2024年5月16日发(作者：步步高音乐手机宋慧乔歌曲)

实 务

Practice

300Mvar大型空冷调相机的技术

特点和监造要点

■ 胡正清 丁卫华

摘要：

我国在特高压电网大规模配套建设300Mvar级大型空冷调相机，这在世界尚属首次，

大型空冷调相机可以快速向系统发出或吸收大容量无功功率，并利用自身的机械和电磁

特性保证大电网电压的稳定，因而被称为电网运行的“定海神针”。本文简述了首次研

发的300Mvar大型空冷调相机的技术特点和生产流程，总结了调相机制造全过程的监造

要点，为今后的调相机监造提供参考。

关键词：

调相机 技术特点 监造 要点 参考

Abstract:

China is the only country to deploy 300 Mvar large-scale synchronous condensers

extensively in UHVDC. As a rotating reactive power compensation device, the large-scale

synchronous condenser can greatly improve the voltage stability and dynamic reactive power

support capability of the ultra-high voltage AC-DC hybrid power grid by using its own

mechanical and electromagnetic characteristics. This paper briefly describes the technical

characteristics and production process of the fi

condenser, and summarizes the key points of supervision in the whole manufacturing process. It

rstly developed 300 Mvar air-cooled synchronous

provides a reference for supervising synchronous condenser production in the future.

Key words:

synchronous condenser technical characteristics supervision key points

reference

0 引言

调相机属于大型旋转类电磁设备，单台调

随着大容量、远距离特高压直流输电技术

相机的投资大、价值高，运行要求高，其产品

的发展，华东电网多直流馈入受电的电网格局

质量的符合性、稳定性显然有着较高的社会、

已经形成，在“十三五”期间直流受电规模将

经济价值，因此实施设备监造，全面有效地监

达69800MW，随着区外直流来电的不断增加，

督把控从原材料、部件制作、装配、直至出厂

直流来电占华东电网电力平衡权重不断增大，

试验，调相机制造全过程每个环节的质量就显

尤其是直流落点密集、局部受电比例高的电网，

得尤为必要。

多回直流换相失败、系统动态无功补偿不足及

本文介绍了国内某电机厂首次研发的

电压稳定问题凸显。因此，国家电网公司( 以

300Mvar大型空冷调相机的技术特点和生产流

下简称国网)将在“十三五”期间在我国已建

程，总结了调相机制造过程的监造要点，以期

或在建直流特高压工程中加装300Mvar级大型

为今后大型调相机的监造质量控制提供参考。

调相机组，这是世界上首次在特高压电网大规

模配套建设大容量调相机。

1 调相机的结构参数和技术特点

大型空冷调相机可以快速向系统发出或吸

调相机就是一种只发出无功功率的发电

收大容量无功功率，并利用自身的机械和电磁

机，电枢绕组线端连接到电网，通过调节励磁

特性保证大电网电压的稳定，因而被称为电网

电流使其处于过励或欠励状态，即迟相或进相

运行的“定海神针”，在特高压直流工程送端

运行，实现向电网发出或吸收无功功率的功能，

和受端电网的部署，将极大改善特高压交直流

是一种动态线性的无功补偿装置。本次研发的

混联电网的电压稳定和动态无功支撑。

300Mvar大型空冷调相机，采用隐极发电机型式，

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具体的总体结构、主要技术参数和技术特点简

述如下。

1.1 调相机的总体结构

调相机总体布置见图1，采用座式轴承、

空气冷却器地坑布置、上出线的设计结构。主

要由定子、转子、轴承装配、集电环刷架及隔

音罩、盘车装置、隔音屏等组成，并设计有完

善的监测系统，主要技术参数详见表1。

1.2 技术特点

针对国网直流特高压换流站调相机的特殊

运行工况和要求，制造厂在电磁设计、通风设

计、绝缘设计、结构设计等方面进行了针对性

的优化和改进，形成了调相机鲜明的技术特点。

这是调相机实现其运行功能的重要基础，也是

我们监造过程中需关注的重点。

1.2.1 电磁设计：优化定子槽形，减小定子漏抗，

从而实现尽量减小超瞬变电抗

X"d

，以增加瞬

时无功输出的最大值；优化转子结构，减小转

子绕组电感与电阻的比值，从而实现尽量减小

时间常数

T'd

，以提高强励时无功增长速度；优

化励磁绕组结构，以降低励磁电压，保证多次3.5

倍强励时励磁系统和调相机的安全性；调整气

隙大小和长度来提高短路比，以提高调相机的

进相能力。

1.2.2 通风设计：调相机采用密闭式空气循环通

风系统，其中定子线圈、定子铁心为空气间接

冷却（外冷），转子线圈则为空气直接冷却（内

冷）。空气循环的动力由转子两端的轴流式风

扇和转子径向风道（相当于离心风扇）共同提供。

调压机内空气循环见图2。

图1 调相机总体布置

表1： 调相机主要技术参数

序号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

名 称

铭牌容量

S

N

/Mvar

额定功率因数cos

φ

N

定子额定电压

U

N

/kV

定子额定电流

I

N

/A

额定频率

f

N

/Hz

额定转速

n

N

/(r·min

-1

)

