汽輪發(fā)電機(jī)定子線棒端部固化成形工藝的缺陷分析與監(jiān)理

       汽輪發(fā)電機(jī)定子線圈是發(fā)電機(jī)的核心部分，其額定電壓可達(dá)21kV—27kV，額定電流超過20000A，定子線圈絕緣質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到發(fā)電的運(yùn)行可靠性、壽命和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。通常為了易于制造加工及絕緣，每個線圈由兩個線棒組成，分別放置在不同槽內(nèi)的上層與下層，同時為了減少銅排內(nèi)的渦流損耗，每根線棒一般采用薄的小矩形絕緣銅線（自帶絕緣層）的扁銅線組合而成，由多股銅線經(jīng)過編織、換位和固化成形，然后整體連續(xù)包繞絕緣層，經(jīng)真空壓力浸漬后完成線棒制作。
       一、存在的問題
       1、問題現(xiàn)象
       監(jiān)造人員在線棒生產(chǎn)車間現(xiàn)場巡檢時發(fā)現(xiàn)，廠內(nèi)編號為151-7、151-8和152-9定子線棒在端部加熱折彎后，彎形處表面出現(xiàn)明顯色差現(xiàn)象。監(jiān)造人員立即對此提出了質(zhì)疑，并在線圈車間展開進(jìn)一步調(diào)查。
       2、加熱設(shè)備設(shè)定溫度與實(shí)測溫度不一致
       定子線棒端部成形工序采用的是外加熱工藝，通過電熱管加熱模具，再通過被加熱的模具將熱量傳遞至線棒。該工藝在國內(nèi)外電機(jī)制造行業(yè)被普遍采用，如ALSTOM、三菱等公司都采用此工藝進(jìn)行導(dǎo)線端部固化，屬于成熟工藝。
       該項(xiàng)目《定子線棒制造工藝卡》要求：“線圈固化保溫溫度為T₁～T₂，保溫時間≥lh”，但實(shí)際加熱設(shè)備不能在工藝要求的溫控范圍工作，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)加熱設(shè)備設(shè)定的保溫溫度為T₂，經(jīng)人工手持溫度計(jì)檢測，實(shí)際顯示多數(shù)加熱部位均已達(dá)T₂＋10℃，其中1號位置即端部彎曲處最髙溫度已達(dá)T₂＋20℃，都已超過工藝規(guī)定保溫溫度；且該設(shè)備不但不能維持溫度在設(shè)定的范圍內(nèi)，當(dāng)溫度超過設(shè)定溫度T₂時，無法自動斷電降溫，只有通過人為斷電才能停止升溫。
       3、工藝方案存在問題
       （1）監(jiān)測溫度并非線棒的實(shí)際溫度，工藝文件規(guī)定的是線棒保溫溫度的上下限（T₁～T₂），而實(shí)際現(xiàn)場監(jiān)測的是加熱設(shè)備上的溫度測點(diǎn)，且溫控測點(diǎn)是布置在模具（鋼板）上，對模具與線棒之間存在的溫差未予考慮。
       （2）溫控測點(diǎn)的數(shù)量不能滿足工藝對加熱溫度控制的需要，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)只在線棒端部直段中間部位布置了一個溫控測點(diǎn)，而在實(shí)際溫度最高的線圈彎曲部位未設(shè)溫控測點(diǎn)，當(dāng)溫控測點(diǎn)熱電偶顯示溫度為T₂，而端部彎曲部位經(jīng)溫度計(jì)檢測的溫度已達(dá)T₂＋20℃，表明加熱和保溫過程中，沿線棒表面溫度明顯不均勻，溫度不均勻梯度達(dá)20℃左右，詳見表1所示。
       
       表1： 線棒與模具溫度表
       （3）溫控測點(diǎn)可以隨意改變，當(dāng)操作人員發(fā)現(xiàn)某個溫控測點(diǎn)溫度過高時，便調(diào)整溫控測點(diǎn)的位置，避免出現(xiàn)過高或過低的溫度記錄。
       4、無必要的可追查記錄
       該工序唯一可追溯的加熱記錄是加熱設(shè)備的自動溫度記錄曲線，但記錄顯示的時間又與實(shí)際時間不符，無法確定加溫記錄是否與實(shí)物相符，也沒有加熱溫度人工記錄，無法追溯線棒加熱成形過程的實(shí)際情況。
       二、原因分析
       1、線棒表面產(chǎn)生色差的直接原因
