趙俊霞，鄭伯濤

（1.三江學(xué)院，江蘇南京 210012；2.南京汽輪電機(jī)長風(fēng)新能源股份有限公司，江蘇南京 211100）

1.5MW抗“浸水”風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子絕緣層的研制

趙俊霞1，鄭伯濤2

（1.三江學(xué)院，江蘇南京 210012；2.南京汽輪電機(jī)長風(fēng)新能源股份有限公司，江蘇南京 211100）

為了提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組件對環(huán)境的適應(yīng)能力，分析了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行環(huán)境對絕緣系統(tǒng)及其材料的特殊要求，開展了對組件核心部件——風(fēng)力發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵部件（定子）的絕緣系統(tǒng)及其材料的研究。采用F級環(huán)氧云母帶包扎定子繞組，進(jìn)行VPI工藝流程，依據(jù)新工藝制備的1.5 MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)的成功通過了“浸水”試驗(yàn)，24小時浸水后，四臺定子絕緣電阻大于50 MΩ，達(dá)到Q/JF 2SJ1500SF標(biāo)準(zhǔn)，是目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)絕緣系統(tǒng)性能最優(yōu)異的絕緣系統(tǒng)之一。

1.5 MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)；浸水試驗(yàn)；真空壓力浸漬工藝

0 引言

隨著傳統(tǒng)能源的耗損，風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。其蘊(yùn)量巨大，全球的風(fēng)能約為2.74×109 MW[1]，其中可利用的風(fēng)能為2×107 MW，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍[2]。

風(fēng)力發(fā)電組件的核心部件為風(fēng)力發(fā)電機(jī)，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)的核心是定子。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)單機(jī)容量大(可達(dá)兆瓦級以上)，使用地理環(huán)境特殊(一般在沙漠、草原、海邊或海中)，因此對風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子的表面絕緣涂料提出了更高要求[3]。表面絕緣涂料是一類涂覆在電機(jī)定子表面起一定絕緣作用的功能涂料，是一種綜合性能優(yōu)異的高分子復(fù)合材料，除具有一定的絕緣功能外，還具有良好的耐腐蝕性能等特點(diǎn)。

1 抗“浸水”工藝

1.1 主要原材料

大型發(fā)電機(jī)定子繞組是發(fā)電機(jī)的心臟部件，在運(yùn)行過程中必須承受電、熱、機(jī)械應(yīng)力和環(huán)境條件的作用，還得承受起動和停機(jī)發(fā)生的冷熱循環(huán)熱應(yīng)力作用和突然短路事故產(chǎn)生的強(qiáng)大電磁力作用，因此要求定子線圈絕緣具有良好電氣和機(jī)械性能，從而保證發(fā)電機(jī)的可靠運(yùn)行[4]。特別是在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，因?yàn)槭褂铆h(huán)境的惡劣，必須進(jìn)行的試驗(yàn)之一是抗“浸水”試驗(yàn)。

目前國內(nèi)高電壓大電機(jī)使用的主絕緣材料主要為多膠環(huán)氧云母絕緣體系，其云母含量為80g/ m2。而國外大電機(jī)使用的主絕緣材料無論多膠、少膠體系，一般云母含量在160 g/m2左右，目的是保證發(fā)電機(jī)在長期運(yùn)行條件下具有良好的機(jī)械和電氣性能，特別是耐電熱老化性能。

為提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子抗“浸水”能力，本文的定子繞組為多匝圈式繞組，繞組絕緣采用公司成熟可靠的絕緣工藝與結(jié)構(gòu)，主絕緣采用F級環(huán)氧云母帶連續(xù)包扎后再在直線部分包低阻帶，端部包高阻帶，經(jīng)加熱模壓成型后，使線棒與絕緣成為無空隙的嚴(yán)密均勻的整體。下線前定子鐵芯槽內(nèi)噴以半導(dǎo)體防暈漆，線圈邊與鐵芯間以半導(dǎo)體玻璃布配緊，槽內(nèi)各墊條均采用半導(dǎo)體玻璃布板。整個繞組絕緣性能穩(wěn)定、耐電強(qiáng)度高、介質(zhì)損失低、導(dǎo)電性能好、起暈電壓高、耐潮濕、耐臭氧、剛度好、強(qiáng)度高，并具有優(yōu)良的蠕變性能。定子槽口采用短槽楔打緊，以抑制線圈在槽內(nèi)的電磁震動，減少電腐蝕，并防止定子線圈下沉。定子線圈下線后的所有接頭采用銀銅焊連接。

