摘要： 本文介紹了大型水輪發電機焊接式磁極線圈制造過程中存在難點和幾種常見質量問題,通過在關鍵工序建立質量控制點及嚴格的檢驗措施,解決了制造過程的質量波動問題,有效提高了磁極線圈的質量。
關鍵詞 ：水輪發電機 焊接式磁極線圈 質量控制
1 引言
磁極線圈是水輪發電機的核心部件之一, 其制造質量的好壞直接影響到發電機的運行和壽命。我公司在二灘、三峽左岸機組上引進技術生產的大型焊接式水輪發電機的磁極線圈(大型水發磁極線圈) 曾出現銅排焊接質量不穩定、壓型后線圈有開匝和匝間短路現象, 究其原因主要是銅排又寬又厚、熱壓時線圈溫度不均勻、匝間絕緣易損傷, 所以在制造過程中, 我們有針對性地摸索出了行之有效的質量控制方法, 并采用匝間沖擊試驗新方法控制產品質量。
2 大型水輪發電機磁極線圈關鍵質量控制流程
大型水輪發電機磁極線圈關鍵質量控制流程如下: 首件質量控制→ 銅排焊接質量控制及檢驗→墊匝間絕緣質量控制、熱壓成型質量控制。匝間試驗→ 直流電阻測試。下面介紹磁極線圈質量控制關鍵點及控制方法。
2. 1 首件質量控制
磁極線圈的首件試制其目的是驗證絕緣材料是否符合技術要求: 模具能否保證線圈的形狀和尺寸、工藝方法及參數的可行性等重要指標。經工藝人員、檢查人員、操作者三方確認合格后方可批量投產。
2.2 銅排釬焊質量控制
大型水輪發電機運行時勵磁電流在20 00A 以上, 如果磁極線圈接頭焊接質量不好, 就會導致運行時焊接部位溫度過高, 燒壞銅排造成停機事故。所以制造磁極線圈時必須保證釬焊質量的可靠性, 而大型水發磁極銅排又寬又厚, 接頭釬焊時難度大, 因此我們就其難點對釬焊過程制定了一套嚴格的檢驗措施。
2 .2. 1 釬焊前質量控制
首先, 檢查釬焊操作人員有無相應資格證書,確認每批銅排符合圖樣, 保證整個線圈的尺寸符合圖紙。其次, 檢查焊接面毛刺、氧化物等污垢以及焊料的氧化物是否清理干凈, 避免釬焊后產生開焊、焊縫不飽滿等質量問題。
2 .2.2 釬焊過程的質量控制
目前, 大型水輪發電機磁極線圈銅排中頻焊接的方法是: 首先檢查接縫間隙是否調節均勻,銅排表面是否平整, 滿足圖紙和釬焊要求后方可加溫; 然后用紅外線點溫儀測量釬焊部位溫度,當釬焊區域溫度達到工藝要求時方可涂抹焊料。釬焊質量的穩定采用了監控溫度的方法來確保。
2 .2 .3 釬焊后質量檢驗
釬焊后質量檢驗過程包括: 檢查砂磨后焊接部位無毛刺、焊瘤和氧化物, 使銅排表面顯露銅的金屬光澤, 以便觀察焊接部位有無缺陷; 對焊接部位外觀有凹坑、氣孔等現象但無法補焊的可通過X 射線探傷來判定釬焊處質量; 測量砂磨部位厚度應等于或略小于銅線厚度, 避免此處厚度2.2 銅排釬焊質量控制大型水輪發電機運行時勵磁電流在20 00A 以上, 如果磁極線圈接頭焊接質量不好, 就會導致運行時焊接部位溫度過高, 燒壞銅排造成停機事故。所以制造磁極線圈時必須保證釬焊質量的可靠性, 而大型水發磁極銅排又寬又厚, 接頭釬焊時難度大, 因此我們就其難點對釬焊過程制定了一套嚴格的檢驗措施。
2 .2. 1 釬焊前質量控制
首先, 檢查釬焊操作人員有無相應資格證書,確認每批銅排符合圖樣, 保證整個線圈的尺寸符合圖紙。其次, 檢查焊接面毛刺、氧化物等污垢以及焊料的氧化物是否清理干凈, 避免釬焊后產生開焊、焊縫不飽滿等質量問題。
2 .2.2 釬焊過程的質量控制
目前, 大型水輪發電機磁極線圈銅排中頻焊接的方法是: 首先檢查接縫間隙是否調節均勻,銅排表面是否平整, 滿足圖紙和釬焊要求后方可加溫; 然后用紅外線點溫儀測量釬焊部位溫度,當釬焊區域溫度達到工藝要求時方可涂抹焊料。釬焊質量的穩定采用了監控溫度的方法來確保。
2 .2 .3 釬焊后質量檢驗
釬焊后質量檢驗過程包括: 檢查砂磨后焊接部位無毛刺、焊瘤和氧化物, 使銅排表面顯露銅的金屬光澤, 以便觀察焊接部位有無缺陷; 對焊接部位外觀有凹坑、氣孔等現象但無法補焊的可通過X 射線探傷來判定釬焊處質量; 測量砂磨部位厚度應等于或略小于銅線厚度, 避免此處厚度累積造成高度尺寸超差; 此外, 還可采用測量每個線圈的直流電阻來判定釬焊質量(見其后2 .6 ) 。
2.3 墊匝間絕緣質量控制
匝間沖擊試驗是考核大型水輪發電機磁極線圈匝間試驗的項目之一, 該試驗對匝間絕緣抗電壓性能要求高, 所以在墊匝間絕緣過程時必須有效地控制好匝間絕緣不受損。
