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高压电机用主绝缘材料

作者:易发棋牌最新网站 发布时间:2020-08-09 07:30 点击数:

  高压电机用主绝缘材料_材料科学_工程科技_专业资料。高压电机用主绝缘材料 目 录 1. 概述 2. 高压电机用主绝缘材料的组成 . 云母 2.1.1. 云母的种类 2.1.2. 片云母 2.1.3. 云母纸 2.2. 胶粘剂 2.3. 补强

  高压电机用主绝缘材料 目 录 1. 概述 2. 高压电机用主绝缘材料的组成 . 云母 2.1.1. 云母的种类 2.1.2. 片云母 2.1.3. 云母纸 2.2. 胶粘剂 2.3. 补强材料 3. 多胶粉云母带 3.1. 多胶粉云母带的组成、性能及特性 3.1.1. 国外多胶粉云母带的组成、性能及特性 3.1.2. 国内多胶粉云母带的组成、性能及特性 3.2. 多胶粉云母带的制造 3.3. 多胶粉云母带的应用 3.3.1. 多胶粉云母带的应用 3.3.2. 高电压环氧玻璃粉云母带在三峡机组上的应用 3.4. 多胶粉云母带的发展方向 4. 少胶粉云母带 4.1. 少胶粉云母带的组成、性能及特性 4.1.1. 国外少胶粉云母带的组成、性能及特性 4.1.2. 国内少胶粉云母带的组成、性能及特性 . 少胶粉云母带的制造 . 少胶粉云母带的应用 4.3.1. 少胶粉云母带在6KV级高压电机上的应用 4.3.2. 少胶粉云母带在6KV、10KV级高压电机上的应用 4.4. 少胶粉云母带的改进 5. 参考文献 1.概述 近年来,国际上大电机制造业发展很快,尤其是发电设备的单机容量增长迅速,汽轮发电 机单机容量已达1200MW,水轮发电机单机容量已达到800MW。随着单机容量的逐渐增加,发电机 额定电压也相应提高,汽轮发电机最高电压已达27KV,水轮发电机最高电压已达24KV。随着发 电机单机容量的增长,对大电机定子主绝缘材料不断提出新的要求,因而出现了许多大电机定 子主绝缘材料。 目前世界上高压电机定子线棒主绝缘系统归纳起来可分为两大技术流派,一是少胶粉云母 带真空压力浸渍(VPI)的连续式绝缘流派,其绝缘代表是美国西屋公司的Thermalastic绝缘、 瑞士ABB公司的Micadur绝缘和瑞士Isola公司的Samicabond绝缘;一是环氧多胶粉云母带模压 (或液压)连续式绝缘流派,其代表绝缘为美国通用电气公司(GE公司)Micapal绝缘和法国A-A 公司的Isotenax-N。少胶粉云母带真空压力浸渍(VPI)的连续式绝缘流派的定子线棒主绝缘材 料是采用环氧胶粘剂或不饱和聚酯亚胺树脂胶粘剂等粘合生云母纸和补强材料而成;环氧多胶 粉云母带模压(或液压)连续式绝缘流派的定子线棒主绝缘材料是以熟云母纸为基材,采用环 氧胶粘剂粘合熟云母纸和补强材料而成。还有些派生出来的主绝缘材料,其一是介于少胶和多 胶之间的中胶云母带,它主要通过真空压力浸渍(VPI)工艺应用于高压电机中,归属于真空压 力浸渍(VPI)的连续式绝缘系统;还有三合一云母带、高强度云母带特殊的主绝缘材料等,这 些应归属于多胶粉云母带模压(或液压)连续式绝缘系统。这里所说多胶——即胶粘剂含量 为34%粉云母带是对IEC国际标准而言,IEC标准规定少胶粉云母带中的胶含量为8%±3%,胶粘 剂含量达16%±3%为中胶带,而VIP多胶整浸工艺用的粉云母带一般在17%~32%,按IEC标准应属 多胶粉云母带范畴。 高压电机主绝缘技术是电机制造中的关键技术之一,定子主绝缘是高压电机绝缘系统中最 重要的部分,它直接影响电机的技术经济指标,同时在很大程度上决定了电机的运行可靠性和 使用寿命。高压电机主绝缘材料是定子主绝缘的基础,对大电机定子主绝缘的水平起着致关重 要的作用,因而了解高压电机主绝缘材料的组分、性能和特性,有利于高压电机主绝缘技术的 进一步改善和新的高压电机主绝缘结构的产生,以适应高压电机的发展的需求。 2.高压电机用主绝缘材料的组成 2.1.云母 云母是一种有优良的解理性和柔韧性的非金属材料,介电性能相当高,耐电晕和电火花性 高于有机绝缘材料。长期以来,云母一直是电气工业中不可缺少的绝缘材料,目前,虽然已经 出现很多新型绝缘材料,但没有任何一种绝缘材料能够取代云母。 云母是水铝硅酸盐,它属于层状结构。云母的结晶结构是两层硅氧四面体夹着一层铝氧八 面体构成的复式硅氧层。而硅氧四面体中约有1/4的Si4+被AI3+取代,结果引起正电价不足,硅氧 四面体带负电,由正离子来补充,正离子处在两个硅氧层之间,其配位数为12。一般来说硅氧 四面体和铝氧八面体本身结合是很牢固的,而补充电价的正离子层在两个复式硅氧层之间的连 接是较微弱的,这样的云母晶体很容易沿这些正离子所在的平面分剥开来。因此,云母沿正离 子所在的平面方向具有完全的解理性。 天然云母产于岩浆岩、变质岩及沉积岩中。但大片云母则只在伟晶岩类的岩浆岩中才能发 现,自然界存在优质大片云母矿床很少。 当前世界上生产大片云母的国家主要有印度、巴西、 马达加斯加、加拿大、苏联、阿根廷、澳大利亚等国家。我国云母资源相当丰富,云母矿床几 乎遍布全国各省。优质大片云母矿床主要集中在新疆、四川、内蒙等省。 2.1.1.云母的种类 白云母亦称钾云母,其结构式为KAI2[AISi3O10](OH)2;若白云母中的铝氧八面体内的AI3+全 部被Mg2+取代,就是金云母,结构式为KMg3[AISi3O10](OH)2;若金云母中部分Mg2+被Fe2+取代, 即为黑云母,结构式为K(MgFe)3[AISi3O10](OH)2;若金云母中全部Mg2+被Fe2+取代,即为铁云 母,结构式为KFe3[AISi3O10](OH)2;若Ca2+代替了K+,以及更多的AI3+代替Si4+,即为珍珠云母; 还有锂云母(KLi)2AI [AISi3O10](OH)2、氟金云母(合成云母)KMg3[AISi3O10]F2、蛭石云母K(MgFe) 3[(AISi)4O10](OH)2·4H2O等等。 2.1.2.片云母 2.1.2.1.片云母种类 片云母是由块云母剥裂而成,按面积分为#3、#4、#41/2、#5、#51/2、#6、#61/2、#7、#8九个规 格;按厚度分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组;按表面质量分甲、乙、丙三个等级。 2.1.2.2.片云母性能 云母种类虽多,作为绝缘材料,应用最多的是白云母和金云母,白云母比金云母击穿强度 高、介电损耗小、并易剥成薄片;金云母的耐热性高,柔软耐弯折性好。白云母和金云母的性 能见表1-1。 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 项 目 密度 , g/cm3 耐热温度 , ℃ 热膨胀系数,10~6/℃ 导热系数,W/(m·K) 介电强度 , MV/m 体积电阻率,Ω·m 表面电阻率,Ω 介电常数 介质损耗因数 气泡含有率 解理性 弹性 柔软性 耐化学性 表1-1白云母和金云母的性能 白云母 ~ 500~600 ~ 70~250 1012~1015 1011~1012 6~8 少 好 好 好 更好 金云母 ~ 900~1000 ~ 50~200 1011~1014 1010~1011 5~7 较多 较好 较好 较好 好 2.1.3.云母纸 云母原矿采出要经过初步加工成为工业原料云母,在经多次加工,分选成各类规格的成品 片云母。工业原料从云母矿中开采后,剩余的云母碎大部分用于制造云母纸。 云母纸较片云母具有很多优点。云母纸厚度均匀,介电强度波动范围小,电晕起始电压高 而稳定,其制品整体性好、电气强度高,可使电机的绝缘厚度减薄。同时由于云母鳞片小,它 们之间主要依靠富有弹性的树脂结合起来,因此与铜体膨胀系数的差异而产生的应力就较小, 绝缘内部的空隙就不会增大,云母绝缘受热时,其介质损耗的电压特性比片云母绝缘要稳定得 多。此外,云母纸的均质性好,又没有片云母的搭接现象,胶易浸透而少残留空隙,这对提高 绝缘的可靠性有很重要的作用。但机械强度较差,若选用合适的粘合剂与补强材料是可以弥补 的。还有可用的优质片云母价格比较高,而云母纸的价格相对比较低,且可以充分利用云母矿 产资源,可以说云母纸的出现推动了电气工业的发展。 2.1.3.1.云母纸抄造 云母纸是由多层云母鳞片之间的吸附力(范德华力、静电引力等)结合在一起而形成的。 因此,面积愈大厚度愈小的云母鳞片,抄造成的云母纸性能就愈好。 1)云母纸浆制造 抄好云母纸的关键在于云母纸浆制造方法,即云母纸浆制造方法是将厚度为 毫米级的碎云母碎成厚度为微米级以下的细小鳞片,然后将适合于造云母纸的云母鳞片分选出 来,并与一定数量的水混匀的过程。云母纸浆制造方法主要有煅烧化学制浆法和水力制浆法。 