额定励磁电压

U

f

N

/V

额定励磁电流

I

f

N

/A

空载励磁电压/V

空载励磁电流/A

短路比

定子线圈接线方式

冷却方式

励磁方式

设计值

-200/300

0

20

8660

50

3000

329.6

2694.15

图2 调相机内空气循环示意图

124.7

1090.4

＞0.795

Y型

空冷

自并励静态

1.2.3 绝缘设计：定子铁心冲片双面涂耐热等级

不低于F级的硅钢片绝缘漆，有效地消除冲片

间的环流，降低涡流损耗和温升；加强端部铁

心绝缘：在边段定子铁心每段内设置至少两层

绝缘片，在两端磁分路段两侧各设置一层绝缘

片；定子线棒绝缘结构采用了少胶云母带模压

成型VPI浸渍的绝缘结构，防晕带一次模压成

型二次涂刷防晕漆的防晕结构。

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1.2.4 结构设计：调相机定子端部同时采用电磁

运行的预期。

屏蔽（铜屏蔽+磁屏蔽）结构，以削弱端部漏

3.1 原材料、外协部件及辅机的监造要点

磁对定子端部的影响；尽量减小线棒出槽口后

原材料、部件及辅机是组成设备的重要基

的倾斜角，增大端部绕组与压圈、铁心间的距

础，其性能参数显然对调相机的最终质量和功

离以增大磁阻，降低漏磁通对端部结构件的影

能有着十分关键的影响，因此监造人员应采取

响；定子槽内径向采用高强度层压玻璃布的槽

R点方式核查原材料、部件及辅机的制造厂家

楔+楔下高强度波纹板，提供足够的弹性预压

和型号规格是否符合投标技术文件的需要，同

力，能有效弥补槽内绝缘蠕变，满足线棒在槽

时还要与实物对照是否一致，尤其重要的是应

内的径向紧固要求；定子槽内切向采用半导体

仔细核查原材料、部件及辅机的关键性能参数

垫条塞垫在棒槽缝隙之中，侧面再加垫波纹垫

是否符合投标技术文件或相关标准的要求，必

条使线棒与铁心槽部持续保持良好的接触，降

要时延伸监造到供货商现场见证。原材料主要

低槽电位，避免电腐蚀引起绝缘损伤；转轴由

包括转轴、槽楔、护环及中心环、集电环、风

高强度、高磁导率合金钢整锻而成，转轴槽内

叶、转子铜线、硅钢片、定子铜线、定子引线、

布置励磁绕组同时作为磁路，大齿上加工横向

端部屏蔽件、转子导电螺钉等，外协部件及辅

月牙槽，用于均衡大、小齿方向的刚度，以避

机主要包括外机座、轴承座、空气冷却器、电

免由于它们之间的较大差异而产生倍频振动；

流互感器、润滑油系统、外冷水系统等。

两端轴承座均设有双层对地绝缘，以防轴电流

3.2 制造过程的监造要点

烧伤轴颈和轴承合金。

制造过程就是设备质量和功能的形成过程，

因此做好制造过程的监造见证工作，将对保证

2 调相机的生产工艺流程

调相机最终质量和功能的符合性起到事半功倍

单台300Mvar调相机总重近390t，零部件

的作用。监造过程中对人、机、料、法、环、

种类多,结构较为复杂,制造精度要求较高，从

测等过程质量的影响因素，主要采取W点现场

原材料下料开始算起的制造周期长达8~9个月，

见证，各类设备监造共性的见证要点内容如人

主要包括定子铁心制作、定子绕组制作、内定

员资质、测量仪器校准等不再赘述，仅对调相

子装配、定子总装、转轴机加工、转子绕组制作、

机特有的监造要点总结如下。

转子装配、出厂试验等主要生产流程。这也是

3.2.1 定子制造过程。定子主要由内定子（定子

调相机监造的起始点和路径图，只有根据生产

铁心、定子绕组）、外机座组成，本项目采取

工艺流程设置见证点，才能使监造落到实处，

外装式定子结构，即内定子和外机座分别制作

真正实现全过程的质量监督。

完成后再组合装配，这样可大大缩短生产周期。

（1）定子铁心由扇形冲片逐张逐段叠积而

3 调相机的监造要点

成，铁心外径采取定位筋、箍环、压圈形成的

监造开始前，应根据制造厂提交的产品质

笼式结构固定形成一个整体，段间放置通风槽

量计划、工艺流程和设计图样，以及相关的投