1.2 主要工藝

本文中1.5 MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定子如圖1所示，由機(jī)座、鐵芯及繞組等組成。

圖1 1.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子

定子鐵芯采用高導(dǎo)磁、低損耗優(yōu)質(zhì)硅鋼片0.5 mm厚50W310沖制成的扇形片迭壓而成。鐵芯外徑?4.8 m，內(nèi)徑為?4.32 m。扇形片沖制后兩面涂以優(yōu)質(zhì)絕緣漆，以減少渦流損耗。扇形片以鴿尾筋定位并固定于機(jī)座上，鐵芯上下兩段疊片采用F級硅鋼片膠粘成整體，以增強(qiáng)鐵芯剛度，減少鐵芯振動；鐵心高度由10 mm高的通風(fēng)溝把鐵芯分成若干段，用拉緊螺桿通過壓板把鐵芯壓緊。為保證鐵芯平整、減少波浪度，機(jī)座采用大齒壓板結(jié)構(gòu)。

定子的絕緣工藝采用的是真空壓力浸漬（又稱VPI工藝和整浸工藝），VPI真空壓力浸漬設(shè)備是高壓電機(jī)、變壓器、電力電容器和紙絕緣的高壓電力電纜等電器和電工材料生產(chǎn)過程中重要的工藝設(shè)備。該設(shè)備由下列部分組成：浸漬罐、貯漆罐、真空抽氣系統(tǒng)、壓縮空氣儲氣加壓系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、輸回漆系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)。

VPI工藝過程為：預(yù)烘除濕→入罐→真空排氣→真空浸漆→壓力浸漬→壓力排漆→卸壓滴漆→出罐→固化干燥。經(jīng)VPI工藝處理后，電機(jī)整體性好，整個繞組絕緣性能穩(wěn)定、耐電強(qiáng)度高、介質(zhì)損失低、起暈電壓高、導(dǎo)熱性能好、耐潮濕、抗電弧、耐臭氧、剛度好、強(qiáng)度高并具有優(yōu)良的蠕變性能。

2 測試標(biāo)準(zhǔn)

由于國家沒有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，為了更好地檢測企業(yè)1.5 MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子絕緣處理的密封性和質(zhì)量穩(wěn)定性，在新材料試用、重大工藝改進(jìn)、產(chǎn)品交付后出現(xiàn)質(zhì)量問題時進(jìn)行檢測。絕緣執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)是新疆金風(fēng)科技股份有限公司與各風(fēng)力發(fā)電機(jī)生產(chǎn)廠家協(xié)商后確定的[5]。

2.1 抽檢數(shù)目

首次浸水實(shí)驗(yàn)的抽檢數(shù)目由雙方協(xié)商。在后期正常生產(chǎn)中，月產(chǎn)≥50臺時，每月抽檢4臺；月產(chǎn)＜50臺時，每月抽檢2臺。抽檢時間及抽檢的定子編號由使用方確定。若有一臺試驗(yàn)結(jié)果不合格，直至連續(xù)有10臺定子一次性浸水結(jié)果合格。不合格定子整改后仍需進(jìn)行浸水試驗(yàn)，直至試驗(yàn)結(jié)果合格。

2.2 試驗(yàn)方法

浸水試驗(yàn)是在定子浸漆處理（包括二次浸漆烘干、表面漆瘤清理）完成、定子繞組未聯(lián)接電纜及表面未噴涂情況下進(jìn)行。在浸水試驗(yàn)完成后，原則上不能再對定子表面絕緣漆瘤進(jìn)行打磨。

（1）浸水前應(yīng)對環(huán)境溫度、濕度及待試定子的絕緣電阻值進(jìn)行記錄；

（2）將定子引線端朝上，吊入浸水槽內(nèi)（注意定子和浸水槽擺放的水平性及穩(wěn)定性）；

（3）使浸水槽內(nèi)水位淹沒至定子端環(huán)1/3～1/2處，并保持2小時。

2.3 測量儀器

絕緣電阻的測定使用1 000 V兆歐表。

2.4 驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

在浸水試驗(yàn)完成時，定子絕緣電阻不小于50 MΩ，則視為試驗(yàn)結(jié)果合格。

浸水試驗(yàn)完成后進(jìn)行烘干處理，要求烘干后的定子絕緣電阻回升至不小于試驗(yàn)前絕緣電阻值的80%，方可進(jìn)入下道工序。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

