JP2015002624A

JP2015002624A - 固定子コイルの更新方法

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Publication number: JP2015002624A
Application number: JP2013126270A
Authority: JP
Inventors: 久司野間; Hisashi Noma; 賀津男元木; Kazuo Motoki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-06-17
Filing date: 2013-06-17
Publication date: 2015-01-05
Anticipated expiration: 2033-06-17
Also published as: JP6112984B2

Abstract

【課題】固定子コイルを分解する範囲を小さくすることができ、容易に短期間で固定子コイルの交換を可能にする固定子コイルの更新方法を得ること。【解決手段】固定子コア１から取出された交換要上口コイル２の替わりに、スロット内配置部３ａが素線固めと絶縁処理とがなされており且つコイルエンド部３ｂが素線固めと絶縁処理とのいずれもがなされていない新設上口コイル３をスロットに配設する工程と、スロットに配設された新設上口コイルのコイルエンド部３ｂを、素線固めする工程と、絶縁処理する工程と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、タービン発電機に用いられるインボリュート形状を有する固定子コイルの一部分を更新する方法に関するものである。

従来のタービン発電機の固定子は、薄板鋼板の積層体からなる固定子コアと、固定子コアの内周に設けられた複数のスロットの各々に設置される複数の固定子コイルとで構成されている。各固定子コイルは、固定子コアのスロット内に配置される部分であるスロット内配置部と軸方向で固定子コアの外側にある部分であるコイルエンド部とでなり、スロット内配置部とコイルエンド部とは、共に絶縁処理されている。
タービン発電機を長期にわたって稼働させていると、エージング等により一部の固定子コイルの性能が低下するので、性能が低下した一部（１本から数本）の固定子コイルの交換が必要となってくる。

従来の固定子コイルの製造方法では、例えば、所定の形状に賦形されたコイルの、スロット内配置部とコイルエンド部とにテーピングを施した後、テーピングされたコイルに絶縁樹脂を含浸し、この絶縁樹脂を硬化させることにより主絶縁を行っている。
また、従来の別の固定子コイルの製造方法として、先にスロット内配置部の素線固めと絶縁処理とを行い、次にコイルエンド部に素線間絶縁を施し、絶縁樹脂が硬化する前の変形可能な状態でコイルエンド部を所定の形状に賦形し、賦形後に絶縁樹脂を硬化させてコイルエンド部の素線固めを行うものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−２２５０３７号公報（第２−３頁、第１図）

固定子コイルの交換は、性能が低下した部分の固定子コイルを固定子コアのスロットから取り外し、新しい固定子コイル（新設固定子コイルと記す）をスロット内に挿入することにより行われる。
通常、固定子コイルは、ハーフコイルの２層巻き構造であり、固定子コアのスロットにおける、径方向内径側にある上口コイルと径方向外径側にある下口コイルとで構成されており、コイルエンド部が回路を形成するためにインボリュート形状となっているので、部分的な固定子コイルの交換では、新設固定子コイルのコイルエンド部が、既設の交換不要である固定子コイルのコイルエンド部と干渉してしまう。

従来の製造方法で作製された固定子コイルは、スロット内配置部とコイルエンド部とが、絶縁処理あるいは素線固めがなされており、堅く硬直した状態である。
そのため、既設の固定子コイルのコイルエンド部との干渉を回避して新設固定子コイルに交換するには、干渉を回避できる本数分の既設の固定子コイルを固定子コアのスロット部から順次浮かせる必要があり、既設の固定子コイルおよびその支持構成物を分解する範囲が広くなるとの問題があった。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、固定子コイルを分解する範囲を小さくすることができ、容易に短期間で固定子コイルの交換を可能にする固定子コイルの更新方法を得ることである。

