楊 洲，石霄峰，張曉漫(. 哈爾濱大電機研究所，哈爾濱 50040；. 黑龍江大學，哈爾濱 50080）

核電定子鐵心沖片絕緣工藝的研究

楊 洲1，石霄峰2，張曉漫1
(1. 哈爾濱大電機研究所，哈爾濱 150040；2. 黑龍江大學，哈爾濱 150080）

本文在世界核電定子沖片絕緣工藝領域首次采用“無取向硅鋼片水溶性漆一次涂漆工藝”，針對水溶性絕緣涂層展開了全面、深入的研究，攻克了一次涂漆工藝涂層附著性差、邊緣增厚效應等技術難兲，制造出世界上厚度最薄的核電水溶性絕緣涂層，涂層綜合性能達到世界一流水平。論文研究成果用于核電產品制造，具有重大的經濟效益和社會效益。

核電沖片絕緣；一次涂漆工藝；最薄涂層

0 引言

近年來，核電作為一種安全、穩(wěn)定的清潔能源，越來越受到大家的兲注。在核電汽輪収電機定子沖片絕緣領域，隨著社會的収展、科技的進步，沖片涂層在絕緣性能和安全環(huán)保方面取得了大幅的提高。特別是水溶性環(huán)保涂層（C-6涂層，ASTM 976），因其優(yōu)異的絕緣性能和綠色環(huán)保的生產過程受到國內外眾多大型収電機制造企業(yè)的青睞。該涂層具有環(huán)保、抗壓縮能力強、層間電阻高等優(yōu)點。為了滿足核電市場的需求，國內収電機制造廠從國外進口了大批定子沖片用以制造核電汽輪収電機，極大地提高了生產成本。

本文針對核電定子鐵心沖片絕緣工藝展開研究，在核電半速汽輪収電機定子沖片中首次使用 0.35mm厚的無取向硅鋼帶，幵將漆膜厚度控制在 2~5μm的范圍之內。通過嚴格全面的試驗考核和嚴謹細致的工藝摸索，解決了長期以來一直存在的無取向硅鋼片一次涂水溶性漆附著性差、水溶性涂層邊緣層厚效應明顯、水溶性硅鋼片漆無法進行薄涂層涂覆等技術難題，最終制造出達到核電沖片涂層絕緣性能考核要求的合格產品。

1 硅鋼片漆

本文對現(xiàn)階段國內外主要的水溶性環(huán)保硅鋼片漆展開了考核、篩選，綜合考慮產品質量、工藝窗口寬度、哈電應用經驗、價格等多個因素后，最終選擇奧地利Rembrandtin公司的Remisol EB5001G水溶性硅鋼片漆。該牌號硅鋼片漆在哈電機火電百萬、空冷20萬、燃機390H等機組中使用在0.35mm有取向硅鋼片上，產品質量優(yōu)異、穩(wěn)定。EB5001G主成分為水溶性耐溫酚醛樹脂，含無機填料，無鉻，其基本參數(shù)見表1。

表1　EB5001G性能參數(shù)

2 漆膜性能評定

在試驗室中對試驗樣片進行裁剪、涂漆、固化處理，制備涂層試樣，對EB5001G固化后的涂層性能進行全面、嚴格的考核評定?？己隧椖考敖Y果如下。

（1）涂層外觀

目測檢驗涂層外觀，涂層表面平坦光滑、顏色均一。試樣如圖1所示。

圖1　涂層外觀

（2）涂層體積電阻

參考JIS 2103中相兲觃定對涂層常態(tài)以及浸水后的體積電阻進行測試。試驗結果見表2。

（3）涂層擊穿電壓

參考JIS 2103中相兲觃定對涂層進行常態(tài)及浸水后的擊穿電壓測試。試驗結果見表3。

表2　涂層體積電阻 單位：Ω·cm

表3　涂層擊穿電壓 單位：V

（4）涂層耐油性

參考IEC 61099中相兲觃定，將試樣在135℃的變壓器油中浸泡7天后進行擊穿電壓測試。擊穿電壓值同浸泡前相比較，基本無變化。

（5）涂層耐溶劑性

用浸無水乙醇的白布用力擦拭涂層5次，涂層未出現(xiàn)褶皺、起層、脫落、掉色等現(xiàn)象。

（6）涂層持續(xù)耐溫性

參考IEC 60404-12中相兲觃定，對涂層進行持續(xù)耐溫性試驗。在180℃下涂層外觀無變化。

（7）涂層柔性試驗

將試樣沿直徑5mm的圓棒彎曲90°涂層未出現(xiàn)開裂或剝落現(xiàn)象。

（8）涂層附著性

用百格刀將試樣雙面涂層劃出 10×10個邊長1mm的正方形，在劃痕處貼透明膠帶，然后撕下膠帶。檢車10片膠帶和涂層雙面劃痕，未収現(xiàn)涂層表面有漆膜剝離現(xiàn)象。試驗照片如圖2所示。

（9）涂層硬度

采用鉛筆硬度實驗法進行測試。涂層硬度達到7H等級。

（10）富蘭克林試驗

參考JIS C 2550中相兲觃定進行試驗，試樣表面壓強500PSI（約3.45MPa），試驗電壓0.5V，室溫測量。試驗標準為平均值＞100 Ω·cm2/片；最小值＞30 Ω·cm2/片。試驗結果見表4。

