浅谈坝头水电站发电机定子线圈焊接工艺改造

2019-01-14

中国水能及电气化 2019年10期

(广东梅雁吉祥水电股份有限公司坝头水电站，广东梅州 514000)

随着经济总体水平提高以及目前面临的环境压力增大，水能资源越来越受重视，水能作为一种绿色能源，一方面能缓解生态环境压力，另一方面与我国能源总体政策也相符。我国水资源丰富，已探明水能蕴藏量超过1万kW的河流有300多条，居世界首位，河流主要分布在黄河、长江中上游，珠江、怒江、澜沧江及黑龙江上游，雅鲁藏布江中下游，这7条河流开发的大中型水电站装机总量占全国90%左右，集中在我国经济发展相对滞后的西部地区；尽管沿海地区经济总体发展较好，用电需求比较大，但水力资源较匮乏，难以满足需求。我国水力资源相关普查数据结果显示，全国水能蕴藏量为6.76亿kW，对应的年发电量超过6万亿kW·h，总计占世界总量超过16%，科学合理利用水力资源是我国需要长期开展的工作。

1 工程概况

坝头水电站位于梅县雁洋镇，距梅州市约30km，至丙村镇约4km，是石窟河上最后一个梯级电站。电站于1998年12月动工，2000年5月第一台机投产，2000年9月三台机全部建成投产。

电站枢纽布置为左岸厂房、中间泄水闸，水库正常蓄水位为68m，正常蓄水位以下库容为1168万m3。电站安装3台单机容量为6000kW的灯泡贯流机组，水轮机型号为GZTF08-WP380，发电机型号为SFWG6000-44/4160，由韶关水轮发电机厂制造，其年均发电量为5382万kW·h。输电线路110kV一回，送至220kV雁洋变电站上网。

电站采用计算机监控、微机保护、工业电视监视等先进设备，自动化程度较高，是以发电为主，兼养殖、旅游等综合效益的电站。

2 定子线圈焊接改造原因

水电站发电机定子绕组引线及顶部需进行焊接的焊接头数量非常大，一方面要求其具有良好的导电功能，同时还需要承受发电机在工作状态下产生的振动以及瞬时的机械力，因此，对于现场的焊接质量要求非常高。焊接材料和工艺的选择、焊接时间和温度、焊接稳定性、焊接密封情况都会对整个焊接质量和焊接效率产生重要影响。在实际定转子线圈焊接中，由于各接头焊接加温时间难以保持一致、加热时间重复性差等，导致各接头焊接质量参差不齐，进而会影响整个水电站的运行。

坝头水电站发电机额定电压为6300V，额定电流为240A，电枢绕组为Y接法，其定子线圈接线采用传统的锡焊结构,该工艺具有简单、低温焊接的优势,缺点为抗拉强度低、接触面积小。抗拉强度低表现为当超过一定温度后，抗拉强度随着温度升高而降低，温度超过140℃时，锡呈软化状态；接触面积小是因为点对点接触，其面积不超过50%，基于以上原因，造成电机运行中并头发热，甚至烧坏线圈。

在大检修直流电阻时发现，B相电阻值比其他两相电阻值约大20%，存在较大安全隐患，不符合继续运行条件，需对其进行改造。

3 定子线圈焊接工艺

3.1 银铜钎焊焊接工艺

电机绕组的铜虽然是良好导体，但连接处仅采用简单的机械连接，其接触处表面在空气中极易氧化，铜的氧化物是不良导体，甚至是绝缘体，由于这个原因，连接处接触电阻增大，当电流通过时，将产生高温，加速该处氧化进度，使接触电阻更大，如此恶性循环，会破坏导体连接，致使电机断电，造成电机事故。因此，绕组连接处通常采用焊接的办法。

焊接的主要工艺条件和特点是：由于大多数接头和连接处都处在狭窄空间，且邻近有绝缘物，接头尺寸小，数量大，因此，在确定焊接方法时，除必须充分考虑焊头牢固可靠、接触电阻小、电化学性能稳定等质量要求外，还应考虑到工艺的具体条件的特点。

坝头电站电机绕组接线采用传统的锡焊方法，即使用并头套将几根要焊的线头套在一起，然后用电烙铁加热，在加热过程中，不断将锡焊条熔化灌入缝隙中，由于锡的熔点低，此种方法简单，特别是用于小型电机中比较普遍，但是操作过程存在许多不稳定因素，加热时间也不好控制，在线圈铜导线稍粗时，往往出现虚焊现象，从而为日后运行埋下隐患。

银铜钎焊属于硬钎焊，采用HIAgCu80-5银焊料，这种焊料因含有磷，具有助熔及脱氧能力，可以不用焊药，它的始熔温度为635℃，焊料流动温度为705℃，焊接温度约750℃。采用银铜焊的优点是抗拉强度高，允许通过电流密度大，不会出现虚焊而造成接触电阻大，将减少甚至杜绝断路事故，同时该工艺还具有较好湿润性和填满间隙的能力、焊接质量稳定、工艺优良、成本可控等优点，基于这些因素考虑，坝头电站此次大修，改用银铜钎焊工艺。

3.2 银铜钎焊工艺操作流程

3.2.1 接头位置矫正及焊接面表面清洁处理

保证全部的线棒钎焊部位得到有效完全清除，特别是导线胶及氧化皮处，对每根铜条接头要进行彻底清洁，在下线操作过程中，为防止再次受到污染，应对已经完成清洁的定子线棒用有效的布片或塑料薄膜进行完全遮挡。在钎焊前，应对并头块进行清洗，通常用酒精或者丙酮两种化学用品，在进行焊接操作时，应注意检查焊料是否无油污，若存在油污必须进行彻底清洗才能进行下一步操作。铜条采用一对一对接，位置要准确，不能偏移。

3.2.2 接头绝缘保护

焊接前准备好石棉泥糊，将其糊于欲焊接接头及其相邻接头绝缘上，特别要注意保护线圈端部，以防焊接时直接灼伤，并可起到冷却作用，石棉泥一般厚度为20～30mm。同时，为防止石棉渣和金属熔渣掉入绕组与铁芯缝隙处，需用白布堵塞铁芯槽口缝隙表面并糊以石棉泥。

3.2.3 接头焊接及焊接温度的把控

本次采用气焊焊接方式，使用氧气乙炔火焰加热，当焊接处加热至樱红色，铜线表面有小泡出现时，将硼砂焊剂及银铜焊料放到焊接处，使其自然熔化，填满焊缝，严禁采用火焰直接烧焊料(温度未达到，容易造成假焊)。定子线棒端部接头焊接过程中要保证焊接温度在1000℃以上，当焊接处出现发白亮点时，说明达到符合焊接要求的温度，若对焊接处持续升温，会导致线圈被烧坏及并头处损坏，此时应终止加热。在对感应线圈进行焊接操作时，首先要进行位置调整，然后再进行焊接，以免造成较大误差；其次需在发热较均匀的情况下，对焊接处进行通电，同时一方面需要注意补焊料过程中动作要快，焊机温度要合理，另需保证焊缝质量，特别是主要焊缝处，其与整个焊接质量直接相关。待被焊工件呈铁灰色，焊接区域温度降低到约500 ℃时，方可松开夹钳，严禁在焊接工序完成后立刻松开钳口，同时注意冷却水套应待焊接处温度降到130 ℃左右时才能拆除。