本発明に係わる第１の固定子コイルの更新方法は、固定子コアのスロットでの配設位置が径方向内側のハーフコイルである上口コイルと、上口コイルと対になり、スロットでの配設位置が径方向外側のハーフコイルである下口コイルとで形成された固定子コイルの更新方法であって、上口コイルと下口コイルとの接続部を分解する、接続部分解工程と、接続部が分解された上口コイルのコイルエンド部を、上口コイルのスロット内配置部から切断分離して固定子コアから取出す、コイルエンド部取出工程と、コイルエンド部が除かれた上口コイルのスロット内配置部を固定子コアから取出す、スロット内配置部取出工程と、固定子コアから取出された上口コイルの替わりに、スロット内配置部が素線固めと絶縁処理とがなされており、且つコイルエンド部が素線固めと絶縁処理とのいずれもがなされていない新設上口コイルを、スロットに配設する、新設ハーフコイル配設工程と、スロットに挿入し配設された新設上口コイルのコイルエンド部を素線固めする、コイルエンド部素線固め工程と、新設上口コイルと下口コイルとの接続部を結合する接続部結合工程と、新設上口コイルの素線固めされたコイルエンド部を絶縁処理するコイルエンド部絶縁処理工程と、を備えているものである。

本発明に係わる第２の固定子コイルの更新方法は、固定子コアのスロットでの配設位置が径方向内側のハーフコイルである上口コイルと、上口コイルと対になり、スロットでの配設位置が径方向外側のハーフコイルである下口コイルとで形成された固定子コイルの更新方法であって、上口コイルと下口コイルとの接続部を分解する、接続部分解工程と、接続部が分解された上口コイルのコイルエンド部を、上口コイルのスロット内配置部から切断分離して固定子コアから取出すとともに、接続部が分解された下口コイルのコイルエンド部を、下口コイルのスロット内配置部から切断分離して固定子コアから取出す、コイルエンド部取出工程と、コイルエンド部が除かれた上口コイルのスロット内配置部とコイルエンド部が除かれた下口コイルのスロット内配置部とを、固定子コアから取出す、スロット内配置部取出工程と、固定子コアから取出された上口コイルの替わりに、スロット内配置部が素線固めと絶縁処理とがなされており、且つコイルエンド部が素線固めと絶縁処理とのいずれもがなされていない新設上口コイルと、固定子コアから取出された下口コイルの替わりに、スロット内配置部が素線固めと絶縁処理とがなされており、且つコイルエンド部が素線固めと絶縁処理とのいずれもがなされていない新設下口コイルとを、スロットに配設する、新設ハーフコイル配設工程と、スロットに挿入し配設された、新設上口コイルのコイルエンド部と新設下口コイルのコイルエンド部とを素線固めする、コイルエンド部素線固め工程と、新設上口コイルと新設下口コイルとの接続部を結合する、接続部結合工程と、新設上口コイルの素線固めされたコイルエンド部と新設下口コイルの素線固めされたコイルエンド部とを、絶縁処理する、コイルエンド部絶縁処理工程と、を備えているものである。

本発明に係わる固定子コイルの更新方法は、上記のように構成されているため、容易に且つ短期間で固定子コイルを交換することが可能になる。

本発明の実施の形態１に係わる固定子コイルの更新方法を説明する模式図である。本発明の実施の形態１に係わる固定子コイルの更新方法で用いられるスロットへ配設する前の新設上口コイルを示す模式図である。本発明の実施の形態１に係わる固定子コイルの更新方法において、新設上口コイルが固定子コアのスロットに配設された状態の固定子を示す断面模式図である。本発明の実施の形態１に係わる固定子コイルの更新方法における、固定子コイルが更新された状態の固定子を示す断面模式図である。本発明の実施の形態１に係わる固定子コイルの更新方法において、新設上口コイルの素線固めが行われるコイルエンド部（ａ）と、素線固めが行われたコイルエンド部のＡ−Ａ断面（ｂ）とを示す模式図である。本発明の実施の形態１に係わる固定子コイルの更新方法において、新設上口コイルのコイルエンド部とコイルエンド部支持構成物との空間が非常に狭い場合の、コイルエンド部の絶縁方法を説明する模式図である。既設上口コイルと異なる時期にコイルエンド部が成形されており、コイルエンド部の形状が異なる新設上口コイルがスロットに配設されている固定子の側面模式図である。本発明の実施の形態２に係わる固定子コイルの更新方法において、コイルエンド部の形状を修正した新設上口コイルがスロットに配設されている固定子の側面模式図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係わる固定子コイルの更新方法を説明する模式図である。
図１は、タービン発電機に用いられる固定子１００の軸方向（軸方向と記す）と平行な断面を示している。
図１に示すように、固定子コイルは、上口コイルと下口コイルとの対になる２個のハーフコイルで形成されている。
本実施の形態における更新される固定子コイルは、固定子コア１のスロットでの配設位置が径方向内側のハーフコイルである上口コイルである。

