论文《换位定子线棒制造技术研究》-仁创编译转载

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　　摘要:为降低发电机定子线棒股线间的环流损耗，以降低线棒内部导体温度，提高效率及绝缘使用寿命，需要对线棒的股线进行换位。线棒股线换位通常采用在线棒的槽部作360°完全换位或小于360°的不完全换位，但也有一种较少应用的包含端部换位的540°换位方式。为确保540°换位方案顺利实施以及定子线棒导体的胶化、成型质量，通过工装工艺技术研究、设备改造，找到了合理的定子线棒540°换位制作工艺方案，为今后制作540°换位或其他非360°Robel换位线棒提供了宝贵经验。

　　关键词:定子线棒;股线;换位;压花

　　定子线棒是水轮发电机的核心部件，单根线棒导体由多股绝缘电磁线并联并在两端焊接成一体构成。由于定子线棒处在发电机槽部和端部十分复杂的漏磁场中，使得线棒各股线的感应电压有所不同而通过端头产生一定的环流。为减少并联股线间的环流损耗，改善线棒内股线的温度分布[1]，提高绝缘使用寿命，必须对股线进行特定方式的换位使各股线的感应电压趋于一致。通常定子线棒股线采用0°/(铁心部)360°/0°的Robel换位，即端部不作换位的方式，也有采用在槽部小于360°的不完全换位方式。所谓360°换位，就是线棒导体的任一根股线，其在铁心端面位置的线棒断面上的排列位置，进入铁心部位开始慢慢升高(另一排降低)排列位置，在2次升高(降低)到最高(最低)位置时，左右排之间股线压花的换位到另一排，再逐渐升(降)排列位置，最后到铁心另一端面时，所有股线均回到初始的排列位置。这样使每根股线在铁心槽中所占的任何排列高度空间一致，也就是每根股线受到的漏磁影响一致，从而使每根股线的感应电压趋于一致。但对于一些定子铁心轴向高度较短，而绕组端部相对较长的发电机，由于其端部漏磁相对较大，仅仅采用在直线部换位的方式，难以减少股线在端部漏磁引起的电位差，抑制股线环流不理想。故为降低定子铜耗，减少端部漏磁的影响[2]，采用对线棒两端部的股线也进行追加换位的结构，成为一种针对短铁心、长端部线棒有效的降环流、降损耗的技术对策。某机组上层线棒采用了540°换位，即电刷侧端部90°/直线部360°/驱动侧端部90°的换位方式，而下层线棒由于靠近槽底和外径侧受到漏磁较小，则采用了传统的0°/360°/0°Robel换位。为保证540°换位方案顺利实施以及定子线棒导体的胶化、成型质量，通过工装工艺技术研究、设备改造，寻求合理的定子线棒540°换位制作方案。

　　1换位结构特点

　　该机组上层线棒采用540°换位，下层线棒采用常规360°换位，如图1所示。由图1可见，两者区别在于:360°换位的线棒，其换位完全在铁心段直线部完成;而540°换位在铁心直线部之外的两端部也需有股线换位，线棒端部换位后还需要按设计要求进行弯型，且单股线换位花位数由2处增加为3处，因此540°换位线棒在换位编织、成型、固化过程中大大增加了制作难度，且较容易发生股线间短路、形状和尺寸不良等问题。

　　2工艺与工装

　　为保证上层线棒540°换位编织能顺利实施以及线棒尺寸、形状符合要求，采取了和下层线棒不一样的制作工装工艺。通过压花设备改造、合理的压花编织方案、端部和直线部分部固化、分部成型等几方面措施，最终制作出满足技术要求的540°换位上层线棒导体，为最终制作出性能优异的成品线棒打下了基础。

　　2.1压花设备改造

　　考虑到线棒股线增加了1个换位压花，故需要增加一次压花机和二次压花机各1套，见图2。这样就有必要对原压花油缸的液压管路系统进行改造，以增加一次压花油缸和二次压花油缸各1组，并可以通过高压截止阀关闭，以保证下层360°换位压花要求，如图3所示。

　　2.2换位编织

　　在换位节距较小、股数较多、具有较硬电磁线的线棒中实现540°换位，且要保证不损伤股线绝缘以及编织不翻线，其制作具有较大的难度。线棒电磁线尺寸2.6mm×7.6mm，换位节距为26.3mm，电磁线单边绝缘厚度薄仅为0.1mm，且具有较强反弹性。从图4可以看出，该机组线棒换位节距所在区域(符号所示)为尽量不使用区域，说明该机组换位节距小，电磁线宽度大，有可能会出现换位无法实施的情况。而股线换位节距在发电机电磁设计阶段就已经决定，在线棒制造阶段无法更改。一次花位角度通常采用45°，在小节距的情况下，通过增大花位角度缩短花位长度，增加换位的股线长度，为此一次压花模分别按照换位角度45°、55°以及65°进行了设计制造。通过多次试验表明采用大的换位角度更易实现换位，在适当增加股线压花距离的基础上，实现了上层线棒540°换位很好的编织作业。

　　2.3直线部胶化

　　两排股线合并编织完成后垫入换位绝缘及换位填充腻子后，进行线棒导体半成品胶化。通常采用直线部加热固化，而端部为常温固化方式进行。但考虑到540°换位线棒端部也有换位且在换位处需填充换位腻子后加热固化，因此工艺上采用直线部和端部分开并均为加热固化的新思路，利用线棒直线固化模对上下层线棒进行直线部胶化，确保线棒导体截面尺寸，并保证股线间无短路现象。

　　2.4端部成型

　　由于端部有编织花位，担心在圆弧大R处弯型时，出现错位及股线翻线情况，为此，在线棒成型模上增加了大R导板，以防止翻线。通过实际制作，取得了很好的效果，见图5。

　　2.5端部固化

　　考虑到上层线棒端部换位腻子需要加热固化，且端部形状、尺寸也有着严格的要求，故与常规不同，按线棒端部渐伸线进行端部固化模具设计制作。上层端部固化立体效果图如图6所示。通过在端部加热板上均匀安装加热管的方式，保证端部加热温度均匀，最终通过试制，压制出的端部固化线棒截面尺寸、端部形状以及股间短路情况都非常良好，一次制造合格率达到98%以上。

　　3结论

　　540°换位是降低短铁心、长端部线棒股线环流损耗的有效方法，但其制造与传统360°换位线棒相比有很大难度[3]。通过在股线换位压花方式、编织、端部成型模具、端部二次加热模压固化等专门工艺措施，有效地解决了制作困难、股线易短路、合格率低等问题，最终制作出优良的540°换位导体线棒，为导体线棒成型之后的线棒主绝缘制造打下坚实的基础。通过540°换位线棒制作，找到了合理的工艺、工装路线，制作出了性能优异的线棒，为今后制作540°换位或其他非360°Robel换位线棒提供了宝贵经验，为线棒乃至发电机综合性能的提升开拓了一个新的领域。

　　参考文献:

　　[1]周光厚.大型水轮发电机定子线棒换位方式研究[J].东方电机，2004(2):27-30.

　　[2]韩力，石晓坤，郭宁.水轮发电机定子线棒换位新方法研究[J].大电机技术，2009(3):1-4.

　　[3]张日强，宋文谦.大型交流电机定子线棒换位技术综述[J].大电机技术，2000(1):22-23.

　　作者：李佳林 李华 孟叶 王夏 单位：东芝水电设备

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