浅谈丰满水电站水轮发电机定子下线质量管控

浅谈丰满水电站水轮发电机定子下线质量管控* 摘要：详细介绍了丰满水电站水轮发电机定子绕组的端箍、测温电阻、线棒及接头、绝缘盒、铜环引线以及线棒焊接等定子绕组安装过程中关键工序的工艺过程、处理方法及质量管控；同时，就定子绕组安装前后的上、下层线棒耐压试验的标准及试验数据做了简要摘要。关键词：发电机 定子装配 工艺流程 质量管控。1.工程概述 丰满水电站治理（重建）工程共新增6台机组，单机容量200MW，总装机容量1200MW，由哈尔滨电机厂生产，型号为SF200-64/14200。水轮发电机组定子线圈嵌装是在定子铁芯现场装压完毕后，定子铁心磁化试验合格后进行。定子绕组为三相四支路星形连接，绕组为双层条形波绕组，线圈绝缘为粉云母带主绝缘加防晕层F级绝缘。槽内部分采用良好的半导体槽衬作电晕保护层。线圈接头采用银铜钎焊工艺。三相四支路引出全部采用汇流排集中引出，绕组端部端箍布置为上下端各一个。绕组端部绝缘全部采用绝缘盒浇灌环氧树脂填充工艺。定子下线安装主要包括：端箍环装配、线圈嵌放、并头块焊接、汇流铜环安装、绝缘盒灌注、定子耐压试验、挡风板安装等。1.1丰满水电站治理（重建）工程发电机定子基本参数介绍 额定容量228.57 MVA，额定功率200MW，额定功率因数0.875(滞后）额定电压15.75KV，额定电流8379A，额定频率50HZ，定子铁芯外径14200m，定子铁芯内径13370mm，定子铁芯长1800 mm，定子铁芯槽数720槽。定子绕组相数3相，每相并联支路数a=4，线槽尺寸（宽、深）21.8181.9mm，每槽线圈2根，绝缘等级：F级。下线平台搭设 铁芯清理、喷漆、编号 单根线圈耐压 端箍安装 嵌下层线圈、绑扎、耐压 测温元件安装 嵌上层线圈、绑扎、打槽楔及安装槽口垫块 上、下层线圈耐压 分支直流电阻测量 线圈端头中频焊接 浇灌绝缘盒填充胶 汇流排安装 绕组绝缘及吸收比测试 绕组整体试验 喷漆、验收 图5-1 定子下线工艺流程 1.2质量目标 定子绕组是发电机定子的核心部分，它的安装质量将直接影响发电机的技术参数以及安全性和可靠性。丰满水电站定子绕组是在施工现场组装，工序繁琐、工艺过程复杂，这就对安装质量提出了更高的要求。所有工序、工艺都必须进行严格把关，通过对厂家安装指导手册、技术文件、质量标准及技术措施的理解、消化、吸收，再结合以往的安装施工经验，在施工单位、厂家单位、监理单位、业主单位及接收及使用单位多方监督及管控下，使得产品质量最终达到GB要求以及丰满水电站的各项质量标准。2.1实体质量目标：定子线圈安装符合规范要求，定子整体耐压结果合格；单元工程质量验收合格率100%，优良率95%，杜绝较大质量缺陷。2.2质量管理目标：按照标准工艺要求施工，各环节仔细把控质量，将“三检制”落到实处，标准化工艺应用率100%，质量通病防治率90%及以上,强制性条文执行率100%。1.3技术措施、下线前的准备工作及安全质量措施 1.3.1技术措施 由技术组全面负责定子线圈安装的技术指导，负责编写并审核定子线圈安装方案，对现场施工中出现的技术、质量问题进行分析解决，做好现场安全技术交底，对现场施工过程中数据、验收资料及影像资料的收集整理，记录好每天的施工日志；对编制的技术措施等技术文件的符合性（符合规范要求、符合实际施工条件）及工程质量负直接责任。进行图纸会审和技术交底，包括技术、质量、安全等措施与要求的交底，并对其所提供资料的可靠性负责。1.3.2安全管理措施 由安全组负责定子线圈安装的安全管理工作，安装前对定子线圈安装过程中存在的危险源进行辨识，对定子线圈安装进行全过程监控，对施工中存在的潜在危险因素予以发现并指挥消除，确保定子线圈安装安全顺利进行。