何海洋，漆臨生，梁智明，胡 波

(東方電機(jī)有限公司，四川德陽 618000)

0 引言

定子鐵心硅鋼片絕緣能夠有效減少鐵心渦流損耗，降低溫升，提高電機(jī)效率，增強(qiáng)電機(jī)的抗腐蝕、耐油和防銹性能。定子鐵心硅鋼片表面絕緣處理要求絕緣層應(yīng)具有良好的介電性能、耐油性、防潮性、附著力強(qiáng)以及足夠的機(jī)械強(qiáng)度和硬度，要求絕緣層在滿足性能的前提下盡量薄，以提高鐵心的疊壓系數(shù)，增加鐵心的有效長度。

1 硅鋼片漆應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)、外應(yīng)用的硅鋼片漆主要有純有機(jī)硅鋼片漆、含有填料的有機(jī)溶劑型硅鋼片漆、水溶性硅鋼片漆以及純無機(jī)硅鋼片漆。因水溶性硅鋼片漆的電氣絕緣性能優(yōu)異和環(huán)保而在國外得到廣泛應(yīng)用，由于國內(nèi)對水溶性硅鋼片漆研究較晚，目前普遍應(yīng)用的是含有填料的有機(jī)溶劑型硅鋼片漆。有機(jī)溶劑型硅鋼片漆雖能滿足一般發(fā)電機(jī)定子鐵心絕緣要求，但大量的有機(jī)溶劑在涂漆過程中揮發(fā)，在日益強(qiáng)調(diào)環(huán)境保護(hù)的未來，應(yīng)用前景受到一定的限制。

由于核電生產(chǎn)需要，我公司開始水溶性硅鋼片漆應(yīng)用技術(shù)研究，并在隨后的1 000 MW級和1 750 MW級多臺核電定子硅鋼片上成功應(yīng)用，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

2 水溶性硅鋼片漆概況

我公司使用的水溶性硅鋼片漆系國外產(chǎn)品，由水溶性有機(jī)樹脂、無機(jī)填料、水和助劑組成，不含易揮發(fā)性溶劑，無明顯的環(huán)境污染，可直接用水作溶劑稀釋，是環(huán)保型硅鋼片漆，既可滿足大型發(fā)電機(jī)的鐵心絕緣，還可作為鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)硅鋼片的C-6涂層應(yīng)用。

水溶性硅鋼片漆與有機(jī)溶劑型硅鋼片漆的主要技術(shù)指標(biāo)對比見表1。

表1 硅鋼片漆技術(shù)指標(biāo)

3 應(yīng)用工藝

3.1 涂漆機(jī)頭

水溶性硅鋼片漆無機(jī)填料含量較高，采用橡膠輥輥涂才能保證漆膜質(zhì)量。要求橡膠輥表面平整光滑，橢圓度低，硬度適中。為此我公司采用了四輥涂漆機(jī)頭，兩個橡膠涂漆輥，另外兩個導(dǎo)漆輥控制涂漆輥的上漆量。涂漆系統(tǒng)配備輸漆、攪拌、循環(huán)、粘度監(jiān)控等，硅鋼片經(jīng)過涂漆機(jī)頭涂漆并傳送至烘爐烘焙固化，冷卻后完成整個涂漆過程。

3.2 漆粘度控制

粘度是水溶性硅鋼片漆使用過程中最重要的工藝指標(biāo)，它關(guān)系到成膜質(zhì)量、厚度及其性能，可以通過添加水或添加新漆調(diào)整漆的粘度在合適的范圍。

水溶性硅鋼片漆粘度(4 mm，DIN 53211，20℃)與添加水量的關(guān)系如圖1所示。

圖1 漆粘度與添加水量關(guān)系

溫度對水溶性硅鋼片漆粘度有較大影響，其影響如圖2所示。

圖2 漆粘度與溫度關(guān)系

3.3 漆膜固化

水溶性硅鋼片漆在升溫過程中漆膜固化與溫度和時間的關(guān)系如圖3所示。

圖3 漆膜固化與溫度和時間的關(guān)系

水溶性硅鋼片漆漆膜在250℃，35 s左右固化，實(shí)際生產(chǎn)過程中，烘爐溫度設(shè)定為260℃，傳送鏈條的運(yùn)行速度設(shè)定為10～20 m/min，可以保證漆膜的固化效果較好。

4 硅鋼片涂漆過程環(huán)保、節(jié)能、安全

傳統(tǒng)有機(jī)溶劑型硅鋼片漆有機(jī)溶劑含量高達(dá)70%，有機(jī)溶劑(主要成分有:二甲苯、丁醇等)在涂漆生產(chǎn)過程中直接揮發(fā)或者經(jīng)燃燒后排放到空氣中。水溶性硅鋼片漆固體含量達(dá)到70% ～75%，水含量25% ～27%，有機(jī)助劑和溶劑含量不到3%，涂漆生產(chǎn)過程中揮發(fā)份絕大部分為水蒸汽，有機(jī)溶劑極其微量，對環(huán)境和操作者的健康影響較小。