本実施の形態の固定子コイルの更新方法は、以下の各工程を実施することにより行われる。
最初の工程は、図１（ａ）に示す、既設の交換要上口コイル２と既設下口コイル４との接続部１０を分解する、接続部分解工程である。

次の工程は、図１（ｂ）に示す、接続部が分解された交換要上口コイル２における、大部分が固定子コア１の軸方向外側にある部分（交換要上口コイルのコイルエンド部と記す）２ｂを、交換要上口コイル２における、大部分が固定子コア１のスロットに配置されている部分（交換要上口コイルのスロット内配置部と記す）２ａから切断分離して、固定子コア１から取出す、コイルエンド部取出工程である。
次の工程は、図１（ｃ）に示す、スロット内のウェッジ（図示せず）を分解して、固定子コア１から、コイルエンド部２ｂが除かれた交換要上口コイルのスロット内配置部２ａを取出す、スロット内配置部取出工程である。

次の工程は、図１（ｄ）に示す、固定子コア１から取出された交換要上口コイル２の替わりになる、新設上口コイル３をスロットに挿入し配設する、新設ハーフコイル配設工程である。
図２は、本発明の実施の形態１に係わる固定子コイルの更新方法で用いられるスロットへ配設する前の新設上口コイルを示す模式図である。
図２に示すように、スロットへ配設する前の新設上口コイル３は、スロット内配置部３ａが、素線固めされるとともに絶縁処理されて絶縁体３ｃで覆われており、コイルエンド部３ｂが、素線固めと絶縁処理とのいずれもがなされていない。

図３は、本発明の実施の形態１に係わる固定子コイルの更新方法において、新設上口コイルが固定子コアのスロットに配設された状態の固定子を示す断面模式図である。
図３に示すように、素線固めと絶縁処理とが施された新設上口コイルのスロット内配置部３ａがスロットに納まっている。
既設下口コイル４は、スロット内配置部４ａとコイルエンド部４ｂとが、素線固めされ且つ絶縁処理されて絶縁体４ｃで覆われている。
次の工程は、スロットに挿入し配設された新設上口コイルのコイルエンド部３ｂを素線固めする、コイルエンド部素線固め工程である。

次の工程は、図１（ｅ）に示す、コイルエンド部３ｂが素線固めされた新設上口コイル３を、既設下口コイル４と、接続部１１で結合する、接続部結合工程である。
次の工程は、新設上口コイル３の素線固めされたコイルエンド部３ｂの絶縁処理を行う、コイルエンド部絶縁処理工程である。
図４は、本発明の実施の形態１に係わる固定子コイルの更新方法における、固定子コイルが更新された状態の固定子を示す断面模式図である。
図４に示すように、新設上口コイルのコイルエンド部３ｂが、絶縁体３ｅで覆われている。

次に、新設上口コイルのコイルエンド部３ｂの素線固めの一例について説明する。
図５は、本発明の実施の形態１に係わる固定子コイルの更新方法において、新設上口コイルの素線固めが行われるコイルエンド部（ａ）と、素線固めが行われたコイルエンド部のＡ−Ａ断面（ｂ）とを示す模式図である。

