王玉田

(1哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040; 2哈爾濱理工大學(xué)，黑龍江哈爾濱 150001)

粉云母板在發(fā)電機(jī)定子線棒羅貝爾換位處的應(yīng)用*

王玉田1，2

(1哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040; 2哈爾濱理工大學(xué)，黑龍江哈爾濱 150001)

介紹了一種絕緣材料粉云母板，在它的組成成分中除云母紙和環(huán)氧樹脂以外，增加了一層玻璃布作為補(bǔ)強(qiáng)材料。同時(shí)對(duì)粉云母板電氣強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度，及其制造的定子線棒介質(zhì)損耗與耐電壓進(jìn)行了測(cè)試與研究。結(jié)果表明，補(bǔ)強(qiáng)材料提高了粉云母板的性能，降低定子線棒發(fā)生股間短路的機(jī)率。

粉云母板;導(dǎo)線;換位絕緣;補(bǔ)強(qiáng)材料;股間短路

0 引言

發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，在定子線棒內(nèi)會(huì)產(chǎn)生循環(huán)電流及附加損耗，為了降低循環(huán)電流及附加損耗，通常對(duì)定子線棒導(dǎo)線進(jìn)行羅貝爾換位［1］。羅貝爾換位是將外包絕緣的電磁線在專用設(shè)備上進(jìn)行壓制彎型，經(jīng)編制而成為導(dǎo)線。在羅貝爾換位時(shí)，電磁線彎型處會(huì)受到很大的剪切力作用，嚴(yán)重時(shí)將壓壞電磁線絕緣層，若不做任何處理，導(dǎo)線會(huì)在羅貝爾換位處會(huì)發(fā)生股間短路，導(dǎo)致導(dǎo)線羅貝爾換位無法達(dá)到降低循環(huán)電流及附加損耗的效果。

為了加強(qiáng)線棒導(dǎo)線羅貝爾換位處絕緣強(qiáng)度，保證電磁線絕緣發(fā)生損壞時(shí)也具有良好的絕緣性能，通常在羅貝爾換位處配墊一層換位絕緣來解決。國外電機(jī)制造企業(yè)已研制并應(yīng)用了多種材料作為換位絕緣，國內(nèi)各大公司也正在使用或正在試用不同種類換位絕緣。而我公司仍使用無補(bǔ)強(qiáng)材料的柔軟片云母板作為換位絕緣，這種材料與有補(bǔ)強(qiáng)的材料相比剪切強(qiáng)度差。為了提高定子線棒股間可靠性及產(chǎn)品質(zhì)量，我們對(duì)有補(bǔ)強(qiáng)材料的粉云母板進(jìn)行應(yīng)用研究。

1 材料基本性能

在定子線棒制造過程中，換位絕緣不僅承受一定的電應(yīng)力，還承受剪切應(yīng)力的作用，因此，需要對(duì)粉云母板的組成成分、電氣性能等進(jìn)行全面研究，通過試用對(duì)材料性能穩(wěn)定性進(jìn)行全面測(cè)試與分析。

1．1 組成成分研究

粉云母板是以玻璃布為補(bǔ)強(qiáng)材料，復(fù)合粉云母紙、膠粘劑組成，其組成成分與我們使用的無補(bǔ)強(qiáng)柔軟片云母板標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)測(cè)值比較情況見表1。

表1 組成成分對(duì)比

由表1可知，粉云母板的揮發(fā)物含量、膠粘劑含量達(dá)到無補(bǔ)強(qiáng)柔軟片云母板標(biāo)準(zhǔn)要求，但是云母含量略低于標(biāo)準(zhǔn)，需要進(jìn)一步確認(rèn)其電氣性能。兩者相比較，粉云母板增加了一層玻璃布作為補(bǔ)強(qiáng)材料。

1．2 電氣性能研究

定子線棒導(dǎo)線換位處配墊換位絕緣的另一個(gè)作用是加強(qiáng)該部位的電氣性能，因此，電氣性能是考核換位絕緣材料的重要指標(biāo)。本文對(duì)玻璃布補(bǔ)強(qiáng)粉云母板的電氣性能進(jìn)行了測(cè)試，并與無補(bǔ)強(qiáng)柔軟片云母板的電氣性能進(jìn)行比較，詳見表2。