2 .3. 1 墊匝間絕緣前質量控制
首先,檢查通過冷壓整形的線圈應線匝整齊、銅排平整, 尺寸符合圖紙。其次, 若銅線上的毛刺未清理干凈, 壓型后易造成匝間絕緣損壞影響產品質量, 而毛刺又不容易完全清理干凈。分析線匝容易產生毛刺的部位, 如接頭部位、棱邊等,采用目測和棉紗觸摸相結合的檢查方式, 使線匝上細小的銅末及棱邊毛刺都能得到較好控制, 同時可避免手被刺傷。
2 .3.2 墊匝間絕緣過程質量控制
檢查使用的絕緣材料合格證和有效期、絕緣表面有無異物、凹坑和無膠等缺陷, 避免使用不合格的絕緣材料影響磁極線圈質量。在鋪墊過程中, 檢查鋪墊的絕緣材料層數是否符合首件確定的層數, 是否準確地將絕緣材料鋪墊于銅排表面上, 有無漏墊、竄動和褶皺現象, 絕緣材料接縫是否符合工藝規定要求等。
墊匝間絕緣有效的質量控制為制造高品質的磁極線圈提供了保障。檢查毛刺方法在三峽右岸、龍灘等機組磁極線圈制造中得到了成功驗證, 大大降低了毛刺造成的匝間短路次數; 嚴密的質量控制預防了在瀑布溝電站協機磁極線圈制造中使用過期絕緣材料。
2 .4 熱壓成型質量控制
熱壓過程使匝間絕緣固化并與銅排粘合成一個堅實的整體, 使線圈達到要求的形狀和尺寸。為了預防開匝, 必須監控熱壓過程的各項工藝參數, 以確保線圈壓型質量。
2 .4. 1 熱壓成型過程質量控制
首先, 檢查壓型前匝間絕緣有無竄動, 調整后線圈尺寸符合圖紙要求。其次, 通過查詢無紙記錄儀記錄, 監控熱壓過程線圈溫度、壓力、時間工藝參數的變化。由于大型水發磁極線圈銅排厚, 線圈加熱時其溫度分布不均, 出模后易造成開匝現象, 所以在線圈升溫和保溫過程設置了多點溫度監控, 避免溫度過高或過低, 造成匝間絕緣流膠過多或過少而使線圈開匝。同時, 測量高度變化來調節壓力大小, 以確保高度尺寸。
通過對熱壓過程溫度、壓力、時間的重點監控, 大型水發磁極線圈的開匝問題大為改善。
2 .4 .2 壓型后檢查
檢查線圈內外表面余膠是否清理干凈、線匝是否平整; 匝間粘接膠化良好、無燒焦、無松散開匝現象; 銅線無磕碰劃傷。在平臺上, 用測高尺均勻測量線圈的高度、平行度; 用卷尺、角尺和塞尺測量線圈的長度、寬度和垂直度; 線圈的內框尺寸以木模芯通過為準。準確測量線圈的幾何尺寸為下序磁極裝配提供了保證。
2 .5 匝間試驗
磁極線圈匝間短路是一種較常見的缺陷, 會影響機組正常運行, 使繞組溫度升高, 電壓波形畸變, 造成機組振動及出現其他機械故障。所以大型水發磁極線圈制造時, 必須通過匝間沖擊試驗和交流阻抗試驗兩項考核, 來確保運行時線圈不會出現匝間短路問題。
2.5 .1 匝間沖擊試驗
匝間沖擊試驗是從三峽左岸機組引進檢測磁極線圈匝間絕緣的新試驗方法, 主要通過施加一定的電壓來檢測匝間絕緣抗電壓強度。目前使用的是ZJ 一10 型高壓電機線圈匝間絕緣試驗器, 每匝施加規定峰值沖擊電壓, 通過比較示波器波形來判定線圈匝間絕緣是否有缺陷。試驗線圈時, 匝間絕緣無損壞的波形是數個波逐漸衰減(見圖l) ,而匝間絕緣有損壞的波形則是迅速衰減(見圖2 ) 。
2 .5.2 交流阻抗試驗
交流阻抗試驗是找出短路點的有效方法, 能準確地找出短路點位置。目前采用的是在線圈施加規定壓力的方式, 試驗電壓為每極勵磁電壓的10 倍。比較電流值, 不短路線圈的電流值無明顯差異, 短路線圈電壓降低, 電流增大。查找短路點采用1/2 排除法, 逐步縮小查找范圍, 當測量到某匝電壓最小, 則該匝短路。由于短路處電流增大會使線圈局部發熱, 所以斷電后手摸溫度最高處即為短路點。這種方法提高了查找短路點的效率。
大型水發磁極線圈匝間絕緣電氣性能采用了兩種試驗共同來考核, 確保了線圈在運行中不會發生短路故障。
2 .6 直流電阻測試
直流電阻測量是檢測銅排焊接有無虛焊現象的重要方法。測量時, 線圈應注意放置在同等溫度、濕度的環境, 避免因環境變化影響測量數據。
3 結語
我們在三峽右岸、構皮灘、龍灘等機組大型水輪發電機焊接式磁極線圈制造過程關鍵工序中,建立了有效的質量控制點和檢驗方法, 穩定了銅排焊接質量, 提高了匝間絕緣的抗電壓能力, 降低了線圈開匝和短路故障率, 制造出了高品質的磁極線圈,為公司占據大型水電市場提供了保證。
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