有機(jī)硅云母帶及其絕緣結(jié)構(gòu)性能對(duì)比分析

黃福祥，曹燕飛，陳紅生，梁西川，盛科山，李海紅

（1.中車株洲電機(jī)有限公司，湖南 株洲 412001；2.株洲時(shí)代新材料科技股份有限公司 湖南 株洲 412007）

有機(jī)硅云母帶及其絕緣結(jié)構(gòu)性能對(duì)比分析

黃福祥1，曹燕飛1，陳紅生1，梁西川1，盛科山2，李海紅2

（1.中車株洲電機(jī)有限公司，湖南 株洲 412001；2.株洲時(shí)代新材料科技股份有限公司 湖南 株洲 412007）

有機(jī)硅絕緣系統(tǒng)因其卓越的耐熱性能和電絕緣性能，已成為軌道交通牽引電機(jī)絕緣技術(shù)重要的解決方案，而有機(jī)硅云母帶作為有機(jī)硅絕緣系統(tǒng)關(guān)鍵配套材料，也成為絕緣系統(tǒng)的重要研究對(duì)象。文章以進(jìn)口某型有機(jī)硅云母帶為基準(zhǔn)，對(duì)比驗(yàn)證和分析了國產(chǎn)云母帶與進(jìn)口云母帶從材料到絕緣結(jié)構(gòu)的性能，確認(rèn)國產(chǎn)有機(jī)硅云母帶技術(shù)可行性，并提出進(jìn)一步研究內(nèi)容建議。

有機(jī)硅；云母帶；絕緣結(jié)構(gòu)；性能

有機(jī)硅絕緣系統(tǒng)是目前國內(nèi)外牽引電機(jī)領(lǐng)域主流絕緣系統(tǒng)之一，具備優(yōu)異的耐熱和介電性能，在歐洲已擁有近三十年的運(yùn)行業(yè)績。為適應(yīng)鐵路機(jī)車牽引電機(jī)交流化、高速重載化的發(fā)展，我國牽引電機(jī)制造商通過與國外先進(jìn)牽引電機(jī)制造商進(jìn)行技術(shù)合作的方式引進(jìn)了有機(jī)硅絕緣系統(tǒng)，并取得了很好的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)。國內(nèi)有機(jī)硅絕緣系統(tǒng)整體保持了歐洲有機(jī)硅絕緣體系的技術(shù)風(fēng)格——即采用玻璃布補(bǔ)強(qiáng)有機(jī)硅粉云母帶和聚酰亞胺薄膜作為繞包絕緣，浸漬有機(jī)硅無溶劑樹脂實(shí)現(xiàn)絕緣結(jié)構(gòu)。

為縮小牽引電機(jī)在絕緣技術(shù)領(lǐng)域與國外先進(jìn)水平的差距，徹底打破國外在機(jī)車牽引電機(jī)高性能絕緣技術(shù)領(lǐng)域的壟斷，同時(shí)加快我國軌道交通領(lǐng)域高等級(jí)絕緣系統(tǒng)的自主研發(fā)步伐，我國也在不斷加大諸如有機(jī)硅絕緣系統(tǒng)國內(nèi)自主研發(fā)的力度，其中有機(jī)硅絕緣系統(tǒng)的關(guān)鍵配套材料——有機(jī)硅云母帶已成為重點(diǎn)研究目標(biāo)。文章是以2款國產(chǎn)有機(jī)硅云母帶（A、B）作為研究對(duì)象，與進(jìn)口同類有機(jī)硅云母帶進(jìn)行對(duì)比，分別浸漬有機(jī)硅無溶劑樹脂制作模擬結(jié)構(gòu)，對(duì)云母帶及其絕緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，以研究國產(chǎn)有機(jī)硅云母帶的技術(shù)可行性，并提出進(jìn)一步研究內(nèi)容建議。

1 試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)儀器設(shè)備。50kN電子式萬能試驗(yàn)機(jī)，型號(hào)ETM504D，深圳萬測試驗(yàn)設(shè)備有限公司；高阻計(jì)，型號(hào)JYU-17，美國KEIHLEY（美國吉時(shí)利）；介質(zhì)損耗測試儀，型號(hào)JTGN-50RN/25KVA，德國Doble-Lemke；150kV擊穿電壓測試儀，型號(hào)YDTW-100/150/0.38，上海浦東申高電容器有限公司。

（2）試樣制備。①云母帶性能測試樣。選取A、B廠國產(chǎn)和某型進(jìn)口有機(jī)硅云母帶，按照GB/T5019.2-2009標(biāo)準(zhǔn)制取云母帶基本性能測試樣。②模型絕緣結(jié)構(gòu)試樣。試驗(yàn)以逆變器中間回路電壓為DC1800V的某牽引電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)為模型，主絕緣有機(jī)硅云母帶與聚酰亞胺薄膜混包結(jié)構(gòu)，整體VPI浸漬有機(jī)硅無溶劑浸漬漆并旋轉(zhuǎn)烘焙，模型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)如圖1所示，每組模型結(jié)構(gòu)由6個(gè)模擬線圈組成。