硅鋼片涂有機(jī)溶劑型硅鋼片漆時需要涂2遍，水溶性硅鋼片漆只需涂1遍;有機(jī)溶劑型硅鋼片漆為300℃，水溶性硅鋼片漆烘焙溫度為260℃。水溶性硅鋼片漆涂漆生產(chǎn)能提高生產(chǎn)場地利用率，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約大量能源，有利于國家節(jié)能減排政策實(shí)施。

有機(jī)溶劑型硅鋼片漆含有大量的有機(jī)溶劑，有機(jī)溶劑為易燃品，在包裝、運(yùn)輸、儲存以及使用過程中都有嚴(yán)格的限制;水溶性硅鋼片漆有機(jī)助劑和溶劑較少，原漆為不易燃品，在包裝、運(yùn)輸、儲存以及使用過程中的安全性能大大提高。

5 涂水溶性硅鋼片漆后性能

硅鋼片涂水溶性硅鋼片漆后色澤均勻、漆膜覆蓋完整、固化良好，漆膜厚度滿足設(shè)計要求，無雜質(zhì)和邊緣增厚現(xiàn)象，絕緣性能優(yōu)異。

涂水溶性硅鋼片漆后絕緣涂層典型性能如表2所示。

表2 涂水溶性硅鋼片漆后的絕緣涂層性能

水溶性硅鋼片漆除滿足以上性能要求外，還在以下方面具有優(yōu)勢:

5.1 片間絕緣電阻

將抽取的兩張涂漆完成硅鋼片重疊(毛刺面向下)置于液壓機(jī)臺板上，兩個測量電極分別夾在露出刺破表面漆膜硅鋼片處，連接電源和歐姆表，施加壓強(qiáng)1.5 MPa，直流電壓為6 V，讀取穩(wěn)定電阻值。采用同樣面積的核電硅鋼片涂水溶性硅鋼片漆和常規(guī)汽發(fā)硅鋼片涂有機(jī)溶劑型硅鋼片漆對比試驗(yàn)，電阻測試最大量程為1 MΩ，測試結(jié)果如表3所示。

表3 片間絕緣電阻

從表3測試結(jié)果看，兩種硅鋼片漆均能滿足片間絕緣電阻要求，但涂有機(jī)溶劑型硅鋼片漆試樣片間絕緣電阻具有一定的分散性，而涂水溶性硅鋼片漆試樣片間絕緣電阻更加穩(wěn)定。

5.2 硅鋼片絕緣涂層導(dǎo)熱系數(shù)

1)將去掉絕緣預(yù)涂層的硅鋼片裁剪成25.4 mm×25.4 mm的小片，打磨邊緣毛刺。將多片硅鋼片重疊，片間涂導(dǎo)熱膏以消除疊片之間的接觸熱阻，測試不含絕緣預(yù)涂層的硅鋼片重疊后總厚度和總熱阻。

2)將按1)制作的無絕緣涂層的硅鋼片分別涂水溶性硅鋼片漆和常規(guī)有機(jī)溶劑型硅鋼片漆，漆膜固化后，重疊同樣數(shù)量的硅鋼片，測試涂漆后的硅鋼片重疊后總厚度和總熱阻。

3)試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)溫度為 50，80，105，130℃和 155℃，求得涂漆前后硅鋼片總厚度和總熱阻差值，分別計算涂水溶性硅鋼片漆和傳統(tǒng)有機(jī)溶劑型硅鋼片漆的漆膜在各個溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)，測試結(jié)果如圖4所示。

圖4 兩種硅鋼片漆膜在不同溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)測試結(jié)果

從圖4明顯看出，涂水溶性硅鋼片漆比涂有機(jī)溶劑型硅鋼片漆的漆膜在 50，80，105，130℃ 和155℃下的導(dǎo)熱系數(shù)均大，更有利于定子鐵心疊片后電機(jī)運(yùn)行時的散熱，降低電機(jī)溫升，提高電機(jī)運(yùn)行效率和可靠性。

5.3 涂漆后硅鋼片熱壓收縮性

采用同樣硅鋼片基材，分別涂水溶性硅鋼片漆和有機(jī)溶劑型硅鋼片漆，將涂好漆的硅鋼片裁剪成100 mm×100 mm，每個試樣組200片(高度約100 mm)，沖片裁剪后去除毛刺。

將疊裝整齊的200片硅鋼片放入自制夾具中，施加40 kN的力，測量硅鋼片總高度。將試樣放入(150±2)℃烘箱中烘焙，每隔24 h取出，晾至室溫后測試硅鋼片總高度，測試時確保硅鋼片壓力始終為40 kN，采取兩種試樣對比進(jìn)行試驗(yàn)。測試結(jié)果如圖5所示。