板形成径向风道，冷热风区由焊装在箍环上的

标技术文件、产品标准、监造标准等，建立适

挡风板隔断。可能出现的质量问题主要包括局

宜有效的监造管理体系，评审确定本项目的监

部短路形成过热点、压力不均匀或局部压不紧

造见证点、见证方式（R、W和H点）和见证

造成异响、槽形不良、磁中心与几何中心偏差

要点，做到对产品质量有影响的关键节点进行

超标等，因此监造要点主要包括：严格对冲片

有重点、有针对性、有计划地监督把控，从而

毛刺和表面绝缘涂层的控制，应着重加强对铁

高效科学地保证调相机质量符合投标技术文件、

心冲片、去毛、涂漆等批量化制作过程的首检、

产品标准的要求，满足业主对调相机安全可靠

巡检记录的检查，保证冲片毛刺和涂漆质量的

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抽检频次和结果符合要求；叠片全程手工操作，

采用定位笼工装辅助定位，应重点监控叠片张

数和位置，整平过程禁用金属物直接敲击铁心，

冲片接缝处不得出现通风槽板单肋筋压紧；压

装次数不得少于工艺规定，1/2处必须压装一次，

每次压装应测量铁心垂直、扭斜、分段长并及

时调整，在规定段次采用压铅丝补偿法确定齿

部和轭部加垫绝缘片的数量和位置，确保整面

受压均匀。

（2）定子绕组是调相机设备的核心所在，

采用条式线棒结构，表面空气间接冷却，端部

出槽口电场畸变严重、电位梯度大，主绝缘层

要兼顾高单位场强和散热性能好的要求。生产

流程为下料编花、成型、绝缘绕包、VPI、热固

成型、防晕处理，可能出现的质量问题主要包

括主绝缘击穿、端部起晕、表面电阻不均匀、

换位方式错误或股间短路造成局部过热、尺寸

超标等，因此监造要点包括：加强对编花过程

的换位方式、换位间绝缘填充的巡检；成型时

施加压力、加热温度、保温时间，成型后导线

股间短路检查、尺寸检查、内屏蔽层的表面电

阻应符合要求，应特别注意股间短路检查的电

压、内屏蔽层涂刷前导线窄边露铜的点数需满

足工艺要求；确认云母带的保存和使用期限，

绕包层数、方式、方向，绕包后的外形尺寸符

合图纸要求，且无云母纸脱落、掉粉、折断、起层、

严重皱褶现象；VPI参数：加热温度、真空度、

浸渍期间真空度、浸渍压力、热固成型的压力、

温度和时间等应符合工艺要求；二次防晕处理

应注意高阻与低阻搭接长度及位置应符合图纸

要求，防晕漆涂刷均匀，无流挂、漆瘤、漏涂

等现象；严控线棒的电气试验过程，把好转序

前最后一道关，做全规定的试验项目（起晕、

交流耐压、常态介损、热态介损、表面电阻），

抽样比例符合JB/T 6204、JB/T 7608的要求，耐

压后应注意检查

R

弯处表面是否有爬电现象，

介损测量时屏蔽线的连接位置应按标准要求连

接至高阻层末端，否则会影响测量结果的准确

性和考核区域的全面性。

（3）内定子装配就是将定子线棒固定到铁

心槽内，在端部连接成篮式结构，形成三相（每

相三支路）电气回路，大量采用手工绑扎、填

充方式来固定线棒，电流回路焊接点多。生产

流程为绝缘支架和绑环装配、下线、槽内固定、

端部支撑绑扎、槽楔装配、端部焊接、引线装

配、手包绝缘，可能出现的质量问题主要包括

端部支撑不实、绑扎不牢靠、槽内固定不实或

接触不良、槽楔松动、端部起晕电压低、焊接

填充不饱满或搭接面积不足、手包绝缘空包或

搭接长度不足等，因此监造要点包括：绝缘支

架、绑扎形成的端部支撑结构与下层线棒间的

距离均匀且满足加垫1~2层5mm厚毛毡的要求，

可采取试下线棒的方法进行检查；槽内加垫半

导体垫条时线棒应处于水平位置且棒槽间隙在

上，从最薄厚度开始试垫找出最佳厚度组合；

保证端部异相间的气隙距离，绑扎时注意异相

间不得断开，应减少绑绳间的气隙并用环氧腻

子填充；绑绳需充分收紧，绑扎间距均匀且小

于100mm，打结和绳头不应留在异相线棒间；

线棒与支撑件间均需加垫浸渍毛毡，且毛毡压

缩量达50%以上；槽楔装配时应定量检测楔下

波纹垫条的压缩量，可采取测量波纹片峰谷距

离或替换与压缩后波纹片等厚平垫条的方法；