圖1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

（3）試驗(yàn)內(nèi)容和方法。①云母帶性能。按照GB/T5019. 2-2009標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定方法進(jìn)行云母帶尺寸、揮發(fā)物含量、組成、電氣強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度測試等，并輔以繞包工藝性進(jìn)行對(duì)比。②模型絕緣結(jié)構(gòu)測試。絕緣電阻：檢測試樣DC1000V/1min的絕緣電阻。常態(tài)介質(zhì)損耗：分別檢測各組試樣常態(tài)和熱態(tài)（200℃）下1000V～3000V的介質(zhì)損耗值，每500V一檔，記錄試驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算tan3kV-tan1kV介質(zhì)損耗增量。常態(tài)擊穿電壓：對(duì)模型結(jié)構(gòu)試樣逐個(gè)線圈進(jìn)行油中擊穿電壓測試，采用500V/s連續(xù)升壓，直至擊穿，記錄擊穿電壓。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 云母帶

（1）常規(guī)性能。表1為A、B廠生產(chǎn)的2種有機(jī)硅云母帶的基本性能，A、B兩廠的有機(jī)硅云母帶均達(dá)到了進(jìn)口同類有機(jī)硅云母帶性能指標(biāo)要求。

表1 有機(jī)硅云母帶性能

（2）繞包工藝性。進(jìn)口有機(jī)硅云母帶和A廠云母帶在進(jìn)行手工繞包時(shí)柔軟性適中度基本無拉絲、掉粉云母紙剝離和開裂等現(xiàn)象，線圈絕緣繞包平整服帖。B廠云母帶柔軟性稍差，線圈絕緣繞包平整和服帖性較差。

2.2 模型絕緣結(jié)構(gòu)

（1）絕緣電阻?；贏、B廠國產(chǎn)有機(jī)硅云母帶與進(jìn)口有機(jī)硅云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)的絕緣電阻值如圖2所示。進(jìn)口云母帶和A廠云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)絕緣電阻均達(dá)到了1×1012級(jí)，B廠云母帶絕緣結(jié)構(gòu)絕緣電阻低于其它兩種云母帶絕緣結(jié)構(gòu)。

圖2 基于國產(chǎn)與進(jìn)口有機(jī)硅云母帶模型結(jié)構(gòu)絕緣電阻值

（2）常、熱態(tài)介質(zhì)損耗。①常態(tài)介質(zhì)損耗及其增量?；贏、B廠國產(chǎn)有機(jī)硅云母帶與進(jìn)口有機(jī)硅云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)的常態(tài)介質(zhì)損耗和介質(zhì)損耗增量（tan3kV-tan1kV）分別如圖3和圖4所示。在2.5kV以下基于A、B兩廠有機(jī)硅云母帶的模型絕緣結(jié)構(gòu)介質(zhì)損耗相當(dāng)，但都高于進(jìn)口云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)；3kV-1kV下介質(zhì)損耗增量，基于A廠云母帶和進(jìn)口云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)的介質(zhì)損耗增量都很小，兩者差異基本可以忽略，而基于B廠云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)的介質(zhì)損耗增量達(dá)到了0.379%，明顯大于A廠和進(jìn)口有機(jī)硅云母帶的模型絕緣結(jié)構(gòu)。

介質(zhì)損耗增量主要表征絕緣結(jié)構(gòu)的整體性，是表征絕緣材料工藝性和絕緣處理效果的重要指標(biāo)，增量越大表明整體性越差，B廠云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)介質(zhì)損耗增量明顯大，這與前面繞包工藝性驗(yàn)證的柔軟性差影響絕緣結(jié)構(gòu)整體性的結(jié)果相符。

圖3 基于國產(chǎn)與進(jìn)口有機(jī)硅云母帶模型結(jié)構(gòu)常態(tài)介質(zhì)損耗

圖4 基于國產(chǎn)與進(jìn)口有機(jī)硅云母帶模型結(jié)構(gòu)介質(zhì)損耗增量

（3）熱態(tài)（200℃）介質(zhì)損耗及其增量。基于A、B廠國產(chǎn)有機(jī)硅云母帶與進(jìn)口有機(jī)硅云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)的熱態(tài)（200℃）介質(zhì)損耗如圖5所示。A廠和進(jìn)口有機(jī)硅云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)的熱態(tài)介質(zhì)損耗隨電壓變化曲線基本重合，而B廠有機(jī)硅云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)的熱態(tài)介質(zhì)損耗高于前兩種結(jié)構(gòu)，且其熱態(tài)介質(zhì)損耗陡增的拐點(diǎn)相比常態(tài)往前移了約0.5kV。熱態(tài)介質(zhì)損耗主要表征組成絕緣結(jié)構(gòu)材料之間的配套性，熱態(tài)介質(zhì)損耗越低表明配套效果越佳，熱態(tài)介質(zhì)損耗結(jié)果表明B廠有機(jī)硅云母帶與有機(jī)硅浸漬漆的配套性相比進(jìn)口和A廠有機(jī)硅云母帶要差。