圖5 涂漆后硅鋼片熱壓收縮率與時間關(guān)系

在40 kN壓力下，經(jīng)288 h熱處理，涂有機(jī)溶劑型硅鋼片漆的試樣熱壓收縮率最大為1%，涂水溶性硅鋼片漆的試樣熱壓收縮率最大僅為0.3%，分析原因?yàn)樗苄怨桎撈嶂袩o機(jī)填料的含量更高，而無機(jī)填料的機(jī)械強(qiáng)度和耐熱穩(wěn)定性比有機(jī)物高得多，這使得涂水溶性硅鋼片漆的試樣在熱態(tài)、受壓狀態(tài)下更加穩(wěn)定，更有利于大型發(fā)電機(jī)定子鐵心壓緊后在熱態(tài)時的長期穩(wěn)定運(yùn)行。

5.4 試樣燒損后泄漏電流測試

將分別涂有水溶性硅鋼片漆和有機(jī)溶劑型硅鋼片漆的100 mm×100 mm試樣放入(500±5)℃馬弗爐中灼燒2 h，晾至室溫后觀察試樣表面狀態(tài)。涂水溶性硅鋼片漆的試樣灼燒后表面均勻、完整地附著了一層無機(jī)填料，而有機(jī)溶劑型硅鋼片漆試樣表面灼燒后由于無機(jī)填料含量較少，無機(jī)填料零星附著在硅鋼片上，部分沒有絕緣涂層的硅鋼片暴露在外。使用Franklin法測試燒蝕后兩個試樣在(150±5)℃，3 MPa，0.5 V條件下的泄漏電流，涂水溶性硅鋼片漆試樣的泄漏電流為0 mA;涂有機(jī)溶劑型硅鋼片漆試樣的泄漏電流為95 mA［1］。

從以上數(shù)據(jù)可以看出，兩種硅鋼片漆試樣燒損試驗(yàn)后均能滿足泄漏電流≤130 mA的要求，但涂水溶性硅鋼片漆試樣燒損后幾乎沒有泄漏電流，絕緣性能更好。涂水溶性硅鋼片漆試樣燒損后表面均勻、完整地覆蓋了一層無機(jī)填料，即使鐵心長期受熱或者局部過熱后，無機(jī)填料的存在也能使硅鋼片間保持一定的絕緣性能，避免鐵心出現(xiàn)片間短路形成渦流損耗以及由于有機(jī)漆膜的破壞而導(dǎo)致鐵心松動的現(xiàn)象，保證發(fā)電機(jī)定子鐵心長期、穩(wěn)定的運(yùn)行。

6 結(jié)語

1)水溶性硅鋼片漆具有良好的貯存穩(wěn)定性，涂漆工藝性能優(yōu)異，漆膜固化好，覆蓋完整，無邊緣效應(yīng)，絕緣厚度、附著性、彈性、絕緣電阻、電氣強(qiáng)度、疊壓系數(shù)、耐腐蝕等技術(shù)指標(biāo)均滿足使用要求。

2)涂水溶性硅鋼片漆的硅鋼片片間絕緣電阻更加穩(wěn)定，熱壓收縮率更小，耐高溫、熱態(tài)機(jī)械強(qiáng)度更高，燒損試驗(yàn)后泄漏電流更小、更穩(wěn)定，漆膜導(dǎo)熱系數(shù)更高。

3)綜合考慮涂漆次數(shù)、漆用量、人力和物力成本、生產(chǎn)效率、能源消耗以及環(huán)保成本等，水溶性硅鋼片漆具有一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

4)水溶性硅鋼片漆為非可燃材料，在運(yùn)輸、儲存和使用過程中的安全性得到極大提升。

5)在整個水溶性硅鋼片漆涂漆生產(chǎn)中，其產(chǎn)生的有毒有害有機(jī)溶劑非常微量，對生態(tài)環(huán)境和職工健康影響較小，產(chǎn)生了較好的社會效益。隨著國家越來越重視環(huán)境和職工健康保護(hù)問題，水溶性硅鋼片漆在大型發(fā)電機(jī)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用也會越來越受到重視，應(yīng)用前景廣闊。

6)目前我公司水溶性硅鋼片漆已經(jīng)成功應(yīng)用于1000 MW級和世界上單機(jī)容量最大的1 750 MW級核能發(fā)電機(jī)等共計10余臺發(fā)電機(jī)定子鐵心上，其中1 000 MW級的嶺澳3號和4號核能發(fā)電機(jī)已經(jīng)成功商業(yè)運(yùn)行。

［1］劉洪斌，梁智明.133C半無機(jī)硅鋼片漆的研制與應(yīng)用.電器工業(yè).材料專輯［J］.2002，(12):9-10.