1.3.3质量管理措施 由质量组认真执行国家的法律法规、技术规范、标准和上级部门的有关规定，贯彻落实公司质量管理手册；严格按规范施工工艺，对出现的质量事故提出处理意见，坚决杜绝质量事故的发生；全面负责定子线圈安装的质量检查工作，按照质量控制程序 进行检验、测量和试验，参与进行材料的检验和试验，对安装所需的材料和设备进行测量和试验，对安装所需的测量工具等进行效验，严格执行“三检制”制度，确保安装质量。2.下线前的准备工作 （1）对到货设备进行箱体外观和材料包装检查，外观检查无损伤，箱体未变形；开箱检查，检查设备型号规格是否符合设计要求，按到货清单检查附件、备品备件、技术文件是否齐全，并做好开箱检查记录；对于不符合要求的设备要求业主联系厂家及时更换。（2）抽查每箱线圈的5进行绝缘电阻实验和线圈起晕实验，同时将线圈两端打磨露出金属光泽；检查耐压合格的绕组直线部分上、中、下部位宽度，用游标卡尺量3点宽度尺寸，线宽尺寸符合图纸要求；画出绕组两端长度线，标出相应槽口部位的长度，以控制绕组槽口位置。（3）涤纶毛毡在使用前需按工艺要求进行浸胶处理。（4）绑扎用HYET400-20和定向玻璃丝带要脱蜡，脱蜡方法为在烘箱中保持50-60的温度焙烘4h， 使石蜡成分全部挥发。(5)所有绝缘胶使用前必须做固化实验；所有胶类必须根据厂家相关工艺守则进行配比使用。(6)绝缘盒、槽楔、槽口垫块、斜边垫块、密封板等应用丙酮、无水乙醇等溶剂彻底清理干净，用塑料布遮盖好，防止落入灰尘。(7)全部测温电阻（RTD）及光纤测温装置在常温下测试其阻值符合图纸要求，且绝缘良好。(8)工具准备 制造商提供专用工具：压线工具、打槽楔工具、线棒垫板、堵漏板等厂家提供专用工具。安装单位准备通用工具：喷漆工具、摇表（500V、2500V）、耐压试验用设备及电缆、台秤（0-20Kg）、烘箱（200）、工业吸尘器、搅拌器、除湿机及加热器及常 用工器具等。(9)定子防尘棚及工具间应采用钢结构为主体构架，防火布铺设棚顶的构造；定子内外圈下线平台采用脚手架搭设，木板铺设地面的构造，周围用密目网及铁丝网固定以保证施工安全。定子外圈平台及工具间应防止不同种类灭火器以杜绝火灾。(10)工具房内用防火布隔开，分为配胶区、备料区、工具区、下线作业区等。封闭配胶区及半导体槽衬粘接区应防止灰尘、金属、杂物等进入作业区，设专人负责卫生清洁，用吸尘器吸尘，拖洗地面并具备防火设备，谢绝闲人参观；下线作业区、化学品储存区应具备防火设备，谢绝闲人参观。3.安全技术措施 （1） 施工作业前对相关作业人员进行安全技术交底。（2） 进入现场的工作人员，按有关安全规定着装和佩带安全护具。（3） 在定子内进行焊接作业前，确保周边范围内无易燃易爆物，并做好防护、隔离措施，配置灭火器材。（4） 喷漆人员做好安全防护，并每十五分钟轮换一次。（5） 现场供电线路、维护及拆除工作，必须由专业人员进行，非专业人员禁止操作。（6） 安装前应仔细检查所使用器具，在检查合格情况下，方可投入使用。安装时专人指挥，做好线圈的保护。（7） 线圈安装过程中，一直使用易燃的胶类，定子内不得有明火。（8） 为防止胶类污染环境，不得随意处理，放置指定地点。（9） 工作场地应备有清水。环氧胶不慎溅到皮肤上时，立即用肥皂溶液冲洗；若不慎将电解液溅到眼睛内时，立即用大量清水冲洗，必要时到医院请医生诊治。（10） 试验操作人员应当具有相应资质和工作经验；试验中注入电流、电压等参数时，不能超过试验规定值，防止损坏电气设备。（11） 附件开箱时，包装材料应集中堆放并及时处理；施工区域需每天清扫，施工过程产生的垃圾及时清理干净，材料摆放整齐。