用。之后才是用半导体塞满。总而言之，是属于一种物理上的实际性的连接。但这里面也会存在一个问题就是定子线棒与铁芯槽的槽壁会存在接触不良等影响。还有另外的一种方法是利用槽底、层间的空间下半导体适形毡工艺。这样的工艺是可以有效的解决大型立体式发电机的问题，三由于本身的安装十分复杂，而且，一旦出现操作不善等原因便会功亏一篑。
ALSTOM公司的发电机的定子线棒固定技术是以定子线棒弹性固定工艺为主。第一步是将一定宽度的半导体纸对折。第二步在对着的半导体内利用专用设备均匀涂上室温固化的具有弹性的胶状硅脂复合胶，以夹胶后的半导体纸作缠绕带，均匀地缠绕在定子线棒直线段上即所有与铁芯壁接触的部分。在胶未固化的情况下，快速下入铁芯线槽。该胶的最大特点是具有自行膨胀性能，固化后也有一定弹性，因此定子线棒与铁芯的尺寸配合可以稍大，包绕后的定子线棒可以很容易下入铁芯槽，一定时间后，胶膨胀固化，使定子线棒与铁芯有很好的机械接触，这种弹性材料可以补偿因温度变化引起的热膨胀和运行中可能出现的位移，有利于发电机的安全运行。胶被半导体纸所覆盖，故定子线棒屏蔽表面与铁芯槽壁是通过半导体纸连接，较好地保证了电气接触以有效地防止槽部电晕。在安装定子线棒的过程中，都要求严格保证定子线棒垂直高度的定位，特别是上、下层定子线棒安装中要求电接头严格对正，采用这种工艺的定子线棒可轻易地在铁芯槽中作少许的垂直移动以定位及对正上、下层定子线棒的电接头，因此定子线棒的安装也较为方便。
VGS采用的是在定子定子线棒直线段包敷半导体纸裹半导体胶的方法。即在专用工具上，铺好与定子线棒直线段长度相当的一定宽度的半导体纸，然后在纸上相对定子线棒宽面的对应部分均匀涂敷一定厚度的半导体胶，在涂好胶的包敷纸上夹好定子线棒，在胶未固化时下入铁芯线槽。半导体胶在室温固化的过程中，没有自行膨胀的能力。这种工艺的优点是定子线棒本身的防晕层与涂裹的半导体胶有很好的接触，可以有效地避免可能发生的槽内电晕定子线棒表层通过胶、纸与铁芯壁接触，待胶固化后，使定子线棒表面与铁芯壁有很好的机械和电气接触。这种工艺操作上相对比较复杂，在下入线槽后定子线棒不能上下移动，否则会拉坏半导体包敷纸，造成返工。因此，在下入定子线棒前应仔细确定定子线棒垂直高度，尤其是下入上层定子线棒时更应仔细对正电接头，否则就需要返工，造成材料和工时的浪费。由于裹胶后定子线棒厚度增加，定子线棒下入线槽时也极易刮坏半导体纸而造成返工。
VGS和ALSTOM的定子线棒的这两种固定方式都能有效地保证定子线棒在线槽内的防晕要求，定子线棒和铁芯槽壁都有很好的电气接触，基本可以消除二者之间的气隙。由于胶固化前本身的可塑性，即使铁芯线槽壁表面存在机械公差也没有关系，同时也可以有效地抵消由于铁芯槽段不平在定子线棒外绝缘表面产生的局部机械应力。
2、固定槽楔
发电机定子线棒在运行中承受电磁力和机械振动，因此有效的定子线棒紧固系统是十分必要的。槽楔的松紧程度直接关系到定子线棒的紧固。因此，在发电机的维护中，槽楔紧固度的检查和处理，一直都是工作重点之一。传统中较为常用的方法是由槽楔和其下面的斜楔组成楔对，相互楔紧，槽楔与定子线棒均是硬连接,由于热胀冷缩现象和长期运行后绝缘材料一定的收缩，槽楔就会出现松动现象，这就需要在检修中重新楔紧槽楔。