焊接前对线棒绝缘采取良好的隔火冷却保护措

施，焊接处缝隙均匀且小于0.2mm，充分填充

银片或银磷焊丝，焊后采取目测和支路直流电

阻测量控制焊接质量；规范统一操作工手包绝

缘的手法，采取涂抹环氧腻子使接头过渡圆整，

一次同时使用云母箔层数不得超过4层，层间

搭接以及与原线棒绝缘搭接长度符合要求。

（4）定子总装配就是将内定子与外机座组

合成一个整体，由外机座支承内定子，两者间

通过两侧的立式弹簧板连接成一起。其主要控

制内容为内定子与外机座的相对位置偏差和弹

簧板与机座的焊接，因此监造要点包括：内定

子与外机座相互找正时的基准正确且稳定，尤

其是以机座安装面为基准找正内定子与端盖的

同心度时，当采用方箱分段支撑应严格找平整

个安装面偏差<1mm；弹簧板与机座间的焊接是

工艺难点，主要是内应力的充分释放和变形量

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的控制，应采用分层分段焊，每层焊完使用风

槽内，再套装护环、中心环、风扇环、集电环

镐锤击释放内应力并冷却至50℃再焊下一层，

等部件形成转子成品。生产流程为转轴表面清

确保在自然放松状态下弹簧板与安装座的平均

理喷漆、下线、加热压型、槽楔装配、端部撑

间隙<1.5mm方能装配紧固螺栓。

块装配、护环绝缘装配、热套护环等部件、导

3.2.2 转子制造过程。调相机转子由转轴、转

电杆及导电螺钉装配。装配过程质量控制的首

子绕组、护环和中心环、集电环和转子风扇等

要任务就是杜绝匝间短路，因此监造要点包括：

组成如图3所示。转子是调相机区别于其他静

下线装配场所的净化管理应健全，严禁使用电

态线圈类电力设备如变压器的重要特征，其

动或气动砂轮机打磨焊接头，清理异物或灰尘

3000r/min的转速对于制造过程中的轴颈配合精

应使用吸尘器、不得用气吹，所使用的零部件

度、整体动平衡精度、适应温度变化都有着极

采用适宜的方法清理干净后使用，绝缘件不得

高的要求。

落地，非作业期间应覆盖防护；匝间绝缘垫条

与线匝通风孔应对齐一致，错开偏差<2mm；匝

间及护环绝缘采用搭接，不得采用对接，应保

持绝缘出边；注意检查楔下垫条的放置方向，

光滑面应与线匝接触，护环绝缘内表面应涂刷

规定量的滑移剂，中心环与端部线匝间的间隙

6mm~9mm，充分保证转子绕组的热胀自由；采

图3 转子总成示意图

取紧打槽楔工艺，应定量测量槽楔推力在工艺

要求范围内；在下线后、套护环前后均应按步

（1）转轴机加工主要包括车序、铣序，均

进行转子绕组耐压、匝间短路检查试验，及时

采用专用的数控机床进行加工，本身的制造精

发现并处理绝缘缺陷。

度足以保证转轴的尺寸和形位精度，但转轴属

3.3 出厂试验的监造要点

于长径比>12的挠性轴，需考虑切削力、重力

出厂试验是设备出厂前对制造质量和主要

和切削热产生的变形对加工精度的影响，因此

性能进行验证的重要手段，是把质量问题解决

监造要点包括：选择适宜的加工定位基准，应

在制造厂内的最后一道关卡，也是设备监造最

尽量与测量基准、设计基准重合；车加工过程

重要的环节，主要采取H点和W点见证。调相

应充分游车使转轴处于稳定平衡状态再进行精

机的出厂试验项目和要求详见表2，应重点关注

加工；铣槽过程对切削力、重力的对称支撑合

转子动平衡和超速试验、转子绕组交流阻抗、

理到位，采取适宜的冷却方法；测量尺寸时应

绕组耐压试验（包括起晕试验）、定子铁心磁

使工件温度与环境、量具温度基本一致。

化试验、定子绕组端部模态试验等项目。试验

（2）转子绕组由含银铜线焊接形成圈状，

前监造人员应依据投标文件、相关标准对制造

槽部开有风道以形成轴向内部冷却。生产流程

厂的试验方案进行审核，重点是试验方法的正

为铣通风槽、孔，表面清理，焊接组合成型。

确性、接受准则的符合性以及试验仪器精度、

制作过程的主控点就是毛刺、尖角的清理和铜

校准有效期的有效性；旁站见证试验过程的操

排钎焊，因此监造要点主要包括：毛刺检查方