（12）进入定子人员须登记与施工无关物品禁止带入定子线圈安装区域。4.保证定子接线正确及控制绝缘强度合格的做法 （1）将定子吊入基坑后，用酒精对定子通风槽、指压板进行全面清扫，并用医用胶带配合多余的环氧垫条将上压指间的缝隙封好 （2）重新标记槽号，按图纸标出层间RTD测温装置、层间光纤测温装置、上下层引出线及跨桥槽号，以确保每一根线棒都下到正确的槽号，每一个跨桥都按图纸焊接。标记完成后联合多方重新检查，确保槽号标记无误。（3）再用塑料纸将12个空气冷却器密封好，防止施工过程中灰尘进入。同时对定子铁心RTD及光纤测温装置用塑料纸包裹进行防护，防止施工过程中踩踏造成电阻损坏。（4）下线过程中轻拿轻放，不能破坏线棒绝缘；对表面有破损的线棒，及时联系厂家进行鉴定，如必要需更备品，确保绝缘合格；嵌装入槽时不能用力过猛且上、下两端要同时嵌入槽内；在用压紧工具压紧时，层间垫条要水平放入，避免划破线棒绝缘。（5）打槽楔时，铜锤严禁磕碰线棒，以免损伤线棒绝缘；如有误操作情况出现应及时处理或更换，确保绝缘良好。（6）在对跨桥及汇流铜环焊接后进行绝缘包扎时，必须清理干净并用粉云母带涂刷56102双组份固化胶包扎18层，再包扎两层无碱玻璃丝带，每包一层都要均匀涂抹56102双组份固化胶，包扎完成后根据温度适当进行加热干燥除湿处理，确保固化后绝缘强度。（7）同时在进行绝缘盒灌注的过程中，首先对绝缘盒用酒精进行擦拭，然后用塑料纸进行包裹，灌注完成后拆除。上端盒采用881AB灌注胶，注意对线棒端头的保护，用HDJ-18堵漏腻子将下端口封好，24小时干燥完全确保无渗漏后进行填胶；下端盒采用879AB灌注胶，盒内放入适当的灌注胶，用木方及木板支撑，调整好位置后等待固化完全后拆除。灌注过程中要注意高度适中，保证绝缘盒将裸露在外的线棒端头全部包裹，线棒端头位于绝缘盒正中，与盒底保持适当距离，填料饱满，使绝缘厚度达到要求。（8）对定子线圈绝缘的耐压试验是检查定子绕组对地及相之间的绝缘强度，主要分为绝缘电阻、吸收比（1.6）、极化指数（2.0）直流耐压及泄漏、交流耐压试验，是检查绝缘强度是否合格的标准。定子绕组每相绝缘电阻值，在换算成100时，不低于按下下式计算的数值R=Un/(1000+Sn/100)(M) 。式中Un电机额定线电压V；Sn电机额定容量KVA。在40以下时测得的绝缘电阻吸收比R60/R15。对环氧粉云母一般不小于1.6。直流耐压试验符合下列要求：a .在整体试验前对各分支路直流电阻进行测量。在做直流耐压试验时，各相泄漏电流不随时间的延长而增大。b .在规定的试验电压下，各相泄露电流的差别不大于最小值的50%。c .试验时电压按每级0.5倍额定电压值分阶段升高，每阶段要停留一分钟记录泄漏电流的数值，直流耐压完毕后要进行放电，放电时间不小于30分钟。绝缘、交流耐压试验：试验前测量绝缘电阻应合格，吸收比大于1.6，极化指数大于2.0，交流耐压试验以不超过规定全值的一半开始，然后逐步以2000V/S的速度升压至全值试验电压下维持1分钟。交流耐压值为34.5KV，一次通过即试验合格。5.定子下线过程中外形尺寸的管控 5.1端箍装配的尺寸控制：为使端箍能与线棒紧贴并保证线棒固定牢靠，采用36根形状较好的线棒定位，每隔20槽下一根，以线棒为依据调整圆度后进行端箍支架及搭块的满焊接，然后装配支架和端箍，通过调整支架使端箍紧贴线棒，然后进行端箍配割，打磨切口，清洗干净，焊接牢固后对端头进行打磨和绝缘包扎。这样既保证了外形尺寸，又有利于线棒的固定。