哈電硅鋼片絕緣漆的發(fā)展歷程

潘延明，楊 洲，張曉漫

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哈電硅鋼片絕緣漆的發(fā)展歷程

潘延明1，楊 洲1,2，張曉漫1

（1. 哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040；2. 工程電介質(zhì)及其應(yīng)用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（哈爾濱理工大學(xué)），哈爾濱 150080）

本文回顧了哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司（簡稱哈電）發(fā)電機(jī)定子鐵心硅鋼片絕緣漆從有機(jī)到水溶性半無機(jī)的發(fā)展歷程。研究總結(jié)了20世紀(jì)50年代的油性硅鋼片漆、70年代的浸漬漆、80年代的二甲苯樹脂改醇硅鋼片漆和水溶性半無機(jī)硅鋼片漆，以及90年代的新型半無機(jī)硅鋼片漆的性能和應(yīng)用效果；對比分析了本世紀(jì)初美國杜邦公司的水溶性醇酸硅鋼片漆和哈電采用的133C環(huán)氧聚酯酚醛半無機(jī)硅鋼片漆各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)；對哈電近年引進(jìn)的奧地利倫布蘭廷EB5001G水溶性酚醛硅鋼片漆進(jìn)行了重點(diǎn)研究，總結(jié)了國產(chǎn)化的成果和經(jīng)驗(yàn)。研究結(jié)果表明，哈電的硅鋼片絕緣漆正在逐步向高性能、環(huán)保方向的發(fā)展。

發(fā)電機(jī)；定子；沖片絕緣；硅鋼片漆；薄涂層；水溶性

0 前言

發(fā)電機(jī)定子鐵心是構(gòu)成電機(jī)磁通回路和固定定子線圈的重要部件，在電機(jī)運(yùn)行過程中起到導(dǎo)磁、匯集磁通的作用。為防止鐵心發(fā)生片間短路，硅鋼片絕緣漆的選擇顯得格外重要。隨著發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的不斷增大、耐熱等級逐步提高，對定子鐵心硅鋼片絕緣提出了越來越高的要求，硅鋼片絕緣漆的性能要求也越來越嚴(yán)格[1-3]。

1 硅鋼片漆發(fā)展歷程

20世紀(jì)50年代哈電建廠初期一直采用1611油性硅鋼片漆，該材料柔韌性較好，但缺點(diǎn)是耐熱性較差。20世紀(jì)70年代，隨著B級環(huán)氧粉云母絕緣在定子線圈上的應(yīng)用，曾在當(dāng)時(shí)的數(shù)臺大型汽輪發(fā)電機(jī)上使用3404浸漬漆代替硅鋼片絕緣漆。20世紀(jì)80年代初，哈電與哈爾濱絕緣材料廠合作研制F級9163二甲苯樹脂改性醇酸硅鋼片漆，又名二甲苯硅鋼片樹脂（見表1）。該材料具有耐高溫、電絕緣性能好、粘接力強(qiáng)、高溫烘焙不起泡、邊緣增厚小等特點(diǎn)。固化后涂層表面光滑平整，具有良好的電氣性能、機(jī)械性能和耐熱性能，適用于B、F級電機(jī)、電器硅鋼片間的絕緣涂層[1]。9163固化涂層如圖1所示。但由于該材料在使用過程中需要二甲苯作為稀釋劑，對操作者的健康有危害，近年來已不再使用。

表1 9163硅鋼片漆性能參數(shù)

圖1 9163涂層外觀

20世紀(jì)80年代末，哈電自主研制開發(fā)了一種F級水溶性半無機(jī)硅鋼片漆。這種硅鋼片漆以水作為溶劑，可減少環(huán)境污染和對操作者健康的危害。同時(shí)由于加入了無機(jī)成分，提高了硅鋼片絕緣涂層的抗壓性，降低了熱壓收縮率，較好地滿足了發(fā)電機(jī)的使用要求。該漆于1990年首先成功應(yīng)用于汽輪發(fā)電機(jī)的無刷勵(lì)磁機(jī)上，解決了無刷勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心熱套到轉(zhuǎn)軸上時(shí)硅鋼片沖片絕緣發(fā)生過熱而引起有機(jī)硅鋼片絕緣涂層劇烈老化的問題，并曾在汽輪發(fā)電機(jī)上推廣應(yīng)用。

