大型空冷調相機監造總結及典型問題分析

涂 曉

（國網江蘇省電力工程咨詢有限公司，江蘇南京 210011）

0 引言

作為動態無功補償裝置，調相機在提供無功支撐、減少直流換相失敗等方面具有獨特優勢，逐漸在電網中廣泛應用。本文介紹某300 MVar 空冷調相機的結構特點，并總結生產制造過程中的監造要點。

1 調相機結構特點

調相機結構復雜、質量控制要求高，只有充分掌握調相機結構特點，理解主要工序生產要點，才能做好制造全過程的質量監督。

1.1 總體結構

調相機包括本體、勵磁系統、升壓變、起動系統、冷卻系統、油系統、監控和保護系統等，其中本體由定子、轉子、軸承、勵磁裝置、盤車裝置、隔音屏等組成，采用空氣冷卻方式及自并勵靜止勵磁系統。

1.2 定子的結構特點

定子由外機座、定子鐵心、定子繞組等構成。

（1）外機座為鋼板焊成的上下兩半的殼體結構，通過高強螺栓固定為整體，具有足夠的強度和剛度，外機座內間隔布置多個冷熱風區。下半機座設置四處彈簧座，采用焊接方式將彈簧立板與彈簧座聯接。

（2）定子鐵心由0.5 mm 厚扇形無取向硅鋼片堆疊而成，硅鋼片表面涂刷絕緣漆，絕緣采用F 級、按B 級溫升考核。鐵心共一百余段，段間以通風槽鋼間隔形成徑向風道，通過軸向定位筋與徑向箍環、支撐環收緊，與端部壓圈連接固定形成整體結構，并使用高強螺栓與彈簧立板聯接，與外機座形成隔振結構。

（3）定子線棒共72 根，由漆包銅扁線繞制而成，使用專用模具成型，絕緣層為F 級環氧云母帶經真空壓力浸漬和防暈處理而成，具有良好的絕緣性能和機械性能。定子槽內固定切向選用F 級高強度半導體墊條、徑向選用波紋墊片和高強槽楔，使線棒與鐵心槽部緊密配合，形成良好接觸以降低槽電位。定子繞組端部通過浸膠綁繩與3 圈綁環連接固定至鐵心端部，形成整體避免線棒松動。

1.3 轉子的結構特點

轉子由轉軸、轉子繞組、護環、中心環、集電環、轉子風扇等組成。

（1）轉軸為25Cr2Ni3MoV 高強合金鋼整體鍛造而成，本體上共加工有32 道嵌線槽，嵌線槽上半部分放置繞組，下半部分作為軸向冷卻風道。轉軸大齒上加工橫向月牙槽以平衡大、小齒方向剛度。

（2）轉子繞組由含銀銅線焊接成圈狀，槽部開有冷卻風道，匝間絕緣采用F 級環氧層壓玻璃布板，成型槽襯由復合絕緣材料壓制而成，槽底墊條為F 級環氧層壓玻璃布板。繞組連接采用燕尾槽對接釬焊方式，經熱壓型后裝配槽楔。端部槽楔為鋁青銅材料，其余為鎳鉻不銹鋼，槽楔下方安裝有通長阻尼繞組以應對負序電流。

（3）護環為非磁性高強度合金鋼，熱套固定于繞組端部以保護轉子線圈。集電環為耐磨合金鋼，采用熱套工藝裝配，與轉軸間襯以絕緣套筒。轉子繞組通過引出線、導電螺釘、導電桿與集電環連接，轉子兩端均有軸流式風扇以產生定子和轉子冷卻風。

1.4 輔機系統

輔機系統包含潤滑油系統、冷卻水系統、本體在線監測裝置等。

（1）潤滑油系統主要為調相機啟停時頂起軸承、正常運行時提供潤滑油及潤滑油的貯存、輸送和凈化，包含貯油箱、潤滑油站、油凈化裝置和應急潤滑油箱等設備。

（2）冷卻水系統以自來水作為冷卻介質，用于冷卻定子、轉子冷卻風，包括循環泵、空氣冷卻器等設備。

（3）本體在線監測系統用于采集分析調相機振動、匝間短路、軸電流、絕緣過熱等各類工況參數，包含溫度傳感器、速度傳感器、電渦流傳感器等各類監測裝置及集中信號處理分析系統。