作规范性和试验数据采集的有效性；复核制造

法一般采用强光电筒加放大镜，或者棉纱触摸，

厂试验数据计算结果的正确性，判断试验结论

但监造人员应加强抽检确认检查的有效性；铜

的符合性和有效性，如发生不符合现象，应及

排焊接采取燕尾对接钎焊，焊后主要采取外观

时报告业主单位，向制造厂发出工作联系单要

检查和PT渗透探伤。

求分析原因、采取纠正和预防措施，直至试验

（3）转子装配就是把转子绕组装配到转轴

合格为止，并对后续调相机进行改进和预防。

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表2：调相机的出厂试验项目和要求

序号

序号项目要求

15

验

定子铁心磁化试

符合GB/T 20835—2016《发电机定子铁

心磁化试验导则》的规定

项目要求

1

测量转子绕组的符合 GB/T 20160—2006《旋转电机绝缘

绝缘电阻电阻测试》的规定

2

测量转子绕组的符合 GB/T 1029—2005《三相同步电机

直流电阻试验方法》的规定

试验采用 50Hz交流电，接通电源调节

转子绕组交流耐

调压器均匀升压，耐压值应为额定励磁

压试验

电压的12.5倍，时间1min

转子绕组交流阻

抗

16

验

定子EL CID试

3

符合 GB/T 20140—2016《隐极同步发电

定子绕组端部模

机定子绕组端部动态特性和振动测量方

17

态试验

法及评定》的规定

4

18

阻测定

5

转子绕组重复脉

试验方法参见 JB/T 8446—2013《隐极

式同步发电机转子匝间短路测定方法》

冲法（RSO）

测温元件绝缘电

符合 GB/T 7064—2017《隐极同步发电

机技术要求》、JB/T 10500.1—2005《电

机用埋置式热电阻 第1部分：一般规

定、测量方法和检验规则》的规定

19

阻测定

6

探测线圈波形法

测温元件直流电

4 结束语

对于大型调相机这类新研发的高价值设备，

对其实施全过程监造应从其技术特点和制造厂

生产流程着手，识别出设备形成全过程所有的

关键点及其控制要求，策划相应的监造质量计

划并严格执行，根据设备实际质量状况检查执

行效果，及时不断改进完善，必能保证后续大

型调相机的产品质量和监造服务质量。

参考文献

7

符合 GB/T 11348.1—1999《旋转机械转

转子动平衡和超

轴径向振动的测量和评定 第1部分：总

速试验

则》的规定

符合JB/T 6229—2014《隐极同步发电机

转子气体内冷通风道检验方法及限值》

的规定

8

转子通风试验

9

测量定子绕组的

符合 GB/T 20160—2006《旋转电机绝缘

绝缘电阻和吸收

电阻测试》 的规定

比或极化指数

测量定子绕组的符合GB/T 1029—2005《三相同步电机

10

直流电阻试验方法》的规定

定子绕组槽电位

[1] DL/T 586—2008 电力设备监造技术导则[S].

[2] 王雅婷，张一驰，周勤勇，等.新一代大容

量调相机在电网中的应用研究[J].电网技术，2017

（1）：22-28.

[3] 甘依依，胡鹏，陈念斌. 300Mvar级大型调

相机监造质量过程管控研究[J].湖北电力，2016（5）：

24-28.

作者简介：

胡正清，国网江苏省电力工程咨询有限公司，

工程师，注册设备监理师。

丁卫华，国网江苏省电力工程咨询有限公司。

11

测量

符合 DL/T 596—2005《电力设备预防性

定子绕组端部手

试验规程》的规定

12

包绝缘施加直流

电压的测量

定子绕组直流耐

13

压试验和泄露电

流测量

符合GB/T 7064—2017《隐极同步发电

机技术要求》、JB/T 6204-2002《高压

定子绕组交流耐

交流电机定子线圈及绕组绝缘耐电压试

14

压试验（包括整

验规范》的规定

机起晕试验）

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