南京長風(fēng)新能源股份有限公司根據(jù)“浸水”試驗(yàn)要求，通過長期試驗(yàn)，嚴(yán)格按照新材料、新工藝進(jìn)行了1.5 MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)新定子的組織制造工作，經(jīng)自評后，新疆金風(fēng)科技股份有限公司于10月20日-10月25日現(xiàn)場見證了南京長風(fēng)新能源股份有限公司09113、09116、09117、09118四臺定子的24小時浸水過程。

1.5 MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子E15D“浸水”試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1，其中，水位在環(huán)1/3～1/2處經(jīng)2 h浸水后絕緣電阻均大于1.1 GΩ。金風(fēng)評審組對現(xiàn)場操作過程進(jìn)行了查看，總體感覺比未使用新工藝前有很大改觀，特別是VPI的效果良好，為浸水的通過創(chuàng)造了條件。

4 小結(jié)

南京長風(fēng)新能源股份有限公司根據(jù)新材料、新工藝制造的四臺1.5 MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子，浸水結(jié)果良好，較前期有很大改觀，符合技術(shù)要求，水位在環(huán)1/3～1/2處24 h浸水摸索性試驗(yàn)數(shù)據(jù)也較理想。新工藝遠(yuǎn)遠(yuǎn)提高了定子的絕緣性能、抗惡劣環(huán)境的性能，為風(fēng)力發(fā)電機(jī)更寬廣的應(yīng)用提供了條件。

表1 1.5 MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子“浸水”試驗(yàn)數(shù)據(jù)

［1］馮雅.我國風(fēng)電并網(wǎng)容量將突破4500萬千瓦發(fā)展更趨平穩(wěn)［EB/OL］.（2011-12-29）.http：//www.newen?ergy.org.cn/html/01112/12291144187.html.

［2］郭力方.風(fēng)電業(yè)漸入良性發(fā)展軌道投資下降并網(wǎng)攀升［EB/OL］.（2011-12-23）.http：//www.newenergy. org.cn/html/01112/12231144095.html.

［3］曾凡輝，姜其斌，陳憲宏，等.風(fēng)力發(fā)電機(jī)用表面絕緣涂料的研究［J］.絕緣材料，2010，43（2）：17-23.

［4］管兆杰，黃慧潔，康駿，等.國內(nèi)電機(jī)絕緣材料和工藝及絕緣結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及分析［J］.電機(jī)與控制應(yīng)用，2011，38（4）：1-5.

［5］Q/JF 2SJ1500SF.3-2009.金風(fēng)1.5MW系列風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)定子浸水及淋水試驗(yàn)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)［S］.

Anti-Flooding Insulation Development of 1.5MW Wind Generator Stator

ZHAO Jun-xia1，ZHENG Bo-tao2
（1.Sanjiang University，Nanjing210012，China；2.Nanjing Turbine&Electric Machinery Changfeng New Energy Co.，Ltd.，Nanjing211100，China）

To improve the adaptability of the wind generator components to the environment，this paper analyzes the special insulation system and materials requirements of the wind generator operation environment.The key component of the core components is the wind generator.The crux of generator is stator.We develop the stator insulation system and materials.First，it is used the Class F epoxy mica tape to bandage the stator windings.Then，it passes the VPI process.With the new technology，1.5MW wind generators succeed in the "immersion test".The insulation resistances of the four stators are greater than 50MΩ after the 24 hours immersion in water.This meets the Q/JF 2SJ1500SFstandard.It is the most excellent system of the wind generator insulation systems.

1.5MW wind generators；immersion test；vacuum pressure impregnating

TM315

A

1009－9492(2014)09－0052－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.09.014

趙俊霞，女，1979年生，河南人，碩士，講師。研究領(lǐng)域：電機(jī)控制的芯片設(shè)計(jì)。已發(fā)表論文10篇。

(編輯：向 飛)

2014－03－20