5.2线棒嵌装过程中的尺寸控制：线圈直线部分包半导体无纺布，槽衬用半导体胶HEC56600将叠成“U”字形无纺布粘接在一起，下线时的间隙控制在0.1mm以内，长度不大于100mm，半导体无纺布层数根据现场尺寸适配；以定子中心线和线圈中心线为基 准，同时参考线圈斜边间隙及两端伸出槽口的长度，将线圈嵌入槽中。嵌入前要在线棒与端箍间放浸好胶（HDJ-138）的适形毛毡，嵌入过程中线圈不得产生轴向串动，且不要划伤线圈外表的防晕层。线圈平槽后，再用压线垫条和压线工具（每隔300mm压一个）将线圈固定；检查线圈直线部分是否紧靠槽底，并在线圈斜边部分与端箍间垫适形毛毡。不允许在线圈端部已紧贴端箍时，而直线部分与槽底垫条间存在间隙。用浸过涂刷胶的玻璃丝带，按图纸规定将线圈绑扎在上下端箍上。根据图纸画出在相邻两根线圈斜边部分的垫块位置。用浸过胶的毛毡包住垫块塞入指定位置，再用玻璃丝绳按规定要求将垫块与线圈绑扎紧。所有线圈斜边垫块的轴向位置高度要一致。绑扎完成后涂刷HDJ-138涂刷胶，待完全固化后，将绕组端部表面打磨，保证光滑无尖角，清理干净。上下层线棒间垫入层间垫条并固定。上下层线棒端头周向错位5mm，轴向错位小于5。5.3绝缘盒灌注过程中的尺寸控制：绝缘盒保持高度一致，灌注料固化后要高于盒表面呈凸圆弧状，因收缩而低于盒表面的要补充填料挂装后绝缘盒之间必要留有适当间隙，不得粘连，盒外的灌注胶要清理干净。5.4汇流铜环的尺寸控制：汇流铜环在发电机出口及中性点引出线的测量必须准确，保证尺寸与位置与图纸相符，并与外引的封闭母线尽量对齐，减小误差，既便于连接又保证了安装的尺寸。6.并头块、跨桥及汇流铜环焊接的质量控制 6.1并头块与跨桥的焊接 并头块及跨桥的焊接采用银铜焊机钎焊工艺，焊接时要保证焊接面积且焊接牢固，这样才能保证定子线圈的导电面积，避免局部发热，利于长期运行。（1） 上、下层线圈端部错位用专用整形工具校正，使之与并头片贴合紧密、均匀。端头伸出长度符合要求。各端头的间隔公差小于5mm。所有并头板的钎焊面用钢丝轮打磨露出金属光泽，线圈端部接头用砂布打出光泽，片状钎料用剪刀剪成与并头板和线圈搭接面积相同的尺寸。线圈的上、下端部用石棉布做好绝缘隔热保护，防止钎焊过程中液态钎料和线圈接头清理过程中的金属粉末掉入线圈绝缘中。每根线圈的绝缘根部用浸水的石棉布紧密包绕，同时对感应线圈进行及时包扎云母带，防止在使用过程中短路损坏。（2）当加热到钎料融化后，再次旋紧感应棒夹紧工具，同时对焊缝添加钎料，先对并头板的下部焊缝添加钎料，待下部焊缝钎料填满后，再对上部焊缝和立缝添加钎料，至所有焊缝钎料填满为止断电。为了确保焊接质量和良好的焊缝外观，在断电后避免出现钎料凹陷，此时可继续向焊缝填料，以获得最佳效果。加热过程中防止温度过高烧熔并头板，可采用间歇通电法，温度维持在钎焊参数范围内。钎焊的温度用观察焊件的颜色来控制，正常钎焊温度焊件呈桔黄色，如焊件发白时，则温度过高。焊完后，待温度降至约400时，方可卸掉感应棒夹紧工具，继续下一个接头的钎焊。(3)线圈接头焊接后，清理干净、修光毛刺，外观检查要整齐、光滑、焊料填充饱满，接头高低偏差不大于5mm。(4)焊接质量标准：焊缝四周钎料饱满,不允许有凹陷现象，表面直径1mm的气孔、沙眼不允许连续两个以上。检查钎焊质量不合格的并头板，只允许补焊一次。钎焊质量出现特殊情况，只能由专业人员来处理。(5)焊后处理：用扁铲剔掉所有多余的钎料，注意不要剔掉线圈股线，所有的并头板和线圈的裸线用钢丝刷砂出金属光泽，并将线圈根部绝缘砂出新茬。线圈上端在撤掉石棉布之前，用压缩空气吹一遍，清掉所有赃物，撤掉石棉布，用吸尘器对整个定子上端线圈周围吸一遍。