对水轮发电机定子线圈模式的研究

摘 要：水电站水轮发电机定子线圈质量的好坏直接影响着整个发电机的工作情况，本文针对水轮发电机定子线圈固有模式进行研究，总结出合理的新型的工艺方法，主要内容包括定子线圈制造工艺，水轮发电机定子线圈结构构造的设计，导线处理工艺，防腐蚀处理以及线圈嵌装工艺等，在传统方法之上进行改进，使发电机具有更高的工作效率。

关键词：水电站；水轮发电机；定子线圈

0 前言

在水轮发电机工作时，定子线圈可以被看做是核心。所以，定子线圈的工作情况直接影响着整个发电机。而事实上定子线圈的设计及其防腐维护的工作是很复杂的。在线圈的设计中要考虑到散热，电导损耗，防腐蚀等多方面因素，并且采用科学有效的方法来使定子线圈有很好的散热性，降低电导损耗，并且可以防腐蚀。这就需要我们对定子线圈的模式进行具体的分析研究。

1 水轮发电机定子线圈的特点及工作原理

水电站的水轮发电机的定子进行绕组为双层的条形波绕组，其中有三相四支路星形进行相连。而在两层条形波绕组之间有一定的绝缘材料进行处理，我们一般是用粉石母带或者再加上防晕层进行绝缘。但是在线圈的内部，我们一般就采用质量更好一些的槽衬作为了电晕的保护层，他们的材料一般是碳化硅晶体，这种材料的电阻是非线性的，可以很好的电晕保护层的作用，这一点我们在下文中在做研究，总之电晕层对水轮发电机的定子线圈进行保护和绝缘。线圈的连接处理也是很重要的步骤，在连接过程中要采用频焊接的方法，这让就可以让每一条导线都是经过了汇流环的集结排列后在进行分支，使得线圈的两端进行了更好的固定[1]。

2 水轮发电机定子线圈模式的研究

2.1 导线处理工艺

定子线圈的构造中有很多的导线，所以对导线的一系列处理就成了一个难题，比如导线的压制，焊封等。首先，在导线的压制时就容易出现很多问题，由于线圈中导线的股数较多，在压制时容易造成导线不合拢，有小的弯曲，绝缘层的损伤等问题。所以我们采用一种新型的压制方法，即有底板，定位轴和定位块共同构成的导线压制系统，这种方法可以使压制后的导线具有一致性。另外，导线的焊接也是一个重点，为了使焊接的效率高，效果好，我们采用这种焊封的夹具，就是在线圈的引线上焊接导电块，当两层线圈下线后在导电块的对接处进行焊接，当然这种方法对线圈的长度尺寸等有很严格的要求。但是实践证明这种夹具可以高效率的焊封导线。导线处理的最后一道工序就是绝缘包扎，然而在包扎时，由于云母带的柔软性，带本身的张力等因素会导致导线包扎的一系列问题。所以在包扎时要注意导线的摆放以及云母带的预热，这样可以使导线的包扎更加紧密，这样就完成了导线处理的所有工作。

2.2 线圈端部电位分布的研究

电导损耗在定子线圈中是一定存在不能完全杜绝的，所以我们只能尽量减小损耗。首先我们对线圈端部电位分布进行研究，上文提到的电晕层的材料是我们应首先考虑的问题，碳化硅作为防晕带的主要材料，它有随着场强增加电阻增大的特点，这样就可以是两端的电场更加稳定。低频的交变电场下线圈端部的电场稳定性是由电阻材料的电阻率决定的，在此过程中我们也应该考虑介电常数的变化情况[2]。也就是说，在线圈端部点位分布的研究中我们要监测电阻率以及介电常数的变化。

2.3 定子线圈的嵌装工艺

定子线圈的嵌装对于整个发电机来说是及其重要的一步。水电站水轮发电机的定子线圈的嵌装是在发电机定子铁芯现场装压完毕并且在铁损实验合格后吊入基坑内进行的。在定子线圈安装前，要进行一定的准备工作：对嵌装工艺图纸进行熟悉了解，对工艺用料进行准备及处理，最后进行工作防尘台的搭建。紧接着进行正式的嵌装工艺，首先要进行端箍的装配，在正式装配之前要进行预装，之后要对线棒进行分段的标记，卸下端箍理清残余材料之后再恢复。测温元件是定子线圈中重要的器件，在安装测温元件时一定要按照图纸严格进行。最后要做的就是要将接头进行焊接和绝缘包扎。需要强调的一点是，在绝缘包扎前必须要将接头打磨平整。在焊接时要注意千万不要损坏绝缘层，而且要控制好焊接的温度，若温度太低，起不到焊接的作用或者焊接不牢固；如温度过高则会损坏线圈。

2.4 定子线圈的防腐蚀处理

定子线圈由于长期的运转很容易发生腐蚀现象，可能造成线圈腐蚀的原因有很多，比如电磁振动磨损，电晕腐蚀，绝缘层老化等，无论是那种原因造成的腐蚀，最终都会导致电动机出现安全问题。所以我们就要针对这几种可能的因素来进行防治。

电磁振动磨损腐蚀是造成绝缘层腐蚀的最主要因素，电磁振动会使线圈在槽内振动，不仅会损坏绝缘层，还会导致线圈匝与匝之间的松散甚至震动摩擦产生高温，导致线圈部分短路。为了防止这样的问题发生，在线圈的导线处理时我们就应该注意将线圈的股与股之间压制好，使其整齐一致排列，另外，要防止匝与匝之间，股与股之间出现小间隙，应当使绝缘层有一定的联合性，减少电磁振动磨损。

电晕腐蚀是防晕层与电子铁芯接触不良造成的，线圈震动时会对绝缘防晕层造成一定程度的磨损，这之后绝缘层和铁芯之间就会产生电位而在磨损处放点，带来局部瞬间高温，灼烧线圈绝缘层。而针对这种现象，我们应该增加绝缘层材料的耐高温性，在使用前对定子线圈进行试验，评价内部结构，以保证电动机的正常安全工作。另外在线圈安装完之后一定要严格检查清理槽内杂志，防止磁性杂志的残留而影响绝缘效果。

3 结语

定子线圈是水轮电机的核心，它的工作效率直接影响整个电机的工作。而在定子线圈的设计以及制造工艺中有许多值得我们注意的地方。上文就对定子线圈的模式进行了研究，主要从导线处理技术，端部电位研究，线圈的嵌装以及防腐四方面作出具体研究，提出了新型的定子线圈生产及安装运行中的改进措施，使定子线圈以至电机设备可以高效率的运转。另外，电机应定期的检修和维护，从各方面减少安全问题的出现。

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