図５（ａ）に示す、新設上口コイルのコイルエンド部３ｂの素線間に、素線間絶縁体（図示せず）を挿入する。この後、図５（ｂ）に示すよう、素線１３に絶縁性樹脂１４を塗布し、加圧して素線固めを行う。
素線固めで用いられる加圧方法は、例えば、隣接する固定子コイル間に詰物を詰めることによる加圧、収縮テープによる加圧、クランパー等の冶工具を用いた加圧、あるいは、これらの加圧の併用等が挙げられる。

次に、新設上口コイルのコイルエンド部３ｂの絶縁処理の一例について説明する。
素線固めがなされた新設上口コイルのコイルエンド部３ｂは、さらに絶縁処理が施される。新設上口コイルのコイルエンド部３ｂの絶縁処理は、例えば、コイルエンド部３ｂにレジンリッチのプリプレグテープを巻回し、プリプレグテープの絶縁樹脂を硬化することにより行われる。
しかし、固定子コア１のスロットに配設された、新設上口コイルのコイルエンド部３ｂとコイルエンド部支持構成物１７との空間が非常に狭い場合は、絶縁に用いられるプリプレグのテーピング作業が難しくなる。

図６は、本発明の実施の形態１に係わる固定子コイルの更新方法において、新設上口コイルのコイルエンド部とコイルエンド部支持構成物との空間が非常に狭い場合の、コイルエンド部の絶縁方法を説明する模式図である。
新設上口コイルのコイルエンド部３ｂとコイルエンド部支持構成物１７との空間が非常に狭い場合は、接続部結合工程の前に、素線固めされたコイルエンド部の絶縁処理を行う。
図６に示すように、新設上口コイル３を、隣接する既設固定子コイルと干渉しない程度、スロットから浮かせた状態でテーピング作業を行う。
このようにすると、新設上口コイルのコイルエンド部３ｂとコイルエンド部支持構成物１７との間の空間Ｗを広くすることができ、新設上口コイルのコイルエンド部３ｂを絶縁するテーピング作業が容易となり、固定子コイルの更新方法の作業性が向上する。

本実施の形態の固定子コイルの更新方法における、固定子コア１のスロットに配設する新設上口コイル３は、スロット内配置部３ａが、素線固めと絶縁処理とがなされており、コイルエンド部３ｂが、素線固めと絶縁処理とのいずれもがなされていないので、コイルエンド部３ｂは硬直した状態ではなく、可撓性を有しており、新設ハーフコイルをスロットへ挿入する際に、他のコイルエンド部との干渉を避けるようにコイルエンド部を曲げながら挿入し、挿入後、元の形状に整形するので、短期間で交換することが可能になる。

すなわち、本実施の形態の固定子コイルの更新方法は、隣接する既設の交換不要の固定子コイルのコイルエンド部との干渉を回避させて、新設固定子コイルの交換が可能であり、分解する既設固定子コイルおよび支持構成物の範囲を最小にでき、固定子コイルを交換する時間の短縮化が図れ、作業効率の向上と低コスト化を実現できる。
本実施の形態では、更新される固定子コイルは、上口コイルであるが、上口コイルと下口コイルの両方を更新しても良く、同様な効果を奏する。

上口コイルと下口コイルの両方を更新する方法は、以下のようにして行われる。
コイルエンド部取出工程で、交換要上口コイルのコイルエンド部２ｂと交換要下口コイルのコイルエンド部とを固定子コア１から取出し、スロット内配置部取出工程で、交換要上口コイルのスロット内配置部２ａと交換要下口コイルのスロット内配置部とを固定子コア１から取出す。
新設ハーフコイル配設工程で、新設上口コイル３をスロットに挿入し配設するとともに、スロット内配置部が、素線固めと絶縁処理とがなされて絶縁体で覆われており、コイルエンド部が、素線固めと絶縁処理とのいずれもがなされていない新設下口コイルをスロットに挿入し配設する。

コイルエンド部素線固め工程で、スロットに挿入し配設された、新設上口コイルのコイルエンド部３ｂと新設下口コイルのコイルエンド部とを素線固めする。
接続部結合工程で、コイルエンド部３ｂが素線固めされた新設上口コイル３と、コイルエンド部が素線固めされた新設下口コイルとを、接続部で結合する。
コイルエンド部絶縁処理工程で、新設上口コイル３の素線固めされたコイルエンド部３ｂの絶縁処理を行うとともに、新設下口コイルの素線固めされたコイルエンド部の絶縁処理を行う。

