1 前言

風(fēng)能因具有清潔環(huán)保、可再生、蘊藏量大、分布廣泛等特點而受到越來越多的開發(fā)利用，風(fēng)力發(fā)電是風(fēng)能利用最主要的方式之一[1]。相比于其它新能源，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)相對成熟、發(fā)電成本更低，使得風(fēng)電成為目前最具開發(fā)利用前景的新能源。近年來,在國家政策的大力支持下,我國的風(fēng)力發(fā)電事業(yè)得到迅速發(fā)展。目前風(fēng)力發(fā)電機的單機容量也越來越大，兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機已成為主流,5MW、10MW風(fēng)力發(fā)電機已進入應(yīng)用階段。但是，由于風(fēng)速的多變性，使得目前99%的風(fēng)電需要依靠逆變器變頻、變流后方能接入電網(wǎng)，而在變頻脈寬調(diào)制過程中會產(chǎn)生2～5倍于額定電壓的高頻尖峰脈沖，對變頻電機絕緣造成連續(xù)性重大沖擊。隨著風(fēng)力發(fā)電機單機容量和電壓的不斷增加，由高頻脈沖引發(fā)局部放電造成的風(fēng)力發(fā)電機絕緣失效問題，特別是匝間絕緣和端部絕緣失效也日益突顯出來[2-4]。風(fēng)力發(fā)電機多在沙漠、草原、海邊或海中等惡劣環(huán)境中長期運行，因此對絕緣材料及絕緣技術(shù)提出更高的要求，對絕緣整體致密性、絕緣壽命、耐電暈、局放、長期電熱老化、耐水、耐鹽霧、耐霉菌等方面的性能也要求越來越高。

VPI技術(shù)是當今世界上最先進的絕緣處理技術(shù)。VPI技術(shù)應(yīng)用于發(fā)電機定子線圈的制造，可以最大限度地減少定子線圈主絕緣內(nèi)部的氣隙，從而降低線圈的介質(zhì)損耗，減少局部放電的可能性，增加主絕緣的電氣強度，提高主絕緣的導(dǎo)熱性、耐電暈性，減少環(huán)境、化學(xué)等外因?qū)χ鹘^緣的損傷，延長絕緣壽命[5]。環(huán)氧酸酐樹脂體系是國外三大主流VPI樹脂之一，是真正的無溶劑VPI樹脂，VOC排放幾乎為零、閃點高、飽和蒸汽壓低、固化時揮發(fā)份小于1%，絕緣整體結(jié)構(gòu)致密性好，無氣隙，可有效降低高頻脈沖引發(fā)的局部放電，延長風(fēng)力發(fā)電機絕緣系統(tǒng)的耐變頻能力和絕緣壽命。因此，在國外，環(huán)氧酸酐VPI樹脂除廣泛應(yīng)用于大中型高壓發(fā)電機外，也廣泛應(yīng)用于兆瓦級以上風(fēng)力發(fā)電機的制造。

蘇州巨峰電氣絕緣系統(tǒng)股份有限公司于2007年成功研發(fā)出雙酚A環(huán)氧樹脂的分子蒸餾技術(shù)，首先實現(xiàn)雙酚A單分子環(huán)氧（n≈0）的國產(chǎn)化。經(jīng)過多年在電機生產(chǎn)企業(yè)的大面積推廣應(yīng)用，為滿足不同電機生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的不同需求，目前JF-9955環(huán)氧酸酐VPI樹脂已經(jīng)發(fā)展為三大系列:滿足大型高壓電機生產(chǎn)使用的加熱型JF-9955-1樹脂；滿足中高壓電機、風(fēng)電電機生產(chǎn)使用的常溫型JF-9955 -2樹脂；滿足風(fēng)電電機、重型電機生產(chǎn)使用的含促進劑JF-9955-3樹脂。加熱型和常溫型樹脂必須與含有特定促進劑的云母帶配合使用，區(qū)別在于浸漬溫度、生產(chǎn)產(chǎn)品種類不同；含促進劑JF-9955-3樹脂用于室溫浸漬，對配合使用的云母帶是否含有促進劑沒有要求，生產(chǎn)廠家可選擇范圍較廣。本文對JF-9955三大系列的環(huán)氧酸酐VPI樹脂的常規(guī)性能、固化物的力學(xué)性能、電氣絕緣性能進行對比研究。并針對風(fēng)電運行環(huán)境的特殊性，進行2.5MW風(fēng)電模擬線棒冷熱循環(huán)試驗，結(jié)果表明JF-9955系列VPI樹脂具有極其優(yōu)異的耐冷熱循環(huán)沖擊性能，完全滿足風(fēng)力發(fā)電機的極端運行環(huán)境。

2 實驗

2.1 原材料

雙酚A分子蒸餾環(huán)氧樹脂，自制；低粘度活性環(huán)氧稀釋劑，工業(yè)品；固化劑，液體酸酐，工業(yè)品；潛伏性固化促進劑，工業(yè)品。

2.2 測試儀器

CAP2000+旋轉(zhuǎn)粘度計；電子萬能材料試驗機KQL；JBL-5簡支梁沖擊試驗機；QS30型高壓電橋；ZC36型高阻計；HT-50C型擊穿電壓測試儀。