煅烧化学制浆法是将精选的云母碎片,经高温煅烧脱去云母结构中的部分结晶水,使云母 碎片沿垂直于解理面的方向膨胀,质地变软,再用化学方法处理,使云母片充分地分裂解理, 经洗涤,搅拌、分级成浆。用这种方法制浆抄造出的云母纸叫粉云母纸,俗称熟粉纸。天然云 母碎片,云母加工的边角料是制造天然云母纸的主要原料。煅烧前要对云母原料进行分选,分 选的目的是出去不适合制造云母纸的黏结片、黑云母、绿云母以及与云母中的其它杂质,以确 保云母纸的电气性能和机械性能。分选后的云母原料要经过清洗干燥,然后进行煅烧,煅烧的 目的是脱去云母结晶中的部分结晶水,使云母沿解理面的垂直于方向产生显着的膨胀而分层, 变得疏松而柔软,在制浆过程中能让酸、碱溶液均匀地浸润各个层间,沿解理面产生分裂和破 碎,形成尽可能大而薄的云母鳞片。云母煅烧质量将影响粉云母纸的电气性能、柔软性、耐折 性、抗张强度和云母的成浆率,因而应严格控制好云母料的煅烧质量。经煅烧后的云母叫云母 熟料,云母熟料尚需进行化学处理,即将云母熟料浸渍在2%~5%的稀酸中加热处理成浆,再经 洗涤,分级,脱水而成,使之成为能分散于水中的呈均匀悬浮的鳞片状浆料。 水力制浆法是用高压喷射水流在特制的腔体内将云母片剥离破碎成细小的鳞片,然后将适 合于造纸的云母鳞片分选出来的方法,用这种方法制浆抄造出的云母纸叫再生云母纸,俗称生 纸。水力制浆法中的云母原料处理与煅烧化学制浆法大致相同,所不同的是用高压水流将云母 碎分剥破碎成有一定径厚比的云母鳞片,然后经分级,脱水而成。 2)云母纸抄造 将符合要求的云母纸浆用符合标准的水进行稀释,为确保云母纸抄造顺利进行, 必须使云母鳞片均匀地悬浮在浆液中,并在网部形成均匀的纸胎,湿的纸胎黏附在毛毯上,再 经脱水、干燥、卷制、分切而成云母纸。 2.1.3.2.云母纸的性能和用途 云母纸按其制造方法可分为熟纸、生纸、混抄纸三种,性能见表2。 1)熟纸(MPM1型) 外观呈金黄色,柔软性好、渗透性好,应用于高压电机用的多胶模压(或 液压)连续式绝缘体系的多胶粉云母带中。 2)生纸(MPM2型) 外观呈银白色,生纸与熟纸的不同是生纸未经煅烧和化学处理,云母结构 未被破坏,保持了天然云母的优良特性。适用于真空压力浸渍(VPI)的连续式绝缘体系中的少 胶粉云母带、中胶带中。 3)混抄纸(MPM3) 型将熟纸和生纸的基材,以一定的比例相互混合,获得介于熟纸和生纸之 间的特性。应用于具有特殊需求的绝缘体系中。 序号 类型 MPMI MPM2 标称 值,g/m2 68 82 100 115 130 145 160 80 100 115 125 150 1 定量 平均值 与标称 值的允 许偏 差,% ±4 ±4 ± 个别值 与标称 值的允 许偏 差,% ±6 ±10 期望 厚度, μm 表2-2云母纸的性能 2 3 厚度 透气性, 个别值与所 () 有值的平均 值的最大偏 差,% 45 55 65 75 ±10 85 95 105 50 60 70 ±10 75 90 ±14 3200~ 6500 3800~ 7300 4700~ 8500 ≥6000 ≥6000 ≥6000 ≥6000 1400~ 2300 1600~ 2600 1700~ 2900 1850~ 3150 2200~ 3700 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 4 渗透时间 (非网 面), 5 6 7 水 萃 取 质 量 损拉 伸 强 物 电 导 失(), 度(), 率(), μ 100 120 120 130 70 130 150 150 50 70 90 20 110 160 ±12 ~ ~ ±15 ~ 2.1.3.3.影响云母纸质量的因素 云母纸的质量除了与制造工艺、操作技术有密切关系外,还有一些因素对云母纸的性能有 着重大的影响。 1)原料 是抄好云母纸的基础,不同的原料应采用不同的煅烧、制浆工艺方法,在共同达到浆 料质量标准的基础上,再按云母纸的性能要求,按比例掺用。 2)水质 是抄好云母纸的重要条件。天然水常含有各种阴离子和各种阳离子,这些离子对纸的 电气强度、介质损耗因数、绝缘电阻等均有不利的影响,同时对云母纸的机械强度有很大的影 响,因而,抄造云母纸应采用净化后的天然水。 3)环境湿度 与云母纸的性能有相当密切的关系,云母纸有较强的吸湿性,环境湿度越大,云 母纸的介电强度下降越明显。 由此可见,要稳定和进一步提高云母纸的质量,除了要有品种单一且质量较好的云母原料、 合适的工艺条件外,还必须有符合条件的水质和适宜的环境。 2.2.胶粘剂 胶粘剂在云母带中起着粘合云母片或粉云母纸和补强材料的作用,用于高压电机用的主绝 缘材料胶粘剂必须具有优良的介电性能、热稳定性、贮存稳定性、防潮性、耐水性和化学稳定 性,较高的粘结能力和机械强度,足够的耐热性,常温下具有良好的柔软性,对于特性材料还 必须具有专有性能。 胶粘剂的种类很多,有沥青胶粘剂、醇酸胶粘剂、不饱和聚酯亚胺树脂、环氧胶粘剂等, 其中不饱和聚酯亚胺树脂、环氧胶粘剂是目前应用于高压电机用的主绝缘材料中的最常见的胶 粘剂,其性能见表3。 1)沥青胶粘剂 在石油沥青、干性植物油中加入少量的松脂酸盐,经熬制后而成,该胶粘剂具 有良好的柔软性、介电性、防潮性,并具有较长的贮存性,耐热等级为E级。 2)醇酸胶粘剂 由植物油改性醇酸树脂而成。该胶粘剂具有良好的柔软性,防潮性较差,耐热 等级为B级。 3)不饱和聚酯亚胺树脂胶粘剂 在国外引进的无溶剂浸渍漆的基础上,优化分子结构,减少活 性基团,简化主链结构,采用封端技术,使固化反应可控,在保证贮存稳定性的前提下,实现 了低温快固化。该胶粘剂具有介电性能优良,贮存期长等特点。 4)环氧胶粘剂 以双酚A型环氧树脂或酚醛环氧树脂为主的环氧胶粘剂,有很多优异的特性,因 采用不同的固化剂可分为1)桐油酸酐型胶粘剂:环氧桐油酸酐型胶粘剂是以环氧树脂和桐油酸 酐为主要组分,粘结力强,在其分子中含有环状结构、双键、醚键和酯基,固化物韧性好,并 具有优良且稳定的介电性能、机械性能、和良好的防潮性,但该胶粘剂由于长链所致,其固化 物刚性差,热变形温度较低,热态机械性能较差,贮存期短,不利长期存放,耐热等级为B级。 2)桐马酸酐型胶粘剂:在桐油酸酐型胶粘剂的基础上,引入了耐热性优异的双马树脂和特殊 的促进剂,使之具有更加优异的介电性能和机械性能,双马树脂与体系中的环氧、酸酐生成的 聚合物形成网络互穿结构,从而提高了胶粘剂的耐热性能,耐热等级为F级。3)硼胺固化环氧 胶粘剂:由潜伏性硼胺络合物、双酚A型环氧和酚醛环氧配制而成,其固化物的最突出的特点是 具有较高的热变形温度和热态机械性能,在常温贮存稳定,当达到所需的固化温度时,可迅速 固化。耐热等级为F级。4)有机羧酸盐固化的环氧胶粘剂:用有机羧酸盐与双酚A型环氧树脂或 双酚A型环氧树脂和酚醛环氧树脂配制而成.该胶粘剂具有优良的介电性能,热变形温度和热态 机械性能都很高,耐热等级为B-F级。5)聚酯环氧胶粘剂:由聚酯、环氧树脂溶于溶剂而成。 该胶粘剂具有良好的柔软性、粘着性和贮存性,但介质损耗较大。耐热等级为B级。6)改性钛 环氧胶粘剂:由钛环氧和桐油酸酐配制而成,桐油酸酐环氧胶具有许多优点,但贮存期短,采 用钛环氧替代桐油酸酐环氧胶中的环氧树脂,可保持原有的特点的基础上,延长其贮存性和提 高机械性能。7)高强度环氧胶粘剂:采用酚醛改性的环氧树脂,引入双马来酰亚胺耐热性结构, 加入特制的催化剂和促进剂,使环氧树脂固化物生成致密的网络结构。该胶粘剂在保证优良的 介电性能的前提下,具有较高的热态弯曲强度和室温冲击强度,即热态155℃弯曲强度和室温冲 击强度分别不小于60MPa、95MPa。 5)二苯醚胶粘剂 是由改性二苯醚树脂溶于溶剂形成的胶粘剂,该胶粘剂耐热等级为H级,用于 制作H级云母带。 6)美国GE公司的Micapal绝缘胶粘剂 由ERL4221脂环族环氧树脂、EPON828环氧树脂、DEN438 环氧树脂,、有机金属化合物和酚类化合物等组成胶粘剂,该胶粘剂具有可控反应性的优点,具 有较高的电气性能和耐潮性,贮存期长,固化时间短,具有高热变形温度和热态机械性能。 7)法国A-A公司的Isotenax-N绝缘的胶粘剂 由双酚A环氧、酚醛环氧、苯酚甲醛树脂和间苯二 酚甲醛树脂等组成胶粘剂。该胶粘剂具有良好的介电性能和较高的热变形温度和热态机械性能。 该胶粘剂软化点较高,借助溶剂提高其粘合物的柔软性。表2-3胶粘剂的性能 性 能 桐油酸酐型胶粘剂 桐马酸酐型胶粘剂 硼胺固化环氧胶粘 有机羧酸盐固化的 剂 环氧胶粘剂 固体含量,% 60±3 60±3 60±3 60±3 聚酯环氧 6 胶化时间( 200℃圆穴法),min 电气 Enp,MV/m 性能 Ρv(室温),Ω.m (130℃),Ω.m (155℃),Ω.m ε(室温) (130℃) (155℃) tgδ·10~2 (室温) (130℃) (155℃) 机 械 冲击强度, 性能 抗弯强度(室温),MPa (130℃),MPa (155℃),MPa 5~10 25 1~6×1014 1~×1011 ~ 1 3 20~30 700~900 20~30 耐热等级 B 5~10 ×1014 ×1011 917 61 F 3~6 ~3 3 25 25 1014 4~5×1014 1010 1~4×1011 3~7×1010 4~5 1 5 20~30 950 500 200 4~5 1 5 20~30 1000~1400 F F 2.3.