葛臣忠，劉洋，張東林，王雨萌，王鑫

(哈爾濱電氣動力裝備有限公司，黑龍江哈爾濱 150040)

0 引言

電機(jī)定子線圈主絕緣厚度是絕緣體系水平的標(biāo)志，也是電機(jī)絕緣安全運(yùn)行的基礎(chǔ)。主絕緣厚度的減薄可以縮小電機(jī)的體積或者增加單機(jī)容量，絕緣厚度的減薄也是為了適應(yīng)社會的發(fā)展和需求。但是絕緣厚度的減薄不是輕而易得的，必須有絕緣材料的發(fā)展作物源保證，有制造工藝的改進(jìn)和完善作支撐，有高素質(zhì)的操作人員作后盾，才能使最佳減薄型的絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)。

自從高壓交流電機(jī)定子繞組整體VPI絕緣體系在國內(nèi)應(yīng)用以來，線圈主絕緣厚度在逐漸減薄，以6kV級電機(jī)為例，定子線圈單邊主絕緣厚度經(jīng)歷了 1.8mm、1.6mm、1.4mm。本文將介紹 6kV級電機(jī)定子線圈單邊主絕緣厚度為小于1mm的超薄型絕緣結(jié)構(gòu)與制造。

1 薄型云母帶繞包繞組線

電機(jī)絕緣的減薄不能單純的減薄主絕緣厚度，而繞組線股線絕緣也應(yīng)相應(yīng)的減薄，實(shí)現(xiàn)電機(jī)整體性絕緣的減薄。

由于繞組線股線絕緣在線圈制造過程中經(jīng)常受到的機(jī)械力(如彎曲、扭轉(zhuǎn)、敲擊等)遠(yuǎn)高于主絕緣機(jī)械強(qiáng)度作用，以及電機(jī)運(yùn)行中經(jīng)常受到?jīng)_擊電壓(過電壓)的侵襲，因此股線絕緣所處的工作條件是苛刻的，經(jīng)常發(fā)生事故，將嚴(yán)重的威脅電機(jī)運(yùn)行的可靠性。

超薄型絕緣系統(tǒng)選用薄型云母帶繞包繞組線。繞組線用云母帶應(yīng)具有以下性能:云母紙薄、總厚度小、柔軟性好、拉伸強(qiáng)度高、對云母無損傷、與主絕緣兼容性好、云母帶樹脂含量恰當(dāng)，繞組線彎制后耐高電壓擊穿。

云母帶的結(jié)構(gòu)如下:

(1)底材:0.25mm厚聚酯薄膜，抗張強(qiáng)度高、彈性好、電性能和熱性能優(yōu)良，價(jià)格低廉。

(2)抗電暈層:鱗片云母紙薄，電氣性能和機(jī)械性能均勻。

(3)樹脂:熱固型粘著劑，聚酯薄膜和云母紙件粘接好，B階段在云母帶拉伸和壓縮過程中樹脂起到潤滑作用。

云母帶繞包繞組線的股線絕緣借助樹脂和薄膜的作用，云母紙?jiān)诩庸せ驈澢蟊３植粩嗔?，在絕緣體系中起著長期耐電暈作用。繞組線用云母帶的主要指標(biāo)如表1所示。

表1 繞組線用云母帶主要指標(biāo)

繞組線云母帶在快速繞包機(jī)上繞包，形成密實(shí)、無褶皺的薄型絕緣繞組線。線圈成型時(shí)，在線圈R處，股線絕緣無褶皺、無張口或翹起現(xiàn)象。

繞組線的質(zhì)量在高壓交流電機(jī)生產(chǎn)中是非常關(guān)鍵的，由于與彎曲工具的摩擦，云母帶的拉伸或壓縮形成的張口和褶皺，都會對股線絕緣造成機(jī)械損傷。毋庸置疑，這些絕緣問題都會影響電機(jī)的可靠性。所以在線圈制造過程中應(yīng)盡力減少或消除股線絕緣的機(jī)械損傷。

2 主絕緣厚度的減薄

電機(jī)定子線圈主絕緣厚度的減薄須在確保滿足電機(jī)產(chǎn)品技術(shù)條件和安全可靠運(yùn)行要求的基礎(chǔ)上，并主要考慮如下三方面來確定主絕緣厚度尺寸。

(1)主絕緣應(yīng)能承受制造和運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的電壓(電流)和過電壓，應(yīng)具有一定的擊穿電壓儲備量，又稱安全裕度，以保證電機(jī)絕緣在長期運(yùn)行后仍具有足夠的耐電強(qiáng)度;

(3)應(yīng)使主絕緣在運(yùn)行年限內(nèi)，始終保持使電機(jī)能安全運(yùn)行的耐電強(qiáng)度。

超薄型主絕緣是在早已成熟的少膠整體VPI絕緣體系基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，并綜合了現(xiàn)代絕緣技術(shù)，新型絕緣材料，改進(jìn)的線圈制造工藝和絕緣處理工藝及現(xiàn)代設(shè)備和操作人員的素質(zhì)等因素，確定了6kV級電機(jī)定子線圈超薄型主絕緣厚度為0.90～0.98mm之內(nèi)。其主絕緣材料少膠粉云母帶性能指標(biāo)見表2。

表2 少膠粉云母帶性能指標(biāo)

此少膠粉云母帶具有質(zhì)量穩(wěn)定、樹脂浸漬性能好、耐機(jī)械應(yīng)力性能優(yōu)、儲存穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。云母帶中含促進(jìn)劑，可同浸漬樹脂一起在催化劑的作用下固化。