90年代在制造二灘水輪發(fā)電機(jī)時(shí)，按照加拿大GE公司對定子鐵心沖片硅鋼片絕緣漆的要求，哈電與哈絕合作，研制成功了9166新型半無機(jī)硅鋼片漆。該漆中加入了無機(jī)成分，提高了涂層的抗壓性能，降低了熱壓收縮率，并使涂層能夠滿足用火焰將涂好的沖片涂層燒損后仍能維持一定絕緣特性的要求。（Franklin燒損測試：用火焰將涂好沖片的涂層燒掉后，在150±5℃、5.2MPa、DC0.5V下測得的泄漏電流平均值不大于0.2A，最大值不大于0.6A。）9166半無機(jī)硅鋼片漆從性能上看優(yōu)于普通發(fā)電機(jī)上使用的9163二甲苯樹脂改性醇酸硅鋼片漆，疊裝時(shí)無須熱壓，完全能滿足大型水輪發(fā)電機(jī)組的要求，該漆于1996年首先用于二灘水輪發(fā)電機(jī)上，并曾在汽輪發(fā)電機(jī)上推廣應(yīng)用。

2002~2004年，在引進(jìn)技術(shù)的三項(xiàng)水輪發(fā)電機(jī)項(xiàng)目的制造中，三峽左岸頭兩臺機(jī)組鐵心沖片硅鋼片絕緣漆采用了美國杜邦公司的E1151A水溶性醇酸硅鋼片漆。2004年后，在引進(jìn)技術(shù)的三峽水輪發(fā)電機(jī)的國產(chǎn)化產(chǎn)品的制造中，哈電采用133C環(huán)氧聚酯酚醛半無機(jī)硅鋼片漆，該漆的固化涂層外觀平整，具有優(yōu)良的電氣性能、機(jī)械性能和耐熱性能，同時(shí)具有良好的耐濕熱氣候性能，硅鋼片沖剪斷面漆膜覆蓋率較好。該材料在哈電發(fā)電機(jī)產(chǎn)品上獲得了廣泛使用[6]。133C固化后涂層外觀如圖2所示。

表2 133C硅鋼片漆性能參數(shù)

圖2 133C涂層外觀

2007年與美國GE公司聯(lián)合制造390H燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)產(chǎn)品中，鐵心沖片硅鋼片絕緣漆采用了奧地利倫布蘭亭公司生產(chǎn)的EB5001G水溶性酚醛硅鋼片漆，其性能參數(shù)對比見表3。該硅鋼片漆是一種含無機(jī)填料的H級有機(jī)絕緣涂料，大量的功能性填料具有突出的耐壓性和低蠕變性。該硅鋼片漆涂漆工藝性較好，固化后涂層外觀光滑平整，具有良好的電氣性能、機(jī)械性能和耐熱性能，非常適合于大型發(fā)電機(jī)使用。此后EB5001G在哈電汽輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)品上廣泛使用。

2009年，哈電從日本三菱公司技術(shù)引進(jìn)AP1000核電半速汽輪發(fā)電機(jī)項(xiàng)目。經(jīng)過慎重的比較、篩選，最終選擇使用EB5001G水溶性硅鋼片漆，并對其進(jìn)行了全面嚴(yán)格的性能檢測、評定。AP1000項(xiàng)目核電定子沖片單面涂層厚度僅為2~5μm，對涂漆設(shè)備要求極高。哈電于2014年從德國HYMMEN公司購買了水溶性漆自動涂漆生產(chǎn)線，如圖3所示。該生產(chǎn)線采用燃?xì)饧訜幔苍O(shè)兩個(gè)加熱溫區(qū)，加熱爐總長8m，設(shè)備具有硅鋼片漆自動攪拌、漆液粘度實(shí)時(shí)監(jiān)控調(diào)節(jié)、涂漆輥恒溫控制、潤滑油自動補(bǔ)給、烘爐熱風(fēng)循環(huán)等功能，可實(shí)現(xiàn)對涂漆工藝參數(shù)的精確控制。經(jīng)調(diào)試后成功實(shí)現(xiàn)無取向硅鋼極薄涂層水溶性漆一次涂漆工藝，生產(chǎn)出多臺核電半速汽輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)品[2]。核電定子沖片如圖4所示。

圖3 HYMMEN自動生產(chǎn)線

圖4 核電定子沖片

表3 進(jìn)口水溶性硅鋼片漆性能參數(shù)