ALSTOM和VGS均采用了带波纹弹簧垫条的槽楔紧固系统，这种方式我国多用于大型汽轮发电机。国外的大型发电机定子多采用这种紧固方式。弹性槽楔在国外应用的时间较长，技术相对比较可靠，在长期运行中由于槽楔可能出现的松动由波纹弹簧垫条的伸缩(厚度方向)自动补偿以保持定子线棒处在紧固状态。显然，这种方式对波纹弹簧垫条的材质要求是很高的，它在长期受压和热胀冷缩的作用下要保持恒久的弹性。
对于槽楔安装后如何有效的检查槽楔的紧度尚缺少很科学的办法。目前基本上是依靠人工用小铜锤敲击的方法来检查紧度。这种方法对老式的斜楔对结构的槽楔还是很灵敏的。但在弹性槽楔系统中，由于波纹弹簧垫条有压缩余量，故敲击声发空，紧与不紧的界限比较模糊。按理应是在槽楔每节装好后检查槽楔与其下部斜楔的间隙应在给定范围之内。但由于槽楔较长,故打入斜楔时用力也较大,不可避免地使斜楔顶部因受击打而少许变形，致使间隙测量不准，因此实际安装时，多采用锤击听音的办法判断紧度。当然，如果一节槽楔敲击后全部为实音即波纹弹簧垫条全部压平，从工艺上厂家也是允许的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆但安装阶段是冷态，发电机运行后温度升高会使材料有一定的膨胀，会使波纹弹簧垫条挤压更甚，是否有损其弹性，还需实践的考验。单节槽楔越长，则安装难度越大相应地波纹弹簧的压缩量也就很难测准。究竟单节槽楔选用多长最为合适，这是值得探讨的。
3定子线棒的端部固定
端部也是发电机运行中的多事区，ALSTOM机组定子线棒内的冷却水管采用的是6根不锈钢导管，不参与导电，因此定子线棒设计得较粗，相应的刚性和抗冲击能力较好。在定子线棒出槽口部位每隔10根定子线棒才设计了一块口部垫块。在传统的发电机端部绑扎固定中，一般采用非磁性金属材料作端箍。ALSTOM采用了新的技术，其端箍是一条较粗的玻璃纤维绳，开始安装时易于布施和无间隙绑扎，待全部安装绑扎完成后，在这条端箍内注入室温固化的绝缘胶，使之充满玻璃纤维绳，胶固化后,玻璃纤维绳即成为刚体。同样汇流环也是类似的绑扎工艺。值得一提的是,A LSTOM发电机采用了定子端部整体防晕结构，整个端部的定子线棒部分、口部垫块、斜边垫块、端箍等均喷涂高阻半导体漆，可有效地防止端部电晕和端部异相间的电晕。可见,ALSTOM对待定子端部防晕考虑得比较周详。
VGS发电机定子线棒内部冷却水导管采用的是铜管，因此冷却水管也参与导电，定子线棒的体积较A LST OM要小一些。定子线棒在出槽口部位也没有采用口部垫块,但在上、层定子线棒之间采用了加强固定的方式，以含胶的绝缘材料卷成实心圆柱体绑扎在端部上、下层定子线棒之间，待胶固化后即成为刚体。定子线棒的端箍采用的也是非金属材料，但为刚性绝缘材料在安装现场拼为整圆。在端箍和定子线棒间垫以适形毡,待胶固化后成为整体，也能做到使定子线棒和端箍材料间无间隙。
4关于铁芯线槽下线前的处理
在定子线棒下入线槽前,VGS工艺中无须再对铁芯线槽表面进行处理,直接下入定子线棒即可；而ALSTOM工艺则是要求在线槽内喷一层绝缘漆以防锈。