3 電機(jī)定子線圈制造

線圈制造包括從繞組線下料到云母帶包扎的整個(gè)過程，都在具有空調(diào)和防塵的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。因?yàn)榘に囂貏e重要，所以主絕緣在全自動包帶機(jī)上包扎云母帶，該包帶機(jī)利用恒定張力裝置來保證云母帶的張力不變，以改善樹脂的浸漬效果和絕緣性能。

由于制造偏差和濕度會影響到云母帶的硬度。在包扎過程中，必須定期測量線圈的尺寸，要求在包帶過程中調(diào)節(jié)云母帶的張力，以使其符合圖紙尺寸。在包扎過程中還需隨時(shí)監(jiān)視，嚴(yán)防云母帶出現(xiàn)折疊和褶皺等缺陷，因?yàn)楦鞣N缺陷均嚴(yán)重影響線圈的壽命。由圖1可見，有褶皺絕緣的擊穿時(shí)間分散性很大，平均壽命也比無褶皺的絕緣縮短很多。

圖1 絕緣有無褶皺的發(fā)電機(jī)線棒的電壓耐久性試驗(yàn)

4 整體真空壓力浸漬(VPI)

少膠整體VPI絕緣浸漬樹脂為無溶劑環(huán)氧酸酐浸漬樹脂，此樹脂具有如下特點(diǎn):

(1)粘度低，浸漬性好;(2)飽和蒸氣壓小，不易揮發(fā)，環(huán)保;(3)儲存穩(wěn)定性高;(4)樹脂固化后氧化降解較小，熱穩(wěn)定性高。

浸漬前先測試樹脂粘度與溫度關(guān)系特性，利用這些關(guān)系特性來確定工藝參數(shù)。

定子繞組整體預(yù)熱后放浸漬罐中，通過抽真空驅(qū)除繞組絕緣中的揮發(fā)物，然后輸入無溶劑環(huán)氧酸酐浸漬樹脂浸漬繞組絕緣，再向罐內(nèi)加壓完成浸漬過程。

在浸漬罐內(nèi)整個(gè)過程由控制裝置自動測試和控制罐內(nèi)真空、壓力、樹脂和定子繞組的溫度。同時(shí)測試并記錄絕緣的靜電電容，以保證VPI浸漬質(zhì)量。

VPI浸漬質(zhì)量將影響繞組絕緣的電壓耐久性。從圖2的試驗(yàn)結(jié)果得知:采用粗制(不良浸漬)的VPI工藝制造的線圈，由于不良的浸漬導(dǎo)致線圈絕緣中含有許多間隙，所得到的試驗(yàn)線圈壽命比VPI浸漬效果良好的線棒壽命減少了近10倍。

圖2 VPI浸漬質(zhì)量對電壓耐久性試驗(yàn)結(jié)果的影響

5 結(jié)果與分析

5.1 模擬線圈的電氣性能

綜合各方面因素，6kV級模擬線圈主絕緣單邊絕緣厚度為0.88mm。八只線圈的電氣性能與常規(guī)型(1.4mm)的電氣性能如表3和圖3、圖4所示。

表3 6kV級超薄型模擬線圈電氣性能(平均值)

圖3 線圈常態(tài)介質(zhì)損耗正切曲線

圖4 線圈擊穿電壓與電氣強(qiáng)度示圖

(1)從試驗(yàn)結(jié)果得知:155℃的tanδ值最大為14.41%，最小為12.12%;擊穿電壓最小為48.7kV，最大為59.7kV，安全系數(shù)達(dá)8 ～9 倍。分散性較小。

(2)從圖3可見超薄型線圈的常態(tài)損耗tanδ高于常規(guī)型，但仍在質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

(3)從圖4可見超薄型線圈的擊穿電壓值略低于常規(guī)型，但電氣強(qiáng)度卻遠(yuǎn)高于常規(guī)型。電氣場強(qiáng)的裕度很大。

(4)從表3中超薄型線圈的電氣性能平均值可知:線圈的電氣性能均達(dá)到質(zhì)量分等的優(yōu)等品指標(biāo)。

5.2 產(chǎn)品制造

6kV級超薄型絕緣系統(tǒng)經(jīng)各項(xiàng)試驗(yàn)驗(yàn)證后，已應(yīng)用于產(chǎn)品，并得以運(yùn)行驗(yàn)證。

產(chǎn)品制造整個(gè)過程中嚴(yán)格質(zhì)量控制，從材料進(jìn)廠到制造的每一工序都用事先確定的檢驗(yàn)規(guī)則來嚴(yán)格檢查，并保留每個(gè)質(zhì)量控制數(shù)據(jù)的記錄。

超薄型定子繞組絕緣集中了少膠整體VPI絕緣體系的優(yōu)點(diǎn):繞組云母含量增大，絕緣無間隙，介電性能優(yōu)異，耐電壓壽命長;整體性好，抗機(jī)械應(yīng)力和電磁力的性能增強(qiáng)，尤其是耐疲勞特性好;絕緣厚度薄，提高了熱穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性;耐環(huán)境能力提高和降低成本等。

6 結(jié)語

超薄型絕緣系統(tǒng)選用了薄型絕緣繞組線、少膠粉云母帶等新材料，采用整體VPI浸漬無溶劑環(huán)氧酸酐浸漬樹脂和先進(jìn)的制造工藝，滿足了電機(jī)產(chǎn)品的技術(shù)條件和產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。其電氣安全系數(shù)達(dá)8～9倍，工作場強(qiáng)()由常規(guī)型的2.04kV/mm提高到2.89kV/mm，可保障電機(jī)運(yùn)行的安全可靠性。

［1]祁世發(fā)，張東林.哈電大中型交流電機(jī)LD—F絕緣體系.哈爾濱，大電機(jī)技術(shù)，2010.8.

［2]Rudolf Brütsch等(瑞士)，發(fā)電機(jī)絕緣失效機(jī)理.哈爾濱，國外大電機(jī)，2010.1.