补强材料 补强材料在云母带中起增加机械强度的作用,它与云母纸、胶粘剂一起组成云母带。云母 带性能的好坏除与云母纸、胶粘剂有关外,还与补强材料种类、性能有着密切的关系。 补强材料的种类很多,按其取得方法可分为天然的补强材料和合成的补强材料;按其结构 性能分为有机补强材料和无机补强材料。有机补强材料有木质的、绵质的和合成纤维的;无机 补强材料有玻璃纤维和石棉。目前广泛应用于云母带的补强材料是电工用无碱玻璃布。 2.3.1.补强材料的组成、性能 玻璃布是由玻璃纤维组成的,玻璃纤维的主要成分为SiO2,其基本结构是硅氧(Si-O)为 主链,较有机纤维材料C-C链键能大,因此玻璃布耐高温,此外玻璃布具有良好的机械强度、透 明性、耐热性等。补强材料性能见表2-4。 1)浸透性 玻璃纤维本身不能被胶粘剂浸透,为了提高玻璃布的浸透能力采取的措施是增加吸 附胶粘剂的表面积。即1)是将纤维拉的细一些,这样相同重量的玻璃纤维其表面积增加,粘附 胶粘剂的能力也就增加了。2)是纱的捻度小一些,使纤维与纤维之间的空隙大一些,提高胶粘 剂的填充量。3)玻璃纤维的密度小一些,胶粘剂就较容易填充。 2)机械性能 玻璃布的机械性能很高,是较理想的补强材料,玻璃纤维越细、越短,机械强度 越高;含碱量越小,则机械强度越高。 3)耐热性 玻璃布的耐热性很高,在200℃下时性能较稳定。超过200℃时,玻璃纤维开始分解, 强度降低,在300℃时降到80%,在400℃时降到55%,到600℃时强度几乎消失。 厚度, ± ± ± ± 表2-4补强材料的性能 宽度, 标重, 密度,根/cm 拉伸强度,N/2.5cm·10cm 捻度,捻/m 组 织 经向 纬向 经向 纬向 经向 纬向 20±4 30±2 30±2 98 120 120 18±4 30±2 22±2 18±4 28±2 22±2 ± 20±4 24±2 18±1 120 120 平 120 50 纹 150 50 27±4 20±1 18±1 196 120 120 53±5 20±1 22±2 120 120 3.多胶粉云母带 高压电机主绝缘材料--多胶粉云母带是由胶粘剂粘合介电材料和补强材料,经烘陪、卷制、 分切而成。适用于高压电机主绝缘材料和其它电器的绝缘。多胶粉云母带经历了由以天然树脂 及片云母材料为基本结构到以合成树脂为胶粘剂,以片云母或粉云母纸为主体的主绝缘材料的 历程。 我国从50年代开始,用沥青片云母带作发电机的主绝缘材料;60年代先后出现了醇酸云母 带、环氧聚酯玻璃粉云母带和环氧玻璃粉云母带,从而结束了“黑绝缘”的历史,开创了“黄 绝缘”的时代,使我国的主绝缘材料水平有了飞跃性的发展;70年代针对环氧玻璃粉云母带存 在的问题,相继研制出了钛环氧玻璃粉云母带、环烷酸铅玻璃粉云母带、以硼胺络合物为潜伏 性固化剂的环氧玻璃粉云母带和PRF酚醛环氧玻璃粉云母带;与此同时为了满足10KV级以下的电 压等级的高压中型电机的VPI工艺的要求,开发了中胶环氧玻璃粉云母带;80年代为了提高高压 电机主绝缘的机电性能,以满足大型单机容量机组的需求,研制出了桐马环氧玻璃粉云母带; 90年代,为了赶上主绝缘的世界先进水平,提高电机运行的可靠性及运行寿命,研制出了高云 母含量的桐马环氧玻璃粉云母带、高电压桐马环氧玻璃粉云母带和F级高强度多胶粉云母带,与 此同时,根据高压电机特殊部位和特殊性能的需求,研制出了三合一环氧聚酯薄膜玻璃粉云母 带以及满足耐高温的H级二苯醚玻璃粉云母带。进入21世纪,从节能、环保和进一步提高电机的 运行寿命和运行可靠性的角度出发,正在研制中的快速固化云母带、环保型云母带和高导热云 母带等等。 国外多胶体系主要有美国GE公司Micapal绝缘,法国A-A公司的Isotenax-N,加拿大GE公司 Micapal绝缘和日本TOSHIBA公司的Tisrich绝缘。 3.1.多胶粉云母带的组成、性能及特性 3.1.1.国外多胶粉云母带的组成、性能及特性 美国GE公司的Micapal绝缘,法国A-A公司的Isotenax-N绝缘是世界上大型高压电机多胶液 压或模压成型绝缘的典型代表。美国GE公司的MicapalⅡ采用无溶剂粉云母带和液压成型工艺, 云母带的胶粘剂由ERL4221脂环族环氧树脂、EPON828环氧树脂、DEN438环氧树脂,、有机金属化 合物和酚类化合物等组成,该胶粘剂具有可控反应性的优点。云母带的介电材料是粉云母纸, 补强材料是无碱玻璃布或涤纶纸。该云母带具有优异的介电性能、高的热变形温度和机械性能, 较好的耐潮性,且贮存期长,固化时间短,常态时具有柔软性等特点。法国A-A公司的Isotenax-N 采用有溶剂粉云母带和模压成型工艺,云母带的胶粘剂由双酚A环氧、酚醛环氧、苯酚甲醛树脂 和间苯二酚甲醛树脂等组成,胶粘剂中的树脂软化点较高。云母带的介电材料是粉云母纸,补 强材料是无碱玻璃布。该云母带具有良好的介电性和机械性,常温下为了保证云母带的柔软性, 云母带的挥发份较高。其多胶云母带的组成及主绝缘结构性能见表3-1。 表3-1国外多胶云母带的组成及主绝缘结构性能 项 目 美国GE公司的MicapalⅡ绝缘 云母带组成 环氧树脂 粉云母纸 玻璃布/涤纶纸 制造工艺 连续包扎 线KV主绝缘厚度,mm 法国A-A公司的Isotenax-N绝缘 环氧树脂 粉云母纸 玻璃布 连续包扎 真空预热 模压成型 瞬时击穿场强,MV/m tgδ(常态),% (120℃),% Δtgδ,% 室温弯曲强度,MPa 热态弯曲强度(100℃),MPa 室温冲击强度,KJ/m2 剩余场强,MV/m 式样厚度,mm 运行时间年 1年 10年 30年 (~)0.3 125 29 1 6 (~) 2800 110 118 3.1.2.国内多胶粉云母带的组成、性能及特性 3.1.2.1.国内多胶粉云母带的组成、性能及特性 多胶粉云母带主要由三部分组成,即介电材料、胶粘剂和补强材料。介电材料主要采用云 母,云母的介电强度高,损耗小,耐热性能好,具有优良的耐电晕性;胶粘剂主要采用环氧胶 粘剂、醇酸胶粘剂和沥青胶粘剂等,目前多胶粉云母带大多采用环氧树脂作为胶粘剂的主要成 分,其固化后粘接性好,固化收缩率小,并且具有良好的电气、机械性能、耐潮湿性和耐化学 性;补强材料主要采用云母带纸、丝绸、薄膜和无碱玻璃布等,补强材料提高了云母带的机械 强度,使其在包扎过程中能够承受较大的张力,避免云母受到大的损伤,同时它也成为固化后 的绝缘骨架。表3-2列出了多胶粉云母带的组成和特性,其中以环氧为基材的胶粘剂粘合粉云母 纸和无碱玻璃布而成的粉云母带得到了推广和广泛的应用。 表3-2多胶粉云母带的组成和特性 序号 名称 主要组成 耐热等级 厚度,mm 介电强度,MV/m 拉伸强度N 1 沥青云母带 片云母45%,沥青胶粘剂30%~35%挥 A—E , 16 50 发物6%,丝绸、无碱玻璃布、云母 带纸 2 醇酸云母带 片云母45%,醇酸胶粘剂15%~30%挥 B , 16 50 发物4%,丝绸、云母带纸、无碱玻 璃布 3 环氧聚酯玻璃粉云母带 粉云母37%,环氧聚酯胶粘剂20%~ B , 20 70 40%挥发物3%,无碱玻璃布 4 钛环氧玻璃粉云母带 粉 云 母 37% , 钛 改 性 环 氧 胶 粘 剂 B 34%~41%挥发物2%,无碱玻璃布 5 硼胺固化型环氧玻璃粉云 粉云母≥40%,环氧胶粘剂24%~32% F 母带 挥发物≤3%,无碱玻璃布 6 桐油酸酐型环氧玻璃粉云 粉云母≥40%,环氧胶粘剂36%~42% B 母带 挥发物≤2%,无碱玻璃布 7 桐马环氧玻璃粉云母带 粉云母≥40%,环氧胶粘剂36%~42% F 挥发物≤2%,无碱玻璃布 8 高电压桐马环氧玻璃粉云 粉云母≥40%,环氧胶粘剂36%~42% F 母带 挥发物≤2%,无碱玻璃布 9 高定量环氧玻璃粉云母带 粉云母≥48%,环氧胶粘剂35%~39% F 挥发物≤2%,无碱玻璃布 10 高强度环氧玻璃粉云母带 粉 云 母≥ 40% ,高强度 环氧 胶粘剂 F 36%~42%挥发物≤2%,无碱玻璃布 11 三合一粉云母带 粉云母≥37%,桐马酸酐型环氧胶粘 F 剂或硼胺固化型环氧胶粘剂 26%~ 35%挥发物2%,无碱玻璃布、薄膜 24 ≥25 ≥35 ≥35 ≥45 100 ≥65 ≥100 ≥100 ≥100 ≥35 ≥40 ≥40 ≥100 ≥100 ≥60 3.1.2.2.