圖5 基于國產(chǎn)與進(jìn)口有機(jī)硅云母帶模型結(jié)構(gòu)熱態(tài)（200℃）介質(zhì)損耗

（4）常態(tài)擊穿電壓（油中）?；贏、B廠國產(chǎn)有機(jī)硅云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)的擊穿電壓與進(jìn)口云母帶模型結(jié)構(gòu)擊穿電壓接近率如圖6所示。三種模型絕緣結(jié)構(gòu)擊穿電壓水平都很高，從與進(jìn)口云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)擊穿電壓的接近率來看，A廠有機(jī)硅云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)接近率達(dá)到98.5%，B廠有機(jī)硅云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)則超過進(jìn)口云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)達(dá)到了104%。

圖6 基于國產(chǎn)與進(jìn)口有機(jī)硅云母帶模型結(jié)構(gòu)擊穿電壓

3 結(jié)論

（1）待評(píng)價(jià)的2家國產(chǎn)有機(jī)硅云母帶原材料基本性能都達(dá)到了進(jìn)口同類帶性能指標(biāo)要求，但B廠有機(jī)硅云母帶柔軟性較差會(huì)影響絕緣結(jié)構(gòu)的整體性。

（2）基于A廠有機(jī)硅云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)除了常態(tài)介質(zhì)損耗略高于進(jìn)口云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)，其它性能均不遜于進(jìn)口云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)；基于B廠有機(jī)硅云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)擊穿電壓與進(jìn)口云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)相當(dāng)，但其它性能均比進(jìn)口云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)差。

以上對(duì)比的僅僅是有機(jī)硅云母帶及其絕緣結(jié)構(gòu)的常規(guī)性能，還不能足以證明國產(chǎn)有機(jī)硅云母帶能否在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上應(yīng)用，要達(dá)到應(yīng)用程度，還需要對(duì)材料及其結(jié)構(gòu)進(jìn)行大量的試驗(yàn)驗(yàn)證，比如材料性能的穩(wěn)定性和一致性、絕緣結(jié)構(gòu)的功能性和壽命評(píng)估等等。

一個(gè)合理、可靠的絕緣結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)需要一個(gè)穩(wěn)定的原材料配套保障。有機(jī)硅云母帶作為有機(jī)硅絕緣系統(tǒng)關(guān)鍵配套材料，其性能對(duì)絕緣結(jié)構(gòu)的影響不容置疑。受國內(nèi)云母帶原材料（如含芳綸纖維的高性能云母紙、特殊定格定位的高強(qiáng)度玻璃布補(bǔ)強(qiáng)物、有機(jī)硅粘結(jié)劑等）和傳統(tǒng)的云母帶制造技術(shù)制約，要做到持續(xù)穩(wěn)定為有機(jī)硅絕緣系統(tǒng)提供配套云母帶還任重道遠(yuǎn)。

［1］余衛(wèi)斌.電力機(jī)車牽引電機(jī)絕緣系統(tǒng)的引進(jìn)及國產(chǎn)化［J］.電力機(jī)車與城軌車輛，2007，30（3）：1-3，7.

［2］陳紅生，姜其斌.牽引電機(jī)200級(jí)絕緣系統(tǒng)國產(chǎn)化研究進(jìn)展［J］.電力機(jī)車與城軌車輛，2011，34（3）：1-4.

［3］GB/T 5019.2-2009.以云母帶為基的絕緣材料.第2部分:試驗(yàn)方法［S］.

Comparative Analysis of Silicone Mica Belt and Its Insulation Structure

HUANG Fu-xiang1，CAO Yan-fei1，CHEN Hong-sheng1，LIANG Xi-chuan1，SHENG Ke-shan2，LI Hai-hong2
（1.CRRC Zhuzhou Electric CO.，LTD.，Zhuzhou，Hunan 412001，China；2.Zhuzhou Times New Material Technology CO.，LTD.，Zhuzhou，Hunan 412007，China）

Silicone insulation system has become an important solution for rail traction motor insulation technology because of its excellent heat resistance and electrical insulation performance.Silicone mica tape as a key supporting material for silicone insulation systems has become an important research object of insulation system.Based on the import of a certain type of silicone mica tape，this paper validates and analyzes the performance of domestic mica tape and imported mica tape from material to insulating structure；confirms the feasibility of domestic silicone mica tape，and puts forward some suggestions for further research.

silicone；mica tape；insulating structure；performance

TQ317

A

2095-980X（2017）04-0061-02

2017-03-15

黃福祥，主要研究方向：電機(jī)。