表2 電氣性能對(duì)比

由表2可知，玻璃布補(bǔ)強(qiáng)粉云母板的介電強(qiáng)度高于無補(bǔ)強(qiáng)柔軟片云母板標(biāo)準(zhǔn)。綜上所述，雖然玻璃布補(bǔ)強(qiáng)粉云母板的云母含量略低于片云母板的標(biāo)準(zhǔn)，但是其電氣性能能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，所以，粉云母板的性能滿足無補(bǔ)強(qiáng)柔軟片云母板標(biāo)準(zhǔn)要求。

1．3 試用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

在粉云母板試用過程中，對(duì)每批使用材料的基本性能進(jìn)行了測(cè)試，以便確認(rèn)材料組成成分及電氣性能是否穩(wěn)定。對(duì)14個(gè)批次玻璃布補(bǔ)強(qiáng)粉云母板性能測(cè)試結(jié)果見表3。

表3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

將表3的測(cè)試結(jié)果分布情況繪制成圖表，如圖1、圖2所示。

圖1 組成成分測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)圖

由表3和圖1可見，玻璃布補(bǔ)強(qiáng)粉云母板的揮發(fā)物含量14次測(cè)試結(jié)果趨于穩(wěn)定，最大值為0．8%，最小值為0．23%;膠粘劑含量保持在30．14%～34．90%之間;云母含量測(cè)試數(shù)據(jù)雖然有波動(dòng)，但含量均大于50%;玻璃布含量比較穩(wěn)定。

圖2 介電強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)圖

由表3和圖2可見，玻璃布補(bǔ)強(qiáng)粉云母板的介電強(qiáng)度在31．10～41．60MV/m之間波動(dòng)，介電強(qiáng)度平均值達(dá)到36．84MV/m。以上分析表明，粉云母板14個(gè)批次性能測(cè)試結(jié)果均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 材料應(yīng)用性能分析

發(fā)電機(jī)定子線棒導(dǎo)線結(jié)構(gòu)分為兩排股線和四排股線，兩排股線大多應(yīng)用在氫冷、空冷和小容量水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)定子線棒上，這些導(dǎo)線單位長度內(nèi)換位花少、換位情況相對(duì)簡單;而四排股線大多應(yīng)用在大容量水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)上，換位花多、換位情況相對(duì)復(fù)雜，四排股線的換位對(duì)換位絕緣材料性能要求更高［2］，如圖3所示。換位絕緣所達(dá)到的效果可用股間短路試驗(yàn)來考核，換位絕緣與定子線棒其它絕緣材料的相容性，則可根據(jù)線棒絕緣系統(tǒng)電氣性能來衡量［3］。

圖3 四排股線羅貝爾換位示意圖

2．1 導(dǎo)線性能

將玻璃布補(bǔ)強(qiáng)粉云母板作為換位絕緣應(yīng)用于定子線棒導(dǎo)線換位處，通過加壓、加熱的方式使導(dǎo)線絕緣固化成為一個(gè)整體。制造工藝是將導(dǎo)線放入熱壓模中，將溫度升至80℃后施加初壓，繼續(xù)升溫至150℃后施加全壓，最高溫度不得超過190℃，保溫0．5h后，冷卻至120℃卸模，導(dǎo)線壓制完成。成型后的導(dǎo)線外觀如圖4所示。

圖4 成型后導(dǎo)線外觀

由圖4可見，換位處絕緣填充豐滿，且能夠與導(dǎo)線緊密粘接、無間隙、無流膠等異常現(xiàn)象。

利用14批次玻璃布補(bǔ)強(qiáng)粉云母板共制造約1000支線棒，每只線棒導(dǎo)線制造時(shí)均需進(jìn)行股間短路測(cè)試，試驗(yàn)電壓為220V。在測(cè)試過程中，導(dǎo)線發(fā)生股間短路的幾率約為1%，與無補(bǔ)強(qiáng)柔軟片云母板相比，發(fā)生股間短路的幾率大大降低，產(chǎn)品質(zhì)量提高，玻璃布補(bǔ)強(qiáng)粉云母板在導(dǎo)線上應(yīng)用后效果良好。