多胶粉云母带的性能 (1)多胶粉云母带的常规性能 见表3-3,3-4,3-5,3-6,表3-3是根据粉云母带的不同的 标称厚度列出了相应的组成成分;表3-4列出了粉云母带固化前的性能;表3-5列出了粉云母带 固化后的性能,其中弯曲弹性模量在测试时有一定的困难和问题,冲击强度更直接些;表3-6 列出了温度指数,表3-7列出了桐马环氧玻璃粉云母带的实测性能。 表3-3粉云母带组成成分 标称厚度,mm 云母含量, 玻璃布含量, 胶粘剂含量 g/m2 % 标称值 偏差 标称值 偏差 标称值 偏差 参考值 65 ±5 ± 56 ±7 82 +8 74 ±9 -6 115 ±9 38 96 ±12 190 ± 40 110 ±14 37 12 干燥材料单位面积 总重量, 标称值 偏差 157 ±16 192 ±19 249 ±25 300 ±30 挥发 份含 量, ≤ 序号 1 2 3 4 5 表3-4粉云母带固化前的性能 项目 胶的流动性,% 胶化时间,Min 拉伸强度,N/10mm 柔软性,mm 介电强度,MV/m 性能 ≥45 供需双方商定 ≥100 供需双方商定 ≥35 序 号 1 弯曲强度, 表3-5粉云母带固化后的性能 项目 纵向 常态 5438-1 ≥180 性能 5440-1 ≥200 横向 2 弯曲弹性模量, 3 密度,g/m3 4 介电强度,MV/m 5 在工频下介质损耗因数的温度 特性, 热态 常态 热态 纵向 横向 30℃ 130℃ 155℃ ≥(130℃) ≥100 ≥(130℃) ≥*103 ≥*103 ≥ ≥35 ≤ ≤ - ≥(155℃) ≥120 ≥(155℃) ≥*103 ≥*103 ≥ ≥40 ≤ 产品型号 5438-1 5440-1 表3-6温度指数 温度指数 ≥130 ≥155 表3-7桐马环氧玻璃粉云母带的实测性能 序号 项 目 性 能 1 外观 粉云母带胶粘剂应均匀,没有外来杂质、气泡、 针孔、粘连、分层、云母纸断裂、玻璃布抽丝 和带盘松动的现象。 2 尺寸, 长度 105 宽度 厚度 标称厚度 中值与标称厚度之间的最大偏差 个别值与标称厚度之间的最大偏差 边缘弯曲度 3 组成,g/m2 云母含量 玻璃布含量 胶粘剂含量 挥发份含量,% 干燥材料单位面积总重量 4 胶的流动性,% 58 5 胶化时间(170±2℃),min 6 拉伸强度,N/10mm 111 7 柔软性,mm 144 8 工频介电强度,MV/m 1 密度,g/m3 2 弯曲强度,MPa 纵向 常态 262 155℃ 横向 常态 205 155℃ 3 工频介电强度,MV/m 4 工频介质损耗因数 30℃ 130℃ 155℃ 5 温度指数,℃ 179 弯曲强度对于高压大电机主绝缘来说,是一项十分重要的技术指标,尤其是绝缘在高温下 的弯曲强度的保持率,一般在20%~25%。要提高绝缘弯曲强度的高温保持率,就必须提高云母 带胶的热变形温度,适当减少绝缘中胶的比例,同时改善胶与云母及玻璃纤维的相容性及粘合 性。而国外先进厂家云母带的胶粘剂配方有一个特点,在运行温度下,绝缘仍保持相当高的弯 曲强度,而真正到了其标称耐热等级温度下,弯曲强度并不高,见表3-8。 温度,℃ 常态 80 100 155 表3-8 不同温度下的横向弯曲强度,MPa 1 2 3 4 200 167 249 160 法国A-A公司的Isotenax-N绝缘 167 162 (2)用多胶粉云母带制成主绝缘线棒的性能 高压电机主绝缘性能要求很多,主要有绝缘 整体性,电气性能包括介质损耗因数及增量、击穿水平、长期耐电性(电寿命)、绝缘耐热性, 绝缘机械强度包括弯曲强度、冲击强度等。其中绝缘耐热性主要取决于该体系的化学组成,而 机械性能在很大程度上是由其组分体系所决定的。同时也受工艺因素的影响。 a.级绝缘性能 大中型高压电机主绝缘一般选用桐马环氧玻璃粉云母带,下面列出了桐马 环氧玻璃粉云母带绝缘性能。 1)绝缘整体性 用多胶粉云母带包绕线棒经模压成型后,线棒呈棕黄色,颜色较均匀,声音发 脆无发空现象,绝缘整体性良好,。 2)线棒的tgδ-U性能 见表3-9。 项目 tgδ,% 温度 常态 表3-9线棒的tgδ-U性能 测试条件 线棒序号 电压,KV 测量值 备注 ) )Δδ δ~δ Δtgδ 0.06 Δtgδ Δtgδ 0.77 Δtgδ Δtgδ ℃ 1# 2# 3# 4# 5# 结果表明云母带胶粘剂的流动性好,且对云母带纸浸润性、与玻璃布及线芯粘合性好,使 绝缘层内、层间紧密,无气隙。常态tgδ1%,Δtgδ%,155℃tgδ 5%,按《高压电机定子 线圈成品质量分等》标准,达优等品水平,完全能满足中型高压电机的主绝缘使用需求。 3)线线棒的击穿电压 单边绝缘厚度,mm 击穿电压,KV 78 83 72 79 介电强度,MV/m 平均值,MV/m 5# 86 测试结果表明,线棒绝缘性能良好。线MV/m , 按《高压电机定子线圈成品质量分等》标准,达优等品水平。 b.热稳定性 1#、2#、3#三根试验线小时两个周期的热稳定 试验,结果表明: 1)绝缘整体性 三根试验线棒经第一个周期的试验结束后,绝缘颜色明显加深,但声音清脆, 无发空现象;再经第二个周期的试验结束后,绝缘颜色进一步加深,虽有局部表皮发空现象, 但从线棒总体来看,绝缘整体性良好。 2)尺寸变化 表3-11中第一个周期后,线mm;第 二个周期后,线mm。从测试结果可以看出,线棒 稳定性试验后,尺寸变化较小,说明该绝缘尺寸稳定性良好。 项目 线棒的尺寸变化 (沿厚度方向) 常态 表3-11线棒热稳定试验的尺寸变化,mm 线# 线棒尺寸增量的平均值Δd及最大值dm 2# 3# 第一周期 4# Δ 5# 6# 第二周期 7# Δ 8# 9# 3)tgδ-U性能 表3-12、3-13是线棒热稳定性试验的tgδ-U性能,线棒经两个周期的试验后, Δtgδ值为%、%、%,155℃tgδ值为%、%、%,按绝缘结构评定标准,达优等品水平。 从上述线棒的绝缘整体性、尺寸变化和tgδ-U性能可以看出,线棒的绝缘结构具有良好的 热稳定性。但线棒tgδ-U性能虽达优等品水平,但线棒tgδ-U性能变化较大,见图1、2是线棒 经第一个周期、第二个周期的tgδ-U性能曲线,从曲线上可更清楚的看出,常态tgδ、Δtgδ、 155℃tgδ值明显增大,这说明绝缘中的胶粘剂已经发生不同程度老化现象,使绝缘层内、层间 在冷热冲击下产生微裂纹,导致绝缘性能下降。因而,胶粘剂浸润、粘合性和热稳定性对于绝 缘体系的热稳定性非常重要。 表3-12线棒热稳定试验的常态tgδ-U性能,% 项目 线棒序号 测试电压 常态tgδ-U性 第一周期 能 测量值 Δtgδ Δtgδ 第二周期 Δtgδ Δtgδ Δtgδ Δtgδ 项目 tgδ-U性能(155℃) 表3-13线棒热稳定试验的热态tgδ-U性能,% 线棒序号 测试电压 第一周期 tgδ 测量值 tgδ0.6U 第二周期 tgδ tgδ tgδ tgδ δx10-2 12 10 8 6 4 2 4 6 8 10 δx10-2 12 10 8 6 4 2 4 6 8 10 图1线棒经第一、二个周期的常态tgδ-U性能曲线线℃tgδ-U性能曲 c.电老化性能 1)耐电寿命 线棒经过两周期的热稳定性试验后,线棒继续投入电老化试验,见表3-14。 项目 热稳定性试验后,线线棒的电寿命,h 线 750 476 750 投5只试验线棒作老化试验,取第三根线棒击穿时的小时数为该绝缘的耐电寿命水平。结果 表明,经过两周期热稳定性试验后,绝缘的耐电寿命750小时,远超过绝缘结构的评定标准, 说明该绝缘具有良好的运行可靠性。 2)线棒的剩余介电场强 线棒的电老化试验只进行了2500小时,未取得绝缘的中值寿命,将未 击穿的4只线。 线棒序号 测量值,KV 表3-15线棒的剩余介电强度 单边平均绝缘厚度,mm 剩余介电强度,MV/m 平均值,MV/m 1# 90 2# 91 3# 89 5# 87 经历了热稳定性试验和10MV/m的高场强长时间的作用后,线棒绝缘内部已经产生了不同程 度的爬电通道,因此线棒的电气强度均有不同程度的下降,平均值是m。通过比较不同绝缘体系 的剩余场强,也是比较不同绝缘体系耐热电性能水平的方法之一。从测试数据可以看出,老化 试验后的剩余介电强度仍较高,表明该绝缘结构的耐电性能处于较高的水平。 3.2.多胶粉云母带的制造 1)将多胶粉云母带操作机的烘箱升温至120℃~150℃。 2)将多胶粉云母带所用的胶粘剂稀释成要求的固体量(一般在52%~56%范围内)。 3)按图3穿好玻璃布,将粉纸放在支架上,将稀释好的胶粘剂经过滤后,放入胶槽中,启动多 胶粉云母带操作机,并调整好多胶粉云母带操作机的车速(一般控制在1.2m/min~2.5m/min范 围内),同时启动回胶系统,使胶粘剂分布均匀。 4)生产时,根据多胶粉云母带的指标,调整胶粘剂的黏度(一般在12S~15S范围内),控制胶 含量。调整烘箱温度,控制挥发物,烘箱的温控点之间要有梯度,避免因温度梯度分布不适合 而使多胶粉云母带中的云母纸受到损伤,影响多胶粉云母带的电气性能。 