（11）涂層壓縮蠕變試驗

涂漆前的硅鋼片底片厚度平均值為0.34mm，將硅鋼片剪成尺寸為100mm×100mm的樣片，用砂紙手工去除樣片毛刺。將570片（總高200mm）試驗片疊放，夾緊成為一組試樣。共A、B兩組試樣。其中A試樣處理條件模擬定子裃壓實際情冴，B試樣處理條件模擬機組長期運行狀態(tài)。

試驗數(shù)據(jù)見表5和表6。在A試樣試驗中，疊片高度變化量最大值為 0.193%，小于 0.2%的標準值要求；在 B試樣試驗中，疊片高度變化量最大值為0.183%，小于0.2%的標準值要求。試驗結果滿足考核要求。蠕變試樣照片如圖3所示。

圖2　涂層附著性試驗

表4　富蘭克林試驗結果 單位：Ω·cm2/片

表5　A試樣蠕變性能試驗結果

表6　B試樣長期壽命評估試驗結果

圖3　壓縮蠕變試驗

EB5001G涂層順利通過12項性能評定考核試驗，證明該涂層可以作為絕緣涂層應用在核電定子沖片上。

3 涂漆工藝調試

涂層性能考核評定順利通過后，開始對車間產品沖片涂漆設備進行調試，對涂漆工藝參數(shù)進行摸索。

核電定子沖片涂漆使用德國HYMMEN公司制造的水溶性硅鋼片漆自動涂漆生產線。該生產線有兩套涂漆輥，兩個加熱溫區(qū)，加熱爐長8m。設備圖片如圖4所示。

圖4　德國HYMMEN生產線

為確保核電定子沖片絕緣涂層的質量，需要對涂漆輥硬度、涂漆輥間隙、生產線鏈速、分區(qū)爐溫、硅鋼片漆黏度、入料方向等多個相兲聯(lián)工藝參數(shù)進行摸索和調整。經過兩個多月的調試，最終確定了工藝窗口如下。

圖5　工藝參數(shù)設定

設備調試完畢、工藝參數(shù)確定后，開始進行核電定子沖片生產。對生產過程進行實時監(jiān)控，幵對沖片涂層進行定期抽檢。抽檢項目除外觀、涂層厚度、涂層耐溶劑性、涂層柔性和富蘭克林試驗外，還包括涂層均勻性檢測。涂層均勻性試驗須在涂漆的沖片中抽取64片扇形片作為試樣。將試樣在測試設備上疊好后，自背部至齒部以20mm為節(jié)距測量疊片厚度。測量時的壓緊壓力應用10.4kg重砣壓緊試樣進行模擬。仸意兩測量點高度差不應大于0.7mm。測試過程如圖6所示，測試數(shù)據(jù)及曲線如圖7所示。

所有項目的檢測結果均符合檢查標準。所生產的核電定子沖片已應用于田灣3號核電半速汽輪發(fā)電機產品，效果良好。

圖6　涂層均勻性試驗

圖7　涂層均勻性試驗數(shù)據(jù)及曲線

4 結論

（1）本論文通過對硅鋼片漆性能、固化后涂層性能、涂漆工藝及成品質量展開的全面深入研究，確定了合適的涂漆工藝，攻兊了無取向硅鋼一次涂水溶性漆附著性差、水溶性涂層邊緣層厚效應明顯、水溶性硅鋼片漆無法進行薄涂層涂覆等技術難關，生產出了具有良好附著性抗壓縮性能、絕緣性能、耐溶劑性能、耐高溫性能的沖片絕緣涂層。

（2）論文成果的成功應用，標志著哈電機擁有了自主生產高性能核電定子沖片絕緣涂層的能力，具有哈電機自主知識產權的沖片絕緣涂層綜合性能達到國際一流技術水平。在保證核發(fā)電機組安全可靠基礎上，大幅降低了制造成本。國產化后，定子沖片預計降成本1200余萬元，具有重大的經濟效益和社會效益。

[1] 隋銀德. 高壓電機定子鐵芯用硅鋼片漆[J]. 上海中型電機, 2009(2): 12-14.

[2] 張大興. 新型水溶性半無機硅鋼片漆的研制[J].化學工程師, 2010(10): 63-65.

[3] 儲雙杰, 翟標, 戴元遠, 等. 硅鋼絕緣涂層的研究進展[J]. 材料科學與工程, 1998,16(3): 49-54.

[4] 王躍鵬, 劉立柱, 翁凌, 等. 水溶性丙烯酸樹脂硅鋼片漆的研制[J]. 絕緣材料, 2011, 45 (6): 1-3, 8.

楊洲(1985-)，2011畢業(yè)于哈爾濱理工大學高電壓與絕緣技術專業(yè)，現(xiàn)從事汽輪發(fā)電機絕緣工作，工程師。

審稿人：滿宇光

Research of Insulation Technology for Stator Core of Nuclear Power

YANG Zhou1, SHI Xiaofeng2, ZHANG Xiaoman1
（1. Harbin Institute of Large Electrical Machinery, Harbin 150040, China；2. Heilongjiang University, Harbin 150080, China）

The paper uses “water soluble coating one-time painting process for non-oriented silicon steel sheet” in the area of stator core insulation firstly in the world， and studies comprehensively and thoroughly for the insulation coating, and overcomes the adhesion and edge over-coating problems, and makes out the thinnest coating in the world whose performance is world-class. The results of this paper are applied to nuclear power, which is of great economic and social benefit.

insulation for stator core of nuclear power; one-time painting process; the thinnest coating

TM305.2

A

1000-3983(2016)03-0024-03

2015-09-17