上記の交換要下口コイルのコイルエンド部の固定子コアからの取出しは、交換要上口コイルのコイルエンド部からの取出しと同様な方法で行なわれる。
また、本実施の形態では、新設ハーフコイルのコイルエンド部の素線固めを、接続部結合工程の前に行っているが、接続部結合工程の後でも良い。

実施の形態２．
本実施の形態の固定子コイルの更新方法は、実施の形態１の固定子コイルの更新方法における、新設ハーフコイル配設工程より前に、新設上口コイルのコイルエンド部の形状を、既設の交換不要上口コイルのコイルエンド部の形状と類似になるように修正する、コイルエンド部形状修正工程を設けた以外、実施の形態１の固定子コイルの更新方法と同様であり、実施の形態１の固定子コイルの更新方法と同様な効果を奏する。

従来の一般的な固定子コイル製作方法によると、コイルエンド部は専用の成型設備を用いて連続的に成形されるので、全ての固定子コイルのコイルエンド部は類似の形状となっている。しかし、コイルエンド部の成形時期が異なる固定子コイル間では、コイルエンド部の形状が異なる場合がある。

図７は、既設上口コイルと異なる時期にコイルエンド部が成形されており、コイルエンド部の形状が異なる新設上口コイルがスロットに配設されている固定子の側面模式図である。
図７の固定子１００では、新設上口コイル５と既設の交換不要上口コイル６とを示している。
図７に示すように、新設上口コイルのコイルエンド部５ｂの形状が、既設の交換不要上口コイルのコイルエンド部６ｂの形状と異なる場合は、対となる既設下口コイル（図示せず）との接続が困難となる。

図８は、本発明の実施の形態２に係わる固定子コイルの更新方法において、コイルエンド部の形状を修正した新設上口コイルがスロットに配設されている固定子の側面模式図である。
図８の固定子１００では、コイルエンド部５ｂの形状を修正した新設上口コイル５と既設の交換不要上口コイル６とを示している。
図８に示すように、新設上口コイルのコイルエンド部５ｂの形状を修正することにより、交換不要上口コイルのコイルエンド部６ｂの形状と類似になり、新設上口コイル５と対になる既設下口コイル（図示せず）との接続が可能になる。

固定子コイルのコイルエンド部の成形には、専用設備の他に、コイルエンド成形用ひねり工具やコイルエンド成形用曲げ工具が用いられる。
本実施の形態では、既設の交換要ハーフコイルが上口コイルで、新設上口コイルのコイルエンド部を修正する場合であるが、既設の交換要ハーフコイルが上口コイルと下口コイルとで、新設下口コイルのコイルエンド部も修正する場合でも、同様にして行い、同様な効果を奏する。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

本発明に係わる固定子コイルの更新方法は、隣接する既設の交換不要な固定子コイルのコイルエンド部との干渉を回避して、新設固定子コイルの交換が可能であり、分解する既設固定子コイルおよび支持構成物の範囲を最小にでき、固定子コイルを交換する時間の短縮化が図れるので、補修の作業効率の向上と補修コストの低減が要求されるタービン発電機に用いられる。

１固定子コア、２交換要上口コイル、
２ａ交換要上口コイルのスロット内配置部、
２ｂ交換要上口コイルのコイルエンド部、３新設上口コイル、
３ａ新設上口コイルのスロット内配置部、３ｂ新設上口コイルのコイルエンド部、
３ｃ絶縁体、３ｅ絶縁体、４既設下口コイル、
４ａ既設下口コイルのスロット内配置部、４ｂ既設下口コイルのコイルエンド部、
４ｃ絶縁体、５新設上口コイル、５ｂ新設上口コイルのコイルエンド部、
６交換不要上口コイル、６ｂ交換不要上口コイルのコイルエンド部、１０接続部、
１１接続部、１３素線、１４絶縁性樹脂、１７コイルエンド部支持構成物、
１００固定子。