2．2 線棒電氣性能

定子線棒絕緣在電場(chǎng)的作用下，由介質(zhì)電導(dǎo)和介質(zhì)極化的滯后效應(yīng)，在其內(nèi)部及表面產(chǎn)生介質(zhì)損耗。在交變電場(chǎng)的作用下，當(dāng)線棒內(nèi)部絕緣由于換位絕緣與周圍絕緣材料相容性差而存在氣隙或粘接不良時(shí)，介質(zhì)損耗會(huì)增大;反之，介質(zhì)損耗的大小是衡量線棒絕緣制造質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)［4］。因此，對(duì)使用玻璃布補(bǔ)強(qiáng)粉云母板制造的定子線棒介質(zhì)損耗進(jìn)行測(cè)試，確定其是否對(duì)定子線棒性能有影響。

隨機(jī)抽取使用玻璃布補(bǔ)強(qiáng)粉云母板制造的24kV、1250MW核電半速汽輪發(fā)電機(jī)定子線棒6支，測(cè)試介質(zhì)損耗及增量，測(cè)試結(jié)果見表4。

表4 介質(zhì)損耗及增量測(cè)試數(shù)據(jù)

由表4可知，由玻璃布補(bǔ)強(qiáng)粉云母板作為換位絕緣制造的定子線棒介質(zhì)損耗值tanδ在0．2UN下均小于1．0%，增量Δtanδ均小于0．5%。6支線棒介質(zhì)損耗對(duì)比情況如圖5所示。

圖5 介質(zhì)損耗測(cè)試結(jié)果對(duì)比圖

對(duì)6支線棒進(jìn)行耐電壓測(cè)試，試驗(yàn)電壓值為(2．75UN+6．5)kV，即72．5kV，耐電壓持續(xù)時(shí)間為60s。6支線棒全部通過耐電壓測(cè)試。

由以上分析可知，玻璃布補(bǔ)強(qiáng)粉云母板對(duì)線棒的性能無影響，定子線棒電氣性能達(dá)到《CEEIA 158-2003汽輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量分等》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的優(yōu)等品水平。

3 結(jié)語

綜上所述，以玻璃布作為補(bǔ)強(qiáng)材料的粉云母板的基本性能達(dá)到了無補(bǔ)強(qiáng)材料的柔軟片云母板性能要求。與無補(bǔ)強(qiáng)換位絕緣材料相比，粉云母板增加了一層補(bǔ)強(qiáng)材料，剪切強(qiáng)度明顯提高，導(dǎo)線發(fā)生股間短路幾率明顯降低。根據(jù)應(yīng)用結(jié)果得知，粉云母板的工藝性優(yōu)異，可以用作換位絕緣材料，并提高羅貝爾換位處絕緣性能。

［1］吳磊，梁艷萍．核電汽輪發(fā)電機(jī)定子線棒換位及相關(guān)因素分析［J］．浙江大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，48(4)．

［2］皮如貴，梁智明，漆臨生．發(fā)電機(jī)定子導(dǎo)線絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析［J］．絕緣材料，2012，(03)．

［3］漆臨生，梁智明，皮如貴．發(fā)電機(jī)定子線棒導(dǎo)線絕緣結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究［J］．絕緣材料，2012，(03)．

［4］袁曉紅，孫永鑫，張洋．百萬等級(jí)核電定子模壓線棒的特性研究［J］．大電機(jī)技術(shù)，2013(6)．

Application Research on Mica Paper Foil for Roebel Transposition of Generator Stator Bar

Wang Yutian
(1．Harbin Electric Machinery Company Limited，Harbin 150040，China;2．Harbin University of Science and Technology，Harbin 150001，China)

This paper introduces a kind of mica paper foil，except mica paper and epoxy resin，a layer of glass cloth as reinforced material is added to its composition．At the same time，electrical strength，shear strength，stator bar media loss made from it and withstand voltage are tested and researched．The results show that by using reinforced material，performance of the mica paper foil is improved and probability of inter-strand short-circuit is reduced．

Mica paper foil;conducting wires;transposed insulation;reinforced material; inter-strand short-circuit

10．3969/J．ISSN．1008-7281．2015．05．13

TM305．2

B

1008-7281(2015)05-0043-004

王玉田 男 1983年生;畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)從事汽輪發(fā)電機(jī)絕緣技術(shù)工作．

2015-04-02

國家科技重大專項(xiàng)(2012ZX06004-001-003-002)