2 調相機監造要點及典型問題分析

調相機監造采取駐廠監造的方式，對制造廠的質量管理體系和運行情況進行核查，檢查主要原材料、組部件的質量證明文件、試驗檢驗報告以及進廠試驗報告，檢查擬采用的新技術、新材料、新工藝的鑒定資料、試驗報告等文件，檢查主要工序生產工藝設備、操作規程、檢測手段、測量試驗設備和有關人員的上崗資格、設備制造和裝配場所的環境，監督見證設備及關鍵組部件的制造工序、工藝和制造質量，監督見證設備生產制造過程的檢驗和測試，審查制造廠的設備出廠試驗方案并通知監造委托人，監督見證設備出廠試驗過程，檢查設備包裝質量、存放管理和裝車發運準備情況。

2.1 原材料、組部件的監造要點

調相機關鍵原材料、組部件（包括轉軸、護環、中心環、轉子槽楔、風葉、集電環、轉子銅線、導電螺釘、硅鋼片、定子銅線、定子引線銅排、定子壓圈、銅屏蔽、電流互感器、軸承座和軸瓦、空氣冷卻器等），采取文件見證方式，重點核查原材料和組部件的供應廠家和型號規格是否符合合同及技術協議要求，關鍵性能參數是否滿足相關標準規范及設計文件要求，并采取現場對照檢查的方式，核查實物與文件的一致性。對主要性能參數有疑義的，可要求制造廠提供理論校核證明，或在報請監造委托人同意后，要求制造廠送第三方檢測機構檢驗。

2.2 監造過程中存在的典型問題

（1）在審查定子壓圈質量證明文件時發現其材料為球墨鑄鐵，并現場確認其具備鐵磁性，與制造廠在投標文件聲明的“鐵心端部結構件采用非磁性材料”不符。

（2）制造廠出具書面解釋，確認定子壓圈不符合材料學定義的非磁性材料，但相對于硅鋼片而言導磁性差別較大，如能保證溫升有足夠裕度，采用球墨鑄鐵壓圈具有高強度等優勢，能保證定子結構穩定。制造廠提供了定子端“部球墨鑄鐵壓圈+磁屏蔽+銅屏蔽”結構的溫升仿真結果，按參考溫度考核，最高溫升和最高溫度均遠小于合同考核標準，具有充足的裕度。報請監造委托人后同意制造廠答復，允許壓圈采用球墨鑄鐵材料。

2.3 制造過程的監造要點

制造過程是形成設備實體的關鍵階段，需要從人、機、料、法、環等各影響因素入手，使全過程質量均滿足設計及工藝文件要求，才能確保最終成品質量。

2.3.1 定子鐵心裝配過程

鐵心片由成卷硅鋼片經沖片、去毛、表面涂漆等工序組成：沖片前抽查硅鋼片表面清潔、平整、無銹跡；沖片后應見證首件尺寸，確認槽型、等分度、內外圓半徑等尺寸符合設計要求后方可投入連續生產；去毛后應見證毛刺、光亮帶符合工藝要求；涂漆后應見證漆膜厚度、絕緣電阻、固化度、附著性符合工藝及相關標準要求；轉序過程中應做好成品保護，防止漆膜受損或被污染。

整個鐵心均由人工堆疊而成，疊片開始前應檢查工裝平臺的水平度、壓圈與工裝的同心度。疊片過程中，應定期巡檢檢查每疊張數、相鄰兩層錯開距離、段數、每段段長應符合設計要求，確認端部刷膠、齒部墊平方式、通風槽尾部朝向、測溫元件布置等特殊工藝點符合要求；定期現場見證壓緊過程，確認施加壓力、施壓次數、鐵心長度、垂直度、扭斜度、端面波浪度符合工藝要求；疊片完成后現場見證鐵心關鍵尺寸檢驗過程，確認鐵心總長、內徑、槽型、段長、壓緊量符合要求后方可轉入下道工序。