       每根定子線棒由多股滌綸玻璃絲燒結(jié)銅扁線及不銹鋼通水管組合而成，發(fā)現(xiàn)顏色異常的部位主要為銅扁線表面，銅扁線表面層是由滌綸紗與玻璃絲經(jīng)燒結(jié)工藝?yán)@包，作為銅導(dǎo)線最原始的絕緣層，在銅扁線出廠驗(yàn)收時，都必須經(jīng)過擊穿電壓試驗(yàn)來考核該絕緣層的完好與否。據(jù)查，滌綸與玻璃絲材料的耐熱性較好，最高可以承受180℃左右的髙溫，而造成定子線棒表面顏色異常的原因是線棒受熱不均勻，局部溫度過高，使線棒表面產(chǎn)生發(fā)黃的現(xiàn)象。
       2、根本原因
       （1）工藝未明確模具的加熱溫度�！抖ㄗ泳�棒制造工藝卡》要求線棒成形（固化）保溫溫度為T₁～T₂，而實(shí)際是通過控制模具的溫度調(diào)節(jié)線棒的受熱溫度，無法直接對線棒的受熱溫度進(jìn)行控制。此外，也未對工藝執(zhí)行人員的具體操作進(jìn)行明確，操作人員在無直接工藝規(guī)定可遵照執(zhí)行的情況下，只能按照自己的經(jīng)驗(yàn)判斷模具的溫度來控制線棒的溫度。更嚴(yán)重的是操作人員可能錯將工藝文件要求的溫度（即線棒成形保溫溫度）直接作為模具溫度執(zhí)行，造成線圈實(shí)際加熱溫度小于工藝要求的保溫溫度，一定程度上增加了人為因素帶來的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。
       （2）工藝未明確加熱管的分布位置。工藝文件中規(guī)定，加熱管的分布位置可由現(xiàn)場工人根據(jù)加熱情況進(jìn)行微調(diào)，根據(jù)口頭規(guī)定，當(dāng)工人發(fā)現(xiàn)局部溫度過高時，可以當(dāng)場調(diào)整加熱管的分布位置，對此監(jiān)造方認(rèn)為操作工人的隨意性較大，無法保證保溫溫度符合工藝要求，也一定程度上增加了人為因素帶來的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。
       （3）現(xiàn)場實(shí)時溫控測點(diǎn)不足。定子線棒端部是漸開線結(jié)構(gòu)，而實(shí)際模具又是直線狀的，由于結(jié)構(gòu)差異，造成了模具與線圈在不同部位的溫差，而且溫度測控點(diǎn)僅有一個，放置在中間位置，對于其他部位的溫度監(jiān)控?zé)o法實(shí)現(xiàn)，無法保證線棒端部各處的加熱溫度，但由于設(shè)備條件限制，無法提供更多的熱電偶測點(diǎn)，只能根據(jù)中間位置的溫度測點(diǎn)估算其余部位的保溫情況。
       （4）未保留相應(yīng)的紙質(zhì)記錄。溫控設(shè)備雖配有自動無紙記錄儀，但該設(shè)備電子溫度記錄曲線的保存周期僅為一個月，到期自動清除，且無法輸出紙質(zhì)版記錄。定子線棒的加熱成形（固化）工序?qū)偬厥夤に囘^程，對此類重要部件應(yīng)有可追溯的記錄，以證明其質(zhì)量具有足夠的可信度。
       （5）加熱設(shè)備存在的問題。該臺加熱設(shè)備為某公司生產(chǎn)的CDJN型加熱設(shè)備，通過 PID自動控制加熱溫度，按照設(shè)備功能的介紹，應(yīng)在超過最高設(shè)定溫度后自動斷電，即使加上達(dá)到最高設(shè)定溫度后的過沖溫度，實(shí)際當(dāng)溫控點(diǎn)已達(dá)到設(shè)定最髙的T₂＋20℃時都沒有自動斷電，必須通過人工手工斷電，該設(shè)備存在無法在設(shè)定溫度自動斷電的問題。
       三、糾正預(yù)防措施
       1、監(jiān)造方提出的建議
       （1）對該工序暴露出的問題進(jìn)行徹底的檢查、評估，尤其對工藝規(guī)定不夠明確及加熱設(shè)備和溫度測定問題等，要求確定相應(yīng)的糾正措施，必要時經(jīng)試驗(yàn)確認(rèn)無問題后方可投入使用，并提供證據(jù)。
       （2）針對該工序工藝技術(shù)方案可能存在的不足進(jìn)行評估，以確定下一步的措施，必要時應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)和重新評定，直到確認(rèn)無問題后方可進(jìn)行生產(chǎn)，并提供足夠的證據(jù)。
       （3）健全該工序的管理要求，建立完善的工序記錄、問題反饋等工序監(jiān)控手段和機(jī)制，并提供足夠的證據(jù)。