笔者认为这两种方式都不妥当。由于宜昌地处温热带,四季中高湿度的天气较多;因线槽是由铁芯片的切面组成，因而难免会在槽内生锈，尤其是机组停运期间;潮气是无孔不入的。对ALSTOM的方式,我方也曾提出过异议，后来也检测过线槽喷漆后的表面电位。厂方认为由于线槽是由切面组成，不可能整齐如平面,喷漆也不可能有很好的附着，因而被认为是不影响定子线棒防晕层与铁芯壁接触的。所以，从线槽的防晕和防锈的角度出发,在定子线槽内喷低阻漆是合适的。既能有效的防止线槽内部生锈,又能可靠地保证定子线棒外表防晕层与铁芯线槽的电接触。工艺上可行,材料消耗上也增加很少。
5、电机定子线棒在定子线槽中的固定方式
（1）传统工艺方式。传统的方法是在定子线棒的外表面缠绕低阻铁质石棉带或低阻带直接与定子线棒主绝缘一起成型,而定子线棒与槽壁之间的空隙,在安装定子线棒时,用半导体板将其塞满,总体而言,是属于刚体间的连接;但如果塞之不紧,就有可能使定子线棒与铁芯槽壁的两个侧面接触不良,从而可能导致不良后果。
（2）半导体适形毡工艺。是在线槽的槽底,上下层定子线棒间和楔下采用半导体适形毡材料,也可有效地解决大型立式机组发电机定子线棒的机械固定和防电晕问题,但其安装工艺比较复杂,半导体浸胶毡固化前的压缩量较大,其"火候"较难掌握,且长期运行后发电机定子线棒的可修性较低。
（3）半导体槽衬固定方式。在定子线棒下人铁芯线槽前,在定子线棒的外面,采用半导体材料包缚如半导体纸,半导体胶等,然后将其下人线槽,固定在槽内。定子线棒本身表面的防晕层并未直接与铁芯壁相接触,而是通过这层半导体槽衬与铁芯壁接触。这些方式下线前按定子线棒外形尺寸与槽宽的偏差可在下线前进一步确定槽衬的补偿量,将定子线棒直线段加包的半导体垫层厚度调整到合适的程度。采用半导体槽衬的定子线棒固定方式都能有效地保证定子线棒在线槽内的防晕要求,定子线棒和铁芯槽壁都有很好的电气接触,基本可以消除二者之间的气隙。由于胶固化前本身的可塑性,可以补偿铁芯线槽壁表面存在的微小机械公差;同时也可以有效地抵消由于铁芯槽段不平在定子线棒外绝缘表面产生的局部机械应力。
此外,还有在槽内定子线棒一侧置放半导体板,在槽部另一侧采用半导体斜楔(或半导体波纹板)来固定定子线棒的方式,多用于汽轮发电机。
总结：ALSTOM机组定子绕组安装中采用了多项新技术、新工艺和新材料，值得国内同行学习和借鉴。
（1）定子定子线棒嵌入线槽前，在定子线棒直线段缠绕填充硅有机树脂半导体胶的绕包带。硅有机树脂半导体胶固化后略膨胀并呈弹性，保证厂定子线棒防晕层与铁芯良好的接触，有效降低了槽电位。
（2）端箍采用(50玻璃丝绳注胶固化工艺。端箍在轴向无绝缘支撑架，且上下层定子线棒之间五层间端箍结构。该工艺安装简单，定子线棒紧靠端箍，且和槽内半导体硅胶联合受力，抗机械应力性能好。
（3）绝缘盒均为敞开式绝缘盒。安装时，采用浸胶玻璃丝绳缠绕在电接头周围以固定绝缘盒，胶体固化后与绝缘盒形成牢靠的整体。该工艺与国内传统的绝缘盒内灌注填充胶工艺相比，操作简单快捷、清洁美观且便于检修中对电接头的检查。
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论文作者:杨启东,屈慢莉
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/3/19
标签：定子论文; 线棒论文; 半导体论文; 发电机论文; 铁芯论文; 线槽论文; 工艺论文; 《电力设备》2018年第28期论文;