2.3.2 內定子裝配過程

（1）裝配前應檢查裝配間和鐵心的清潔度。端部絕緣支架和綁環裝配質量直接影響到最終端部振動是否合格，應重點檢查鐵心與支架、綁環的同心度偏差以及綁環與鐵心端面的平行度偏差符合設計要求，絕緣支架和彈性夾板固定螺栓緊固力矩應嚴格遵守工藝文件，綁環與絕緣支架局部間隙應填實，綁扎牢固、可靠。

（2）嵌線過程中應由多人輕抬輕放，避免線棒彎曲變形，尤其在嵌入定子槽過程中應做好防護，避免尖角損壞線棒絕緣。

（3）線棒端部與絕緣支架、綁環應綁扎牢靠，間隙以浸漬毛氈填充緊實，槽內半導體墊條、波紋墊片、適形墊條等應合理布置，并用塞尺檢查緊實度。

（4）槽楔裝配時應測量楔下波紋墊條壓縮量，保證槽楔松緊程度，并注意槽楔不得堵塞通風孔道。

（5）端部引線連接一般采取釬焊方式，施焊前應檢查焊工、焊材、焊接設備、焊接工藝均符合要求，焊接應飽滿、熔合充分無明顯表面缺陷，尖端毛刺應打磨干凈。

（6）焊接引線經驗收合格后方可手包絕緣，應檢查手包絕緣層數、厚度、繞包方式符合設計要求，繞包完成后應緊實無空鼓，加熱固化后無明顯表面缺陷，并清理表面膠瘤、尖角、異物等。

2.3.3 轉軸加工和轉子裝配過程

（1）轉軸加工分為車序、銑序，監造過程中重點關注每道工序后的尺寸和形位偏差檢查，保證關鍵部位的加工精度符合設計要求。轉子裝配包括準備工作、嵌線、壓型、端部絕緣墊塊及槽楔裝配、護環絕緣及端部阻尼繞組裝配、部件熱套等。

（2）轉子裝配一般在專用凈化間進行，裝配前應將所有下線槽清理干凈，不得有灰塵、異物殘留，做好防塵措施。

（3）嵌線過程中，重點檢查絕緣墊條、槽襯位置正確，匝間墊條粘貼可靠，繞組通風孔與墊條、槽襯等通風孔之間對齊、無堵塞或偏移。

（4）繞組連接采用燕尾槽對接釬焊，焊縫應飽滿，打磨過程中注意做好防護。槽楔裝配應采用合理工藝，測量槽楔推力滿足工藝要求。

（5）端部護環、中心環、風扇環、集電環等部件熱套前應檢查待裝配件表面完好無尖角毛刺，加熱溫度范圍和保溫時間符合工藝要求，熱套完成后應檢查各配合面的均勻程度或緊密度良好、裝配到位。

2.4 制造階段的典型問題分析

2.4.1 案例1

首臺調相機定子嵌線時發現端部磁屏蔽段線棒寬度偏大，造成嵌線困難且絕緣易破損。制造廠制定了返工處理單，對線棒絕緣磨薄處理并進行防暈層修復，再次進行耐壓試驗，考慮絕緣壽命耐壓試驗值選取57.5 kV（額定電壓為20 kV，成品新制線圈試驗電壓值應為61.5 kV）。

因此向制造廠提出疑義，線棒的返工過程對絕緣水平的影響無法明確評估，處理后的線棒應視為完成制作工序的新制成品線圈，制造廠有責任保證新制產品能夠滿足各項標準的考核要求，且能夠滿足合同規定的產品壽命要求，采取降低耐壓試驗值的方法是不可靠的，實際降低了對產品的考核標準。經溝通后，制造廠采納監造提出的意見，同意按規定的61.5 kV 試驗值進行試驗。