       （4）對工序人員進(jìn)行嚴(yán)格的技術(shù)培訓(xùn)和質(zhì)保大綱及其程序、工藝文件、設(shè)備操作的培訓(xùn)，并提供足夠的證據(jù)。
       （5）對已完成端部模壓加熱固化的10根線棒應(yīng)進(jìn)行評估，確定處置措施，并提供證據(jù)。
       2、工藝驗(yàn)證試驗(yàn)
       制造廠對加熱設(shè)備進(jìn)行了檢修，并調(diào)整了相關(guān)的參數(shù)設(shè)定，并抽取2根線圈作為工藝驗(yàn)證試驗(yàn)使用，對該工序重新進(jìn)行了工藝驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)表明：
       （1）當(dāng)線棒受熱溫度在T₁～T₂之間時，模具溫度將達(dá)到T₂＋5℃左右。
       （2）加熱模具與線圈之間存在20℃左右的溫差。
       （3）模具整體之間有＞40℃的溫差。
       3、糾正整改措施
       據(jù)工藝試驗(yàn)結(jié)果，制造廠重新調(diào)整了工藝，并制訂了相應(yīng)的整改措施：
（       1）根據(jù)試驗(yàn)情況對加熱管位置進(jìn)行了加鎖，在每個加熱管位置旁邊添加標(biāo)簽，逐一固定了每個加熱管的位置，任何人員不得隨意更改位置，并在工藝文件中進(jìn)行了規(guī)定。
       （2）修改工藝文件，明確了工藝實(shí)現(xiàn)過程主要參數(shù)要求，包括明確加熱模具的保溫溫度，模具測溫點(diǎn)保溫溫度為T₃～T₄，為避免操作人員產(chǎn)生理解錯誤，取消了工藝文件中對線棒保溫溫度T₁～T₂的規(guī)定要求，詳見表2。
       
       表2 修改后工藝文件對于溫度的要求
       （3）編制適用于記錄定子線棒加熱成形工序的表格，規(guī)定在成形工序過程中進(jìn)行監(jiān)視并形成書面記錄。
       （4）對生產(chǎn)人員和操作工人進(jìn)行了針對性的培訓(xùn)，重點(diǎn)涉及端部固化工藝的執(zhí)行，以及核電質(zhì)保體系等內(nèi)容。
       （5）對自動記錄儀的參數(shù)重新進(jìn)行了設(shè)定，并對已完成線棒端部成形工序情況的電子記錄曲線進(jìn)行了梳理，決定對色差明顯且無法提供保溫記錄的6根定子線棒不作為正式產(chǎn)品，作為試驗(yàn)用品使用。
       4、對定子線棒端部成形工序的控制要求
       根據(jù)這一問題的處理過程，監(jiān)造方認(rèn)為在汽輪發(fā)電機(jī)監(jiān)造過程中，對于定子線棒端部成形工序，以及直線部分成形工序都應(yīng)予以必要的質(zhì)量控制，包括對于模具與線棒的貼合度檢査、加熱溫度規(guī)定檢査、溫度測定方式檢查等，確認(rèn)溫度測點(diǎn)的布置是否滿足要求，加熱過程的記錄信息是否齊全，加熱設(shè)備的溫度控制是否可靠，加熱記錄是否完整等。監(jiān)造方已將相關(guān)的質(zhì)量控制措施納入到常規(guī)發(fā) 電機(jī)制造過程的日常巡檢中，逐步將此控制方案固化進(jìn)發(fā)電機(jī)的監(jiān)造服務(wù)方案中。
       四、結(jié)束語
       監(jiān)造方通過對原工藝的調(diào)查和了解，指出了該工藝存在的問題，提出了針對性的改進(jìn)意見。制造廠在采納監(jiān)造方的意見后，完善了線棒端部的成形工藝，同時各方加強(qiáng)了工藝執(zhí)行的監(jiān)督力度，最終消除了定子線棒成形過程中出現(xiàn)表面發(fā)黃的現(xiàn)象，定子線棒端部成形工序的質(zhì)量得到了有效的控制。
       在本次質(zhì)量問題處理過程中，監(jiān)造方充分開展對制造廠技術(shù)、生產(chǎn)管理等環(huán)節(jié)的調(diào)査和研究，不僅使質(zhì)量問題得到徹底地糾正，還促進(jìn)了制造廠工藝、設(shè)計(jì)等方面的提升和進(jìn)步。同時在對加熱這一特殊工藝控制過程中，總結(jié)出了一套有針對性的監(jiān)理服務(wù)質(zhì)量控制方案，提升了自身的水平與能力。
       作者：莊偉   單位：上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院