2.3 測試方法

2.3.1 JF-9955三大系列樹脂體系儲存穩(wěn)定性對比

環(huán)氧酸酐重量比1:1（即JF-9955-1型樹脂）為基礎(chǔ)，加入活性稀釋劑即命名為JF-9955-2樹脂，加入潛伏性固化促進劑命名為JF-9955-3樹脂，混合均勻。采用250ml玻璃瓶裝入200ml（大約230g）樹脂，在規(guī)定溫度下密封存放。JF-9955-1儲存穩(wěn)定性對比實驗溫度為60℃±2℃，JF-9955-2和JF-9955-3實驗溫度為40℃±2℃。采用Brookfield2000+旋轉(zhuǎn)粘度計測試各樹脂在23℃下的粘度，4天為一個測試周期。

2.3.2 JF-9955三大系列樹脂體系力學(xué)和電學(xué)性能測

制樣方法:按照JF-9955三大系列樹脂體系配方，在JF-9955-1和JF-9955-2樹脂中添加樹脂質(zhì)量0.5%的N,N-二甲基芐胺，將樹脂混合均勻，澆注測試力學(xué)性能的拉伸樣條、彎曲樣條和沖擊樣條，低溫段70℃時抽真空去除樣條內(nèi)氣泡；澆注測試電學(xué)性能的漆片；按照各自規(guī)定固化工藝進行固化。

實驗方法:按照《GB/T 15022.2-2007電氣絕緣用樹脂基活性復(fù)合物 第2部分 試驗方法》規(guī)定。電子萬能材料試驗機KQL，速度2mm/min，測試拉伸性能和彎曲性能；JBL-5簡支梁沖擊試驗機測試沖擊強度；QS30型高壓電橋測試介質(zhì)損耗因素和相對介電常數(shù)；ZC36型高阻計測試體積電阻率和表面電阻率；HT-50C型擊穿電壓測試儀測試電氣強度。

2.3.3 JF-9955三大系列樹脂體系2.5MW風(fēng)電模擬線棒冷熱循環(huán)試驗

對某電機廠制作的2.5MW風(fēng)電線圈直線部分模擬線棒進行了冷熱循環(huán)試驗，測試不同循環(huán)周期后的電氣性能。冷熱循環(huán)試驗條件:從常溫降溫至 -40℃/2小時；-40℃保持2小時；從-40℃升至155℃/4小時；155℃保溫2小時；從155℃降溫至常溫/3小時，一個循環(huán)需要13小時。

3 結(jié)果與討論

3.1 JF-9955三大系列樹脂體系儲存穩(wěn)定性對比

根據(jù)實驗方案，3個周期的粘度變化和粘度增長倍率列于表1。結(jié)果顯示JF-9955三大系列樹脂體系在規(guī)定的存儲溫度下都具有非常優(yōu)異的穩(wěn)定性。

3.2 JF-9955三大系列樹脂體系力學(xué)和電學(xué)性能對比

按照實驗方案，制作試樣，測試結(jié)果如表2。結(jié)果顯示，JF-9955三大系列樹脂體系的力學(xué)性能和電學(xué)性能都非常優(yōu)異，僅有微小的差別。

3.3 JF-9955三大系列樹脂體系2.5MW風(fēng)電模擬線棒冷熱循環(huán)試驗

模擬線棒的常態(tài)電性能數(shù)據(jù)見表3，-40℃/155℃冷熱循環(huán)不同周期后的電性能數(shù)據(jù)見表4。測試結(jié)果表明，樹脂體系的常規(guī)性能滿足2.5MW風(fēng)力發(fā)電機的設(shè)計使用要求；經(jīng)過冷熱循環(huán)試驗后的介損和絕緣電阻變化不大，具有非常優(yōu)異的耐冷熱交變性能，滿足風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在氣溫急劇變化、晝夜溫差大的沙漠、海上等惡劣環(huán)境下的運行要求。

4 結(jié)論

1、JF-9955三大系列環(huán)氧酸酐VPI樹脂的存儲穩(wěn)定性、力學(xué)性能和電學(xué)性能相差不大，都非常優(yōu)異。

2、風(fēng)電線圈模擬線棒冷熱循環(huán)實驗結(jié)果表明JF-9955三大系列環(huán)氧酸酐VPI樹脂具有非常優(yōu)異的耐冷熱交變性能，能夠滿足風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在氣溫急劇變化、晝夜溫差大的沙漠、海上等惡劣環(huán)境下的運行要求。

表1 環(huán)氧酸酐體系規(guī)定溫度下儲存粘度變化及增長倍率

表2 環(huán)氧酸酐體系力學(xué)和電學(xué)性能

表3 模擬線棒的常規(guī)性能

表4 模擬線棒冷熱循環(huán)測試數(shù)據(jù)

[1]曾凡輝，姜其斌，陳憲宏，王紅利.風(fēng)力發(fā)電機用表面絕緣涂料的研究.絕緣材料.2010,43（2），17-19.

[2]何恩廣，周升，劉學(xué)忠，徐傳驤，陳炳正.PWM變頻電機絕緣技術(shù)的研究進展.絕緣材料.2002，(4)，18-25.

[3]李鴻巖, 王峰, 郭磊, 劉斌, 陳壽田.變頻電機的匝間絕緣電老化機理.絕緣材料.2005，(2)，57-60.

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[5]吳丹，虞鑫海，徐永芬.國內(nèi)外真空壓力浸漬樹脂的發(fā)展現(xiàn)狀.絕緣材料.2008.41（5），23-26.