5)将干燥好的云母带收卷,分切而成。 1.粉云母纸 2.玻璃布 3.胶槽 4.胶槽 5.制品 图3 多胶粉云母带操作机的示意图 3.3.多胶粉云母带的应用 3.3.1.多胶粉云母带的应用 绝缘技术是发电机制造中的关键技术之一,定子主绝缘是发电机和高压大电机绝缘系统中 最重要的部分,它直接影响电机的技术经济指标,在很大程度上决定了电机的运行可靠性和使 用寿命。云母带等主绝缘材料是定子主绝缘的基础,在一定程度上材料的水平决定了定子主绝 缘的水平。 近年来国内外大电机制造业发展迅速,国外汽轮发电机单机容量已达1200MW,水轮机达到 800MW。国内也已生产了650MW的汽轮发电机和700MW的三峡水轮发电机。 随着发电机单机容量的增大,额定电压的提高,国内外各大公司近年来投入了巨大的人力 物力,进行了一系列深入地研究,发电机和高压大电机定子主绝缘的水平有了很大的提高。 国内从60年代初开始进行了桐油酸酐固化环氧树脂绝缘,即TOA绝缘的应用试验。60年代中期, 开始在44MW、等水轮发电机和100MW汽轮发电机以及高压交流电机上应用。到70年代中期,环氧 粉云母绝缘结构全面代替了沥青片云母绝缘结构。70年代末,国内在继续应用和完善B级TOA绝 缘结构及工艺研究的同时,进行了F级绝缘材料的应用研究,如PRF绝缘应用于600 MW汽轮发电 机样机上,PbNE绝缘在210MW汽轮发电机上和300MW水轮发电机上得到了应用。80年代后期,开 始桐马绝缘结构及工艺的应用研究,桐马绝缘以其较高的机械、电气和热性能及良好的工艺性, 受到了国内各方面的关注,迅速得到推广应用。但是我国发电机主绝缘与国外先进水平相比, 存在着差距,其中最突出的是绝缘厚度偏大。开发研制减薄主绝缘厚度的材料,即高云母含量 主绝缘及绝缘结构应用工艺的研究是我国大型发电机绝缘技术领域的主攻课题之一。经各大公 司的反复研究试验,开发了减薄绝缘厚度的高云母含量绝缘及绝缘结构应用工艺,并于1991年 成功应用于单机容量200MW,额定电压级水轮发电机上,并逐步推广应用于发电机额定电压等级 为 KV ~,单机容量为180MW~550MW水轮发电机上。其定子线棒的主绝缘的热态损耗、击穿强 度和绝缘厚度等主要性能和参数达到和超过了GE公司和A-A公司的水平。高云母含量主绝缘的开 发与应用,是我国绝缘技术领域内的一项重要突破。 3.3.1.1.高压电机主绝缘性能 表3-16列出了国内外部分主绝缘的性能。从表3-16可以看出,国内的绝缘与国外相比,热 态机械性能相差最大,TOA绝缘仅为,改进后的桐马绝缘为64MPa。而介电性能接近或好于国外 绝缘。 公司及绝缘体系 常态损耗因数tgδ,% 热态损耗因数tgδ,% 增量Δtgδ,% 美国GE Micapal Ⅱ () (120℃) ~ 表3-16主绝缘性能 法国A-A TOA绝缘 Isotenx-N 2 6(120℃) 6~8(130℃) ~ ~ 桐马绝缘 高云母含量绝缘 3~6(155℃) ~ (155℃) ~ 常态弯曲强度,MPa 热态弯曲强度,MPa 瞬时击穿强度,MV/m (20℃) (100℃) 31 (4.5mm) 280 (20℃) (100℃) 29 (3.0mm) (100℃) 27 (5.25mm) 64 (155℃) 31 (4.75mm) (155℃) (3.5mm) 表3-17列出了国内外部分主绝缘单边绝缘厚度。从表3-17可以看出,桐马绝缘的单边主绝 缘厚度比TOA绝缘有较大幅度的减薄,而高云母含量绝缘的单边主绝缘厚度较桐马绝缘的单边主 绝缘厚度有了进一步的减薄,减薄后的 KV级电机绝缘厚度虽与A-A公司的2.8mm相比仍有差距, 但与美国GE公司的3.3mm接近, KV级的电机的绝缘厚度达到了美国GE公司的4.03mm水平,级的 电机的绝缘厚度与法国A-A公司的绝缘厚度相比,拉近了二者的差距。 额定电压,KV 表3-17主绝缘单边绝缘厚度,mm 法国A-A 美国GE TOA绝缘 Isotenx-N Micapal Ⅱ 桐马绝缘 高云母含量绝 缘 3.3.1.2.在大型水轮发电机定子线列出了额定电压从 KV ~,单机容量从20MW~550MW水轮发电机定子线棒电气绝缘性 能,Ⅰ行是用桐马绝缘的定子线棒的数据,Ⅱ行是用高云母含量桐马绝缘的定子线棒的数据。 数据是实际生产过程中从成品中抽取的。从表中可以看出成品线棒的绝缘性能达到了很高的水 平。数据分散性不大,说明多胶粉云母带性能和绝缘制造工艺很稳定。 额定电压,KV 表3-18水轮发电机定子线棒电气绝缘性能 介质损耗因数 介质损耗因数增量 热态介质损耗因 tgδ,% Δδ, 数δ, 瞬时工频击穿电 压, 瞬时工频电气 强度, Ⅰ Ⅱ - - - Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ ~ 88~115 - - - ~ 110~128 ~ 110~125 ~ 113~138 ~ 112~120 ~ 110~147 139 3.3.1.3.在汽轮发电机定子线MW汽轮发电机已是国内电网的主力机组,在不久的将来,国内将生产 电机容量为1000MW汽轮发电机。表3-19列出了200MW、300MW和600MW汽轮机发电机的部分定子线 棒绝缘电气性能,从数据中可以看出,汽轮发电机采用的材料和绝缘工艺都非常稳定. 表3-19 汽轮机发电机定子线棒绝缘电气性能 发电机 容量,MW 200 300 600 介质损耗因数tgδ,% 介质损耗Δδ(~), ~ ~ ~ 热态介质损耗因数 δ, ~ ~ ~ 瞬时工频电气 强度, 29~30 30~31 30~31 3.3.1.4.在交流大电机定子线KV高压电动机、小型水轮发电机的定子线圈大都是框式结构,其主绝缘材料主要是 中胶带VPI绝缘。中胶粉云母带在A公司的高压电机上应用后,高压电机均通过了型式试验,各 项指标均合格。同时对5只线棒进行了电气性能测试,结果见表3-20。 线电气性能 常态tgδ,% Δtgδ tgδ(155℃),% 击穿电压 , 51 56 52 58 61 击穿场强 , 应用试验结果表明,该中胶VPI主绝缘具有优良的电绝缘性能。常态tgδ%,Δtgδ1%, 155℃tgδ15%,击穿电压42KV,2#、4#、5#线MV/m,根据质量分等标准达到优 等品水平;1#、3#线MV/m根据质量分等标准达到一等品水平,可以满足中型高压 电机制造工艺和电气性能得需求。 3.3.1.5.三合一粉云母带在高压电机上的应用 高压电机定子绕组的端箍、极间连接线、相内连接线、引出线铜排包绕三合一粉云母带等 工序,固化成型后的绕组的端箍、极间连接线相内连接线、引出线铜排,绝缘性能良好,耐机 械损伤。 高压电机定子线棒经包绕三合一粉云母带等工序,固化成型后,其性能见表3-21。从表3-21 可知,高压电机定子线棒绝缘具有很高的介电强度和绝缘电阻,较小的介质损耗因数。三合一 粉云母带,完全能满足高压电机定子绕组的端箍、极间连接线、相内连接线、引出线铜排及主 绝缘等绝缘性能的需求。 项目 性能 500V ~ 表3-21高压电机定子线棒绝缘性能 介质损耗因数tgδ,% 1000V 2000V ~ ~ 3000V ~ 介电强度, 绝缘电阻(时), Ω 42~46 100000~∞ 3.3.2. 高电压环氧玻璃粉云母带在三峡机组上的应用 举世瞩目长江三峡电站一期工程—左岸机组已经开始投入运行,发电站一期工程装机14台, 由两个联合体供货,即ALSTOM(合同签定时ABB发电公司为发电机供货方,后并入法国ALSTOM 公司)供货8台套,VGS(VOITH-GE加拿大-SIEMENS)供货6台套,哈尔滨电机厂股份有限责任公 司和东方电机厂股份有限责任公司是国内的分包方。 3.3.2.1.高电压桐马环氧玻璃粉云母带的制造 随着发电机单机容量的不断增大,额定电压的提高,对云母带等主绝缘材料要求更高。尤 其三峡巨轮水轮发电机机组,其电机额定电压为20KV,机组单机容量为700MW,是国内额定电压 等级最高、单机容量最大的水轮发电机组。因而对三峡机组定子线棒所用的云母带提出了更高 而特殊的要求。高电压桐马环氧玻璃粉云母带(以下简称高压带)就是应三峡机组的需求而制造 的。高压带是根据三峡机组的高性能的特殊需求,在原有的桐马环氧玻璃粉云母带基础上加以 改进,经过特殊选材,特殊工艺,并经一系列的试验后,应用于三峡机组上。 3.3.2.2.用高压带制成的定子线棒的主绝缘性能 对于三峡巨轮水轮发电机机组而言,是国内额定电压等级最高、单机容量最大的水轮发电 机组。其电机的推力轴承和定子线棒绝缘是两项关键技术。因而,对于三峡机组的线棒的主绝 缘提出了更高的要求,三峡机组定子线棒能否实现国产化,就在于为三峡机组生产的定子线棒 能否达到三峡机组定子线棒技术指标,以满足中国长江三峡开发总公司验收合同。 (1)三峡机组定子线棒技术指标 工频击穿电压不低于 UN,,历时1min(ALSTOM公司的指标标为 UN)。 