(6)清理检查：并头板和线圈的表面四周具有金属光泽，无氧化物，焊缝四周的多余钎料不允许带有尖点，线圈根部绝缘无胶质或绝缘的碳化物，线圈端部绝缘的表面无烟熏的污物。6.2汇流铜环的焊接 （1） 按铜环引线装配图预装铜环、铜排及引出线。（2） 画出铜环、铜排及引出线接头配割余量 （3） 根据预装结果，确定铜环引线支架径向位置，和主中引线固定夹位置。（4） 并将铜环引线支架与定子机座焊接牢固 （5） 铜环引线安装从最下一层铜排开始，并与出线线圈的端头焊接，为了防止线圈绝缘和周围零件的烧损，必须使用石棉布沾水包扎等保护措施。（6）加热钎焊：氧-乙炔焰加热钎焊，根据钎焊部位的体积大小选择焊炬，一般小件用一把小号焊炬加热，体积大的可用一把或两把大号焊炬同时进行加热，开始时，应以外焰区来加热，将火焰在焊件表面上来回移动，使钎焊部件的温升均匀，加热到温后，将火焰调小或将焊炬移开加热部位，维持部件恒温，手持钎料向焊缝处填料，至焊缝四周钎料填满为止，使用非自钎剂的钎料，填剂前必须用火焰烧热钎料再粘附钎剂向焊缝处涂抹，待钎剂溶化流入焊缝后再添加钎料，填料将近结束时，利用焊件余热或调小焊炬火焰，把焊缝处的钎料堆成形状。（7）焊接质量检查及绝缘包扎：用扁铲剔除较大焊瘤，并用钢丝刷或砂纸将焊缝的氧化物砂掉，呈现光亮程度，外观检查，焊缝四周不允许有凹陷、气孔、裂纹和焊瘤，焊缝检查合格后进行清理，去掉尖角、毛刺，用酒精将焊口擦干净，按图纸要求包绝缘，绝缘接头搭接距离不小于70mm（见工艺导则0615-461），包18层云母带，包一层刷一层HDJ-138涂刷胶，最后再包2层无碱玻璃纤维带。（8）局放检测装置安装，由厂家指导安装。（9）铜环引线安装完毕后，检查各支路及各相直流电阻应平衡，任何两相直流电阻的差值应小于平均值的2%。7.成品保护 （1） 下线所用胶类单独放在远离火源的箱内，随用随取。（2） 线圈开箱检验后应立即做打磨处理，打磨完后利用原包装重新封存好。（3） 安装前用五彩布对地面进行防护。（4） 完成一天工作后，将易燃品移出定子，巡查确保无明火，放置足够的灭火器。（5） 每天下班前，用塑料布将定子覆盖，防尘，防潮。（6） 准备碘钨灯和加热片（KV）,根据现场湿度灵活选用加热设备。（7） 开箱未用完的线圈，下班后重新放回箱内，盖好盖子，防止线棒损伤。（8） 未用完的毛毡等材料，做好防尘。8.质量控制措施 （1） 场地严禁遭受雨淋和厂房拱顶漏水的侵袭。当现场相对湿度超过80%时，加装加热器或去湿机，避免水轮机的潮气进入定子。（2） 施工现场内应干净、无尘，并具有良好的防尘措施；施工场地内有足够的通风措施。（3） 槽口垫块、间隔块及槽楔、绝缘盒等在使用前应洗净并除去潮气。（4） 在开始嵌装下层线圈的同时在定子底部，对着线圈的位置均匀布置12片3KW的加热片，并布置两台轴流风机，在每天下线结束时，给加热片和风机通电来给定子线圈加热，利用风机将潮气吹走，防止线圈受潮绝缘下降，并派专人值班，每隔半个小时检查一下定子线圈的温度，不得超过60，同时注意防火。（5） 在每天工作结束后，将下完线的部位用塑料布覆盖好，保证定子线圈的清洁。（6）在定子线圈全部嵌装完毕，在并头板焊接、铜环安装的时候，如果条件允许可在定子上部均匀布置12盏1KW的碘钨灯，距离定子线圈0.8-1米左右，对着线圈进行烘烤，用以驱除潮气，保证线圈绝缘。整形时易损坏线棒，线棒绝缘根部包缠不紧密，易烧毁线棒绝缘。9.结束语 作为一名技术干部，在经历了5台机的定子下线工作后，我更加体会到质量控制的重要性，层层把关，严格管控，每一道工序每一个环节每一处细节都要认真控制，严格检查。而能亲身参与到丰满水电站治理重建过程，更使我获益良多。因为每一个国优工程的背后，都是无数水电人呕心沥血的付出。