2015年，哈電開展了水溶性硅鋼片漆的國產(chǎn)化研究工作。為全面考核硅鋼片漆的性能表現(xiàn)，自主制定了國產(chǎn)水溶性硅鋼片漆的評定方案，從材料性能、工藝性能、產(chǎn)品性能三方面對材料進(jìn)行檢測考核，最終國產(chǎn)水溶性硅鋼片漆HEC52709工藝適用性寬泛，固化后涂層外觀光滑均勻，電氣性能、機(jī)械性能、耐熱性能優(yōu)異，成功通過考核評定，并在汽輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)品上獲得應(yīng)用[3,9]。國產(chǎn)涂層沖片如圖5所示。

圖5 國產(chǎn)水溶性涂層沖片

2 硅鋼片漆發(fā)展方向展望

近二十年來，隨著材料化學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，硅鋼片漆的性能取得了長足的進(jìn)步。在今后的硅鋼片漆發(fā)展過程中，以下幾個(gè)方面將成為研究、開發(fā)的重點(diǎn)。

（1）綠色環(huán)保型硅鋼片漆的研發(fā)與應(yīng)用。伴隨著人們健康意識的逐漸增強(qiáng)，生產(chǎn)、使用過程中低VOC甚至無VOC排放的綠色環(huán)保型硅鋼片漆必將得到廣泛的應(yīng)用。

（2）硅鋼片漆工藝性能的研究。以往的硅鋼片漆研發(fā)與升級過程中，材料的改性、固化后涂層的性能往往是研究的重點(diǎn)。由于生產(chǎn)設(shè)備以及涂漆工藝的差異性，同樣的材料生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量也會存在明顯的不同。在今后的生產(chǎn)過程中，工藝窗口寬泛、使用方便的硅鋼片漆產(chǎn)品在應(yīng)對環(huán)境變化、工藝參數(shù)波動等情況時(shí)產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性優(yōu)勢將逐漸凸顯，材料使用單位也會完善材料的工藝性能評定標(biāo)準(zhǔn)，硅鋼片漆的工藝性能將越來越受到重視。

（3）高性能超薄涂層的開發(fā)。在保證涂層性能的前提下，發(fā)電機(jī)定子沖片絕緣涂層厚度越薄，越有利于避免因涂層蠕變導(dǎo)致定子鐵心發(fā)生松動的可能。因此具有高電氣性能、高機(jī)械性能（特別是低蠕變率）、高耐熱性能的超薄涂層將受到廣泛的歡迎。

[1] 隋銀德. 高壓電機(jī)定子鐵芯用硅鋼片漆[J]. 大電機(jī)技術(shù), 2009(2): 37-40．

[2] 楊洲. 核電定子鐵心沖片絕緣工藝的研究[J]. 大電機(jī)技術(shù), 2016(3): 24-26, 49．

[3] 劉立柱, 等. 水溶性硅鋼片漆的研究進(jìn)展[J]. 絕緣材料, 2015(2):1-5.

[4] 楊洲. 國產(chǎn)水溶性環(huán)保涂層沖片性能試驗(yàn)報(bào)告[R].哈爾濱：哈爾濱大電機(jī)研究所, 2007.

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

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The Development of HEC Steel Sheet Varnish

PAN Yanming1, YANG Zhou1,2, ZHANG Xiaoman1

(1.Harbin Electric Machinery Company Limited, Harbin 150040, China; 2. Key Laboratory of Engineering Dielectrics and Its Application（Harbin University of Science and Technology), Ministry of Education, Harbin 150080, China)

This paper reviews the development of steel sheet varnish used in generator stator of Harbin Electric Machinery Company Limited (HEC). Property and application of oily varnish in 1950s, impregnating varnish in 1970s, Xylene resin alcohol and water reducible half inorganic silicon steel sheet varnish in 1990s are researched. Comparative analysis of water-reducible alkyd paint silicon steel sheet of Dupont company of United States and 133C polyester epoxy phenolic half inorganic silicon steel sheet varnish used by HEC in recent years are carried out. Focus is concentrated on the research of phenolic resin introduced from Austria. Achievement and experience of localization are also summarized. Results show that the steel sheet varnish applied by HEC is progressing toward good performance and environmental friendly.

electric generator; stator; lamination insulation; steel sheet varnish; thin coating; water-reduciblity

TM303.3

A

1000-3983(2017)-0031-04

2017-03-25

潘延明（1962-），1984年畢業(yè)于哈爾濱電工學(xué)院高電壓與絕緣技術(shù)專業(yè)，長期從事發(fā)電機(jī)絕緣技術(shù)工作，高級工程師。