冲击耐压(KV)不低于×2×(2 UN +3)。 定子绕组嵌线过程中能耐受的工频交流电压(KV),历时1min: 线UN +(ALSTOM公司的指标标为4UN)。 下层线UN +。 上层线UN +。 端部连接、端箍、引线UN +。 单根线棒在 UN下不起晕,整机试验时,在 UN下不起晕。 单根线棒介质损耗tgδ和介质损耗增量Δtgδ不大于下列数值: tgδ≯1% Δtgδ=(tgδ –tgδ/2≯%(试品概率95%);≯%(试品概率5%)。 (2)三峡机组定子线棒的性能 工频击穿试验 试验线棒直线段绝缘全部包裹铝箔作接地极,放在油槽内通电加压,线棒的 击穿电压接近,平均值。 工频耐压试验 试验线min,全部通过。 电晕试验 试验线KV,均无电晕或放电现象。 介损试验 试验线。表中介质损耗因数和介损增量比较小,介质 损耗因数tgδ =%,Δtgδmax=(tgδ –tgδ/2 =%。二者均达到三峡机组定子线试验线棒的tgδ-U性能,% 线圈序号 tgδ Δδ UN UN UN UN UN UN 1# 2# 3# 4# 5# 电老化试验:1998年用三峡专用云母带制成线棒到瑞士ALSTOM(ABB)公司进行试验,取得 了令人满意的结果。2002年1月ALSTOM公司的专家组抽出6根线棒投入电老化试验。截止到2002 年11月26日,试验结果见表3-23,表中三峡定子线棒在 UN下的电老化寿命中值为3763h,是 ALSTOM标准的倍,电老化寿命最小值为1251h,超过ALSTOM公司的1000h的标准,满足ALSTOM公 司的 UN下1000h和1.6 UN下4000h的要求。 线-006 表3-23三峡线棒电老化试验寿命值,h 电压 寿命值 1251 UN 3763 5384 4438 UN 4438 4438 击穿日期 4月5日 8月16日 11月5日 试验在运行中,没有击穿 热稳定性试验:线h 两周期的试验后,用高压带制成的定子线棒 绝缘仍能保持良好的整体性,见表3-24。 试验周期 绝缘整体性 表3-24热稳定性 尺寸变化,mm 平均值 最大值 170℃ 48h 良好无发空 0 190℃ 96h 良好无发空 Δδ(常态), δ(热态), 耐热性试验:对6根线天)后, 最大变形为%(0.227mm), 另外3根加热至180℃,保温1104h(46天)后,最大变形%(0.079mm), 达到ALSTOM公司F级绝缘耐热性的要求.。体现了高压带固化后的优良绝缘整体性能和电气稳定 性能。 用高压带为三峡机组生产的定子线棒的各项性能均达到了ALSTOM公司的要求,满足了中国 长江三峡开发总公司验收合同要求。 3.4.多胶粉云母带的发展方向 1)从700 MW-1000MW大型发电机主绝缘的需求出发,研发高稳定性、高电气性、高强度性和高 导热性等高性能的多胶粉云母带。 2)从环保方面出发,研发无毒害性、无污染性的环保型的多胶粉云母带。 3)从节能方面出发,研发快固型等多胶粉云母带。 4.少胶粉云母带 真空压力浸渍(简称VPI)是当今世界上较好的绝缘处理技术。经VPI处理的少胶绝缘结构 中,绝缘内部无气隙,整体性良好,提高了云母含量和绝缘的导热性,有利于提高绝缘的电气 性能和耐电寿命,从而提高电机的技术指标,运行寿命及可靠性,同时大大简化了绝缘的制造 工艺,提高生产率,降低制造成本,而且有利于提高绝缘质量的稳定性。 国外40年代就成功的将VPI绝缘技术应用于发电机定子绝缘中,70年代应用于大中型高压电 机的主绝缘中,90年代已经广泛应用于各种电机、电器的绝缘处理中。五十多年来,各公司不 断地改进和完善VPI绝缘技术,使VPI绝缘技术达到了很高的水平。如美国的西屋公司、瑞士的 ABB公司、德国的西门子公司、日本的三菱电机公司和瑞士的ISOLA公司等。 我国从70年代开始VPI绝缘体系的研究工作,鉴于当时国内的技术水平,缺乏少胶云母带和 与之配套的浸渍树脂,采用了折中的过渡办法,即中胶VPI绝缘体系。80年代引进国外VPI绝缘 技术,开始研制少胶粉云母带,基于当时的材料及设备等条件的局限性,少胶粉云母带处于停 滞状态。到了90年代,各大绝缘制造及应用公司关注到了少胶VPI绝缘体系的发展前景,纷纷投 入巨大的人力物力,开始研究VPI绝缘技术,同时促动了原材料制造技术的发展,于90年代末, 出现了不饱和聚酯亚胺少胶VPI绝缘体系、环氧酸酐少胶VPI绝缘体系。 少胶粉云母带和浸渍树脂是VPI绝缘体系中两个重要组成部分,少胶粉云母带中的胶粘剂含 量很少,少胶粉云母带的最终固化性能主要依赖于浸渍树脂。少胶粉云母带性能的好坏,且与 浸渍树脂相容性的好坏,对VPI的绝缘性能以及电老化性能产生很大的影响。 4.1.少胶粉云母带的组成、性能及特性 4.1.1.国外少胶粉云母带的组成、性能及特性 美国西屋公司的Thermalastic绝缘和瑞士ABB公司的Micadur绝缘是世界上大型高压电机少 胶VPI绝缘的典型代表;德国西门子公司的Micalastic绝缘和瑞士ISOLA公司的Samicabond绝缘 是世界上中型高压电机少胶VPI绝缘的典型代表。其少胶粉云母带的组成及少胶VPI主绝缘结构 的性能见表4-1。 项目 浸渍树脂组分 表4-1国外少胶VPI主绝缘结构性能 美国西屋公司 瑞士ABB公司Micadur Thermalastic绝缘 绝缘 环氧酸酐 环氧酸酐 苯乙烯 不饱和聚酯 苯乙烯 德国西门子公司 Micalastic绝缘 环氧酸酐 ISOLA公司Samicabond 绝缘 不饱和聚酯亚胺树脂 苯乙烯 少胶云母带胶粘剂 组成 主绝缘厚度,mm tgδ(常态),% (热态),% Δtgδ,% 介电强度,MV/m 环氧树脂 20KV级 (130℃) 25 环氧树脂 20KV级 2 (155℃) 1 25 环氧树脂 级 37 环氧树脂 聚酯树脂 10KV级 1 5 25 1)美国西屋公司的Thermalastic绝缘 少胶粉云母带主要由环氧树脂胶粘剂、透气性较好的生 云母纸和玻璃布组成,浸渍树脂采用环氧酸酐苯乙烯树脂,顺酐在触媒下与环氧树脂生成环氧 酯化合物,环氧树脂依靠引入的顺酐双键与苯乙烯起交联反应,为了提高复合物的固化交联密 度又加入了乙酰丙酮盐,以改善高温介质损耗特性。 2)瑞士ABB公司的Micadur绝缘 世界上以精工细作闻名的定子线圈主绝缘结构,采用单面密纹 的玻璃布作补强材料,它赋予云母带较高的机械强度和较高的云母含量,并采用大鳞片的粉云 母纸制成少胶云母带,浸渍树脂属于环氧酸酐不饱和聚酯苯乙烯型,由于浸渍树脂在常温下具 有低粘度的特性,采用托的真空度,的浸渍压力,并根据不同的绝缘厚度选择浸渍时间进行浸 渍,以使定子线圈主绝缘获得性能良好的绝缘。 3)德国西门子公司的Micalastic绝缘 浸渍树脂采用无稀释剂的环氧酸酐浸渍树脂,为了获得 浸渍树脂良好的贮存特性,浸渍树脂中的环氧树脂是应用分子蒸馏方法制得高纯度的环氧树脂。 该树脂在浸渍时,为了获得较低的粘度,需将浸渍树脂加热至70℃,在热态状态下进行浸渍。 为了加速绝缘的固化速度和提高固化程度,采用含有高温反应的胺类促进剂的环氧型少胶云母 带,浸渍后的定子线棒在烘炉中加热固化时,需在烘炉的四个角上放置四支盛有液态胺类促进 剂的小铁盒,定子线圈绝缘固化过程中,绝缘表面遇到蒸发出来的胺类促进剂的气体分子时, 就能迅速固化,同时定子线圈表面绕包一层单向性流漆的特殊防护带,以防止树脂在加热固化 过程中过多流失,在保证绝缘具有较好的性能的同时,在某种程度上确保了浸渍树脂的贮存性。 4)瑞士ISOLA公司的Samicabond绝缘 浸渍树脂是一种不饱和聚酯亚胺树脂,室温下具有较高的 稳定性,并具有低温快固化的特点。使用环氧树脂和聚酯树脂作为少胶粉云母带的胶粘剂,这 种少胶粉云母带既与不饱和聚酯亚胺型VPI绝缘体系匹配,又与环氧型VPI绝缘体系匹配构成主 绝缘,其绝缘具有良好的机械和介电性能。 5)日本三菱电机公司VPI绝缘具有一定的特色,定子线圈的对地绝缘的包扎全部由六座标数控 包带机来完成,VPI的工艺参数(包括浸渍树脂的粘度)均用自动记录仪进行控制和检测。并采 用了含促进剂的环氧型胶粘剂制成大网格的少胶云母带,云母带有两种,即少胶片云母带和少 胶粉云母带。胶含量为7%~8%,具有较长的贮存期,适用于数控包带机的自动包带。该绝缘具 有质量波动小,性能稳定等特点。 4.1.2.国内少胶粉云母带的组成、性能及特性 4.1.2.1.少胶粉云母带的组成及特性 我国少胶VPI绝缘发展的速度缓慢,直至近几年,我国VPI绝缘发展讯速,许多公司纷纷研 制出了少胶粉云母带、浸渍树脂,并成功的应用于高压电机中。 1)不饱和聚酯亚胺树脂VPI绝缘 浸渍树脂是在无溶剂漆的基础上,优化其分子结构,减少活 性基团,简化主链结构,采用封端技术,使固化反应可控,在保证贮存稳定性的前提下,实现 低温快速固化。