2.4.2 案例2

某臺調相機定子鐵心疊片完成后進行鐵心磁化試驗，在1.4 T的磁場強度下發現鐵心存在嚴重異常振動響聲，且總損耗比正常情況下升高約6%。

制造廠對鐵心出現異常聲響情況反復檢查，確認由于局部通風槽鋼壓緊不良導致振動過大，出現異常響聲。初步處理措施為對鐵心施加額定力矩再次收緊定位筋螺母，但重新進行鐵心磁化試驗時，異常振動響聲未能消除。對此，制造廠判定原因為疊片過程中存在局部漏疊沖片（缺片）現象，漏疊處與正常疊裝部位高差過大，導致通風槽鋼在額定力矩下無法壓實。制造廠對該臺產品拆解后重新疊片，增加疊片過程中的檢查頻次，同時排查其余在制產品。鐵心重制后再次進行磁化試驗，各部位溫升符合要求且無異常聲響出現。

2.4.3 案例3

某臺調相機線棒端部加熱固化后，在定子膛內表面發現大面積點滴膠液固化成瘤，不能滿足定子清潔度的要求。

對膠瘤部位和形狀分析，確認產生原因為槽底及層間墊條采用的適型墊條為毛氈浸膠外包聚四氟乙烯薄膜的結構，在烘焙過程中，部分適型墊條膠從鐵心通風道流入定子膛內，冷卻后形成膠瘤。整改防范措施：①徹底清理鐵心膛內、通風道內的膠瘤；②優化調整適型墊條膠含量；③在墊條制作過程中嚴格工藝要求，確保膠無法溢出。

2.5 出廠試驗監造要點

調相機主要出廠試驗項目包括定子繞組絕緣試驗、定子繞組端部固有頻率試驗、轉子繞組絕緣試驗、轉子動平衡試驗、超速試驗、轉子通風試驗、冷卻水系統試驗、油系統試驗等。作為對設備質量全面檢驗的最終關口，在出廠試驗階段應首先審查試驗方案的合理性、試驗人員資質及試驗儀器的有效性，試驗過程中重點監督試驗方法和操作的規范性，見證主要試驗數據采集的正確性，根據現行規程規范判斷試驗結果的符合性。出廠試驗通過的應簽認出廠放行手續，出廠試驗不合格的及時發出問題整改單，審核整改方案并監督整改過程直至問題閉環，確保設備“零缺陷”出廠。

2.6 出廠試驗階段的典型問題分析

某臺調相機轉子繞組開展絕緣試驗，測量繞組對轉軸絕緣電阻大于1 GΩ，而后開始工頻耐壓試驗，試驗電壓值為12.5 倍額定電壓，升壓至試驗電壓值時電壓突降至0 并發現明顯燒蝕痕跡。

經分析判定，放電原因為楔下墊條局部受污染，在耐壓過程中逐步產生碳化燒蝕，由于該碳化為非金屬性短路、存在一定電阻，放電電流未達到試驗設備跳閘保護限值，燒蝕狀態持續較長，以致于燒蝕痕跡明顯。處理方案為：拔掉端部護環，拆除阻尼繞組及護環絕緣，清理燒蝕部位附近線圈、墊條、槽襯；更換受損的絕緣件，重新裝配并進行所有出廠試驗。需要注意的是，拆除恢復過程中應嚴格確保裝配間清潔度，最終使該轉子二次出廠試驗合格。

3 結語

大型調相機屬于精密設備，保障設備出廠質量對維護電網安全穩定運行至關重要。總結回顧調相機生產制造全過程可以發現，只有秉持全流程質量管理理念，嚴格把好每件原材料、組部件和每道工序的質量關，才能保證產品的最終質量。同時還要持續跟蹤設備交付后安裝、調試、運行各階段質量狀況，只有不斷改進提升產品的全壽命周期，才能為電網交付質量更優的設備。