Claims

固定子コアのスロットでの配設位置が径方向内側のハーフコイルである上口コイルと、上記上口コイルと対になり、上記スロットでの配設位置が径方向外側のハーフコイルである下口コイルとで形成された固定子コイルの更新方法であって、
上記上口コイルと上記下口コイルとの接続部を分解する、接続部分解工程と、
上記接続部が分解された上記上口コイルのコイルエンド部を、上口コイルのスロット内配置部から切断分離して上記固定子コアから取出す、コイルエンド部取出工程と、
上記コイルエンド部が除かれた上記上口コイルのスロット内配置部を上記固定子コアから取出す、スロット内配置部取出工程と、
上記固定子コアから取出された上記上口コイルの替わりに、スロット内配置部が素線固めと絶縁処理とがなされており、且つコイルエンド部が素線固めと絶縁処理とのいずれもがなされていない新設上口コイルを、上記スロットに配設する、新設ハーフコイル配設工程と、
上記スロットに挿入し配設された上記新設上口コイルのコイルエンド部を素線固めする、コイルエンド部素線固め工程と、
上記新設上口コイルと上記下口コイルとの接続部を結合する接続部結合工程と、
上記新設上口コイルの上記素線固めされたコイルエンド部を絶縁処理するコイルエンド部絶縁処理工程と、
を備えている固定子コイルの更新方法。
固定子コアのスロットでの配設位置が径方向内側のハーフコイルである上口コイルと、上記上口コイルと対になり、上記スロットでの配設位置が径方向外側のハーフコイルである下口コイルとで形成された固定子コイルの更新方法であって、
上記上口コイルと上記下口コイルとの接続部を分解する、接続部分解工程と、
上記接続部が分解された上記上口コイルのコイルエンド部を、上口コイルのスロット内配置部から切断分離して上記固定子コアから取出すとともに、上記接続部が分解された上記下口コイルのコイルエンド部を、下口コイルのスロット内配置部から切断分離して上記固定子コアから取出す、コイルエンド部取出工程と、
上記コイルエンド部が除かれた上記上口コイルのスロット内配置部と上記コイルエンド部が除かれた上記下口コイルのスロット内配置部とを、上記固定子コアから取出す、スロット内配置部取出工程と、
上記固定子コアから取出された上記上口コイルの替わりに、スロット内配置部が素線固めと絶縁処理とがなされており、且つコイルエンド部が素線固めと絶縁処理とのいずれもがなされていない新設上口コイルと、上記固定子コアから取出された上記下口コイルの替わりに、スロット内配置部が素線固めと絶縁処理とがなされており、且つコイルエンド部が素線固めと絶縁処理とのいずれもがなされていない新設下口コイルとを、上記スロットに配設する、新設ハーフコイル配設工程と、
上記スロットに挿入し配設された、上記新設上口コイルのコイルエンド部と上記新設下口コイルのコイルエンド部とを素線固めする、コイルエンド部素線固め工程と、
上記新設上口コイルと上記新設下口コイルとの接続部を結合する、接続部結合工程と、
上記新設上口コイルの上記素線固めされたコイルエンド部と上記新設下口コイルの上記素線固めされたコイルエンド部とを、絶縁処理する、コイルエンド部絶縁処理工程と、
を備えている固定子コイルの更新方法。
上記新設ハーフコイル配設工程より前に、上記新設ハーフコイルのコイルエンド部の形状を、スロットの径方向での配設位置が上記新設ハーフコイルと同側である既設の交換不要のハーフコイルのコイルエンド部の形状と、類似になるように修正する、コイルエンド部形状修正工程を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固定子コイルの更新方法。
上記新設ハーフコイルのコイルエンド部の絶縁処理が、絶縁テープのテーピングで行われ、上記テーピングをする場合に、上記新設のハーフコイルを上記スロットから浮かしていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の固定子コイルの更新方法。