根据相似相溶原理,选择与不饱和聚酯亚胺树脂VPI绝缘的浸渍树脂漆基相似的 结构作为少胶粉云母带粘合剂,并控制少胶粉云母带粘合树脂的软化点和粘结强度,使特制的 生云母纸与玻璃布有良好的粘结性的前提下,确保少胶粉云母带柔软性。该绝缘体系中的浸渍 树脂与少胶粉云母带相容性良好,质量稳定,介电性能良好,常态电老化和热电老化达到了很 高的水平。 2)环氧型VPI绝缘 该绝缘体系中的浸渍树脂与美国西屋公司的Thermalastic绝缘中的浸渍树 脂结构相似,浸渍树脂采用环氧酸酐苯乙烯树脂,顺酐在触媒下与环氧树脂生成环氧酯化合物, 环氧树脂依靠引入的顺酐双键、甲基纳狄克酸酐与苯乙烯起交联反应,为了提高复合物的固化 交联密度又加入了高温促进剂,以改善高温介质损耗特性。少胶粉云母带主要由环氧树脂胶粘 剂、相对致密生云母纸和玻璃布组成。在以往的VPI绝缘体系中,少胶粉云母纸的透气性的指标 很重要,相对致密粉云母纸将影响此指标,但实际应用表明,浸渍树脂在压力的作用下,主要 是从半叠包的缝隙间进入绝缘内部。该绝缘体系中的浸渍树脂与少胶粉云母带相容性良好,质 量稳定,介电性能良好,常态电老化和热电老化达到了很高的水平。 4.1.2.2.少胶粉云母带的性能 (1)少胶粉云母带的常规性能 见表4-2。 表4-2国内几个公司少胶粉云母带的常规性能 项目 B1 C D E F 厚度,mm 单位面积定量,g/m2 199 187 204 205 190 云母定量,g/m2 160 153 155 161 162 玻璃布定量,g/m2 24 21 胶含量,% 挥发物,% 拉伸强度,N/10mm 91 129 83 82 电气强度,MV/m 15 (2)用少胶粉云母带制成主绝缘线棒的性能 高压电机主绝缘性能要求很多,主要有绝缘整 体性,电气性能包括介质损耗因数及增量、击穿水平、长期耐电性(电寿命)、绝缘耐热性,绝 缘机械强度包括弯曲强度、冲击强度等。其中绝缘耐热性主要取决于该体系的化学组成,而机 械性能在很大程度上是由其组分体系所决定的。其它性能一方面与整个结构中的各组分间的相 容性有关,另一方面也受到工艺因素的影响。 a.6KV级少胶VPI绝缘结构性能 用少胶粉云母带包绕线棒经VPI处理后安装模拟槽,成型线 棒呈琥珀色,稍偏黄,颜色较均匀,槽部绝缘整体性良好,声音发脆无发空现象。 1)线 所包云母带重量,g 243 250 236 255 245 表4-3线棒的树脂含量 固化后绝缘中树脂含量,g 104 103 109 107 110 浸渍树脂在绝缘中占的百分含量,% 平均值,% 结果表明,浸渍后的线棒的树脂含量较高,能将少胶粉云母带完全浸透,能够确保了绝 缘结构的整体性。 2)线棒的tgδ-U性能 见表4-4。 项目 δ 温度 常态 表4-4线棒的tgδ-U性能,% 测试条件 线棒序号 测量值 电压,KV 备注 ). )Δδ δδ Δtgδ Δtgδ Δtgδ Δtgδ Δtgδ ℃ 1# 2# 3# 4# 5# 结果表明,线棒tgδ-U性能处于良好的水平。浸渍树脂与少胶粉云母带相容性良好。常态 tgδ,155℃tgδ ,按VPI中型高压电机整浸绝缘线圈质量分等标准,达优等品水平,常态Δ tgδ达一等品水平,完全能满足中型高压电机的主绝缘使用需求。 3)线线棒的击穿电压 单边绝缘厚度,mm 击穿电压,KV 介电强度,MV/m 平均值,MV/m 测试结果表明,线mm),处于良好水平,介 电强度均大于25MV/m ,按VPI中型高压电机整浸绝缘线圈质量分等标准达到一等品的水平。 b.10KV级少胶VPI绝缘结构电老化性能 用少胶粉云母带包绕线棒经VPI处理后安装模拟槽, 成型线棒呈琥珀色,少偏黄,颜色较均匀,槽部绝缘整体性良好,声音发脆无发空现象。 端部包绕高阻防晕带固化后,高阻防晕带与主绝缘粘结性良好,表面平整,无发空现象。 1)线 所包云母带重量,g 344 335 380 370 307 316 348 379 304 361 355 374 表4-6线棒的树脂含量 固化后绝缘中树脂含量,g 140 125 130 140 123 134 125 140 121 126 135 145 浸渍树脂在绝缘中占的百分含量,% 平均值,% 结果表明,浸渍后的线棒的树脂含量较高,能将少胶粉云母带完全浸透,确保了绝缘结构 的整体性。 2)线棒的tgδ-U性能 见表4-7。 项目 δ 温度 常态 表4-7线棒的tgδ-U性能,% 测试条件 线棒序号 测量值 电压,KV 备注 ) )Δδ δδ Δtgδ Δtgδ Δtgδ Δtgδ Δtgδ Δtgδ Δtgδ Δtgδ Δtgδ Δtgδ Δtgδ Δtgδ ℃ 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 8# 9# 10# 11# 12# 线棒tgδ-U性能测试结果表明,浸渍树脂与少胶粉云母带相容性良好。常态tgδ,Δtgδ, 155℃tgδ ,按VPI中型高压电机整浸绝缘线圈质量分等标准,均达优等品水平,完全能满足 中型高压电机的主绝缘使用需求。 3)线棒的起始电晕电压 见表4-8。 线# 12# 表4-8线棒的起始电晕电压,KV 测试条件 测试值 常态 工频 暗室中 备注 槽口外 测试结果表明,线棒的起始电晕电压均大于30KV,防晕结构处于较好的水平。 4)常态、热态电老化性能 见表4-9。 试验条件:常态电老化 室温 热态电老化 120℃ 试验场强:10MV/m 施加电压:25KV 表4-9常态、热态电老化性能,h 线# 电寿命 234 843 918 918 918 535 855 954 1098 1098 1098 备注 常态电老化 热态电老化 12# 1098 测试结果表明,常态电老化和120℃电老化寿命中值都大于800小时,按VPI中型高压电机整 浸绝缘线圈质量分等标准,达一等品水平,完全能满足中型高压电机的主绝缘使用需求。 5)线棒经老化试验后外观变化及绝缘整体性 常态电老化后颜色基本不变,热态电老化后颜色 转为黄色,绝缘整体性良好。 6)线棒经老化试验后的尺寸变化 见表4-10。 项目 线棒的宽度尺 寸 线# 表4-10线棒经老化试验后的尺寸变化,mm 测量点 测量值 与原始值相比变化 1 2 * 3 1 0 2 * 3 0 1 2 3 1 0 2 0 3 1 2 3 * 1 2 3 * 1 2 3 * 1 2 3 1 2 * 3 1 2 * 3 1 2 备注 击穿区域 3 12# 1 2 3 从测试结果可以看出,线棒经老化试验后,尺寸变化较小,说明该绝缘结构经过常态老化、 热电老化后,尺寸稳定性良好。 7)线棒经老化试验后tgδ-U性能 老化试验前后,通过对线℃的tgδ-U性能测试, 可以发现绝缘性能的变化。当绝缘整体性发生变化时,Δtgδ将明显增大。当155℃tgδ值增大 时,则意味着绝缘中树脂有不同程度的老化,所以tgδ-U性能也是线棒老化试验结果的一个重 要标志。见表4-11。图4、5是根据测试数据画出的老化试验前后的tgδ-U曲线。 项目 δ 温度 常态 表4-11线棒经老化试验后tgδ-U性能,% 测试条件 线棒序号 测量值 电压,KV 备注 ) )Δδ δδ Δtgδ Δtgδ Δtgδ Δtgδ Δtgδ ℃ 3# 4# 8# 11# 12# 从老化试验前后的tgδ-U曲线表明,该绝缘结构的室温tgδ有所增大,Δtgδ明显增大, 说明绝缘整体性在老化前后发生了变化(有时由于线棒老化防晕结构发生变化,也会造成假象, 这要具体分析)。155℃tgδ基本没有变化,说明该绝缘中的树脂具有良好耐老化性能,能满足F 级中型高压电机绝缘结构的需求。 δx10-2 12 10 8 6 4 2 室温 4 6 8 10 图4老化试验前的tgδ-U曲线老化试验后的tgδ-U曲线)线棒的剩余介电场强 经历了10MV/m的高场强及120℃的温度长时间的作用后,线棒绝缘内部 已经产生了不同程度的爬电通道,因此线棒的电气强度均有不同程度的下降,通过比较不同绝 缘体系的剩余场强,也是比较不同绝缘体系耐热电性能水平的方法之一,见表4-12。 线 表4-12线棒的剩余介电强度 单边平均绝缘厚度,mm 剩余介电强度,MV/m 平均值,MV/m 从测试数据可以看出,老化试验后的剩余介电强度仍较高,表明该绝缘结构的耐热电性能 处于较高的水平。 .少胶粉云母带的制造 少胶粉云母带在世界许多国家均有生产,但生产方式只有两种,一种是采用干法生产;另 一种是采用湿法生产。干法生产的特点是云母带疏松,渗透性好,但包绕时易飞粉。湿法生产 的云母带克服了易飞粉的缺点,但易反粘,且污染环境。 国外少胶粉云母带的生产,既有干法生产的,又有湿法生产的。而我国目前只是用湿法生 产,生产工艺有多种,其宗旨是生产出的少胶粉云母带,柔软不飞粉,不分层,不反粘,胶含 量均匀适中。少胶粉云母带的生产过程是:生产少胶粉云母带前,先将生产少胶粉云母带所用 的胶粘剂按不同生产方式所需求固体含量兑好后注入胶槽中,胶槽要有回胶系统,使胶槽中的 胶粘剂的固体含量均匀,然后将玻璃布按该生产方式穿好,放上云母纸,开启少胶粉云母带设 备,用胶复合玻璃布和粉云母纸,并进入烘箱进行烘焙的同时胶粘剂进一步浸润粉云母纸后, 出烘箱进行卷制、分切而成少胶粉云母带。其中生产环氧型少胶粉云母带时温度要略高于生产 不饱和聚酯亚胺型的少胶粉云母带的的温度,并且烘箱的温度要有一定的梯度,生产少胶粉云 母带的线m/min,以确保胶粘剂浸润粉云母纸的时间。 国内生产少胶粉云母带的设备大多数是将原来生产多胶粉云母带设备进行改进后,用于生 产少胶粉云母带。国内生产少胶粉云母带的工艺有多种,每种都有各自的特点,也有不足之处, 这里只简单介绍两种仅供参考:1)首先将高软化点的树脂稀释成低固体含量的胶粘剂后,浸润 粉云母纸,并用托网托住粉云母纸送入烘箱烘焙后,出烘箱与涂有均匀而适量胶粘剂的玻璃布 经压辊复合后,进入第二节烘箱进行烘焙,然后出烘箱进行卷制,分切而成少胶粉云母带;2) 首先将玻璃布涂上胶粘剂,并使涂在玻璃布的胶粘剂的部分溶剂挥发掉后,放上粉云母纸,经 压辊复合后,在粉纸表面均匀的喷上高软化点低固体含量的胶粘剂进入烘箱粘合、浸润、烘焙, 然后出烘箱进行卷制,分切而成少胶粉云母带。 综观国内少胶粉云母带的生产工艺,都有共同不足之处,因为云母纸的强度低和生产设备 的局限性,玻璃布与粉云母纸复合进入烘箱烘焙时,云母纸必须在上表面,而玻璃布在下表面, 这样一来少胶粉云母带中的胶粘剂在温度和重力的作用下向下运动,使少胶粉云母带中的胶粘 剂过多集中在玻璃布和粉纸的中下部,当胶含量偏小时,就没有足够的胶粘剂浸润粉云母纸的 上表面,致使少胶粉云母带产生飞粉现象;当胶含量偏大时,过多的胶粘剂集中在玻璃布下表 面,当少胶粉云母带卷制时,玻璃布的下表面与粉云母纸的上表面接触,在使用开盘时,玻璃 布的下表面与粉云母纸的上表面粘连,产生反粘现象。如此狭窄的工艺幅度,必然导致少胶粉 云母带质量波动,容易产生质量问题。解决这些问题的主要方法之一,就是尽快的研制出符和 少胶粉云母带生产需求的专用设备,这是我国少胶粉云母带远远落后于国外发达国家水平的主 要原因之一。 国外各公司少胶粉云母带的制造方法都是严格保密的。但是无论是干法生产还是湿法生产, 都有一个共同之处,通过一定的工艺方法,玻璃布涂胶后与粉云母纸复合,在进入烘箱烘焙时, 都是使云母纸在下面,玻璃布在上面,这样,少胶粉云母带中的胶粘剂在温度和重力的作用下 向下运动,逐渐浸润粉云母纸,少胶粉云母带中的胶粘剂的集中分布在玻璃布与粉云母纸的临 界面上,分布呈梭型,玻璃布的上表面和粉云母纸的下表面胶含量相对较少,这样既解决了玻 璃布与粉云母纸粘接性的问题,又解决了少胶粉云母带的反粘、飞粉问题。据文献报道,S公司 的少胶粉云母带制造过程中,将树脂液喷洒在粉云母纸的上表面后,在覆上玻璃布,不需要二 次涂胶,制成的少胶粉云母带透气性良好。B公司少胶粉云母带制造专利技术特点是,玻璃布托 着粉云母纸,并在玻璃布面涂胶复合,经一个大的换向辊使粉云母纸与玻璃布的上下位置颠倒, 即玻璃布在上表面,粉云母纸在下表面,这样进入烘箱进行烘焙。,该专利中的树脂含较多的高 分子聚酯树脂,不需要二次涂胶,B公司少胶粉云母带制造工艺示意图见图6。 换向辊 胶槽 上胶滚 云母纸放卷 传送装置 烘房 玻璃布放卷 收卷装置 图6是B公司少胶粉云母带制造工艺示意图 这种少胶粉云母带专用生产设备,有效的解决了粉云母纸强度低而无法直接在底下上胶的 问题,另外,与国内云母带生产设备相比,国内在生产时,需在前项开卷,后项收卷,而B公司 的这种少胶粉云母带生产设备开卷和收卷只需在前项,有效的降低了劳动成本。 .少胶粉云母带的应用 发达国家40年代就将VPI技术应用于发电机定子绝缘中,到了90年代,已将VPI技术广泛应 用于各种电机、电器的绝缘处理中,并不断地改进和完善VPI绝缘技术,目前发达国家VPI绝缘 技术达到了很高的水平。 我国真正的将少胶粉云母带应用于中型高压电机定子绝缘中,应该是从90年代开始。随着 经济快速的发展,市场竞争也随之激烈,迫使电机制造业不得不重新认识高压电机绝缘制造工 艺,生产效率,制造成本,运行可靠性等问题,因而将目光投向少胶VPI绝缘技术,同时带动了 绝缘制造业及原材料制造业的发展。 90年代初,G电机厂开始了中型高压电机少胶VPI绝缘的大规模引进,从VPI设备、包带机到 浸渍树脂、少胶粉云母带及配套材料全部进口,开始了少胶VPI绝缘结构的中型高压电机的批量 生产。与此同时,H电机厂使用国产环氧少胶粉云母带和VPI环氧浸渍树脂,开始中型高压电机 的试制,经过一些技术设备改造,成功的将我国的少胶粉云母带和浸渍树脂应用于中型高压电 机定子绝缘的VPI处理中,大大促进了国产少胶粉云母带和VPI浸渍树脂及其配套材料的改进和 发展,为我国中型高压电机少胶VPI绝缘做出了较大的贡献。 90年代末,B1公司在引进漆的基础上,通过技术改进,研制出一种非环氧型的VPI浸渍树脂, 并用其漆基树脂研发了少胶粉云母带,确保了VPI体系中的浸渍树脂与少胶粉云母带的相容性。 成为我国中型高压电机一种新型少胶VPI绝缘体系,即不饱和聚酯亚胺树脂VPI绝缘。 4.3.1.少胶粉云母带在6KV级高压电机上的应用 1)在I公司的应用 高压电机均通过了型式试验,各项指标均合格。同时对三只线圈进行了电气 性能测试,结果见表4-13。 线电气性能 tgδ(室温),% tgδ(155℃),% 击穿电压, Δtgδ 50 50 — 48 应用试验结果表明,少胶粉云母带与浸渍树脂相容性良好。根据JB-50133-1999标准,常态、 155℃介质损耗因数、瞬时工频击穿电压均达到优等品水平,制得的主绝缘具有优良的电绝缘性 能,可以满足中型高压电机制造工艺和电气性能得需求。 2)在G公司得应用 见表4-14。 项目 介质损耗因数tgδ 表4-14电机线圈性能测试,% Δtg Δtg(每) tgδ(155℃) 击穿电压为1#、2# 、3#、4# ,按JB/T50133-1999中型高压电机少胶整浸线圈质量分等标准 规定都大于42KV,达一等品水平。 从表4-14得测试性能可以看出,常态、155℃tgδ,Δtgδ性能,按JB/T50133-1999中型高 压电机少胶整浸线圈质量分等标准,均达优等品水平。 4.3.2.少胶粉云母带在6KV、10KV级高压电机上的应用 表4-15列出了少胶粉云母带应用在高压电机上整机试验结果,这是在J公司的应用结果,6KV 级电机主绝缘单边厚度为1.6mm,10KV级电机主绝缘单边厚度为2.5mm。比同电压等级的多胶模 压结构减薄了20%以上,这样在功率不变的情况下,可以减少电机的体积和节省原材料。在体积 不变的情况下,可以增加效率,降低生产成本,同时提高了定子的导热率,降低了运行温升, 减弱了绝缘的老化程度,从而提高了电机的运行可靠性。 序号 1 2 3 4 表4-15少胶粉云母带应用在高压电机上整机试验结果 项目 1#电机,280KW 6KV 室温电阻,MΩ 2500 热态电阻,MΩ 30 受潮电阻,MΩ 2000,2000 耐压试验,KV 通过 2#电机,355KW 10KV 2500 50 1000,2000 通过 试验结果表明,少胶VPI绝缘完全能满足中型高压电机的主绝缘需求。 4.4.少胶粉云母带的改进 国内少胶粉云母带已达较高的水平,如少胶粉云母带与之VPI体系的浸渍树脂相容性良好, 用少胶粉云母带包绕的中型高压电机定子线棒经VPI处理后,介电性、整体性,热稳定性良好, 并且VPI绝缘结构制造工艺简单,生产率高,制造成本低,而且绝缘质量的稳定性好,具有广阔 的应用前景。但与国外少胶粉云母带相比还有一定的差距,原因在于生产的用于少胶粉云母带 的原材料性能有不足之处,并且少胶粉云母带的制造都是在改进的多胶粉云母带设备上生产的, 且少胶粉云母带分切设备落后等许多因素都会影响少胶粉云母带质量,如在少胶粉云母带的柔 软性、粘性、渗透性等方面存在质量波动问题,需进一步改进并完善少胶粉云母带的质量。 5. 参考文献 [1]付岚贵,金英兰。云母带等主绝缘材料在发电机和高压大电机工业中的应用[J]。 绝缘材料通讯,2000,5:9~17。 [2]浦顺兴。最近国内外大电机定子线圈主绝缘的发展[J]。绝缘材料通讯,1996,2: 5~11。 [3]曾谦。东方绝缘技术的发展[J]。绝缘材料通讯,1999,2:32~37。 [4]李吉英。中型交流10KV级电机定子线圈绝缘结构及绝缘工艺试验[J]。绝缘材料 通讯,1996,5:29~31。 [5]付岚贵,金英兰。大型水轮发电机定子线圈绝缘厚度减薄研究[J]。绝缘材料通 讯,2000,3:31~35。 [6]何智江。三峡左岸电站发电机定子线棒主绝缘技术特点[J]。大电机技术,2003, 6:1~6。 [7]金英兰等。三峡水轮发电机用桐马环氧玻璃粉云母带[J]。绝缘材料,200。


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