基于提高風力發電機定子端部漆膜質量的工藝研究

李　海， 焦青英

（山西汾西重工有限責任公司， 山西　太原　030027）

引言

由于風力發電機長期運行在鹽霧、潮濕、溫差、振動、沙塵、雷電等各種環境中，電機繞組的絕緣體系面臨著嚴峻的考驗。考慮到浸漬漆本身的絕緣性能和應用工藝的性能，為了提高繞組的絕緣壽命，國內許多的電機制造廠家都引進了防絕緣漆流失的單面透氣帶這種新型材料，可以提高定子繞組在真空壓力浸漆（以下簡稱VPI）時的掛漆量。但在實際應用中發現，新材料經絕緣漆浸漬后在定子繞組端部出現了大量漆泡，不僅影響了定子漆膜的質量，需要修整并二次浸漆，還造成了設備重復占用和工時的增加，見圖1。1風電定子真空壓力浸漆工藝流程

圖1　定子VPI后端部氣泡示意圖

預烘→抽真空→保真空→輸漆→加壓→保壓→回漆→旋烘→靜烘。

2　原因分析

單面透氣帶除了具有絕緣性能還具有熱收縮的特性，其熱縮率與烘焙溫度成正比，根據電機制造經驗初步分析：漆泡主要由透氣帶受熱收縮時內部的空氣所引起，原有的烘焙工藝及參數已不適用，需進行改進。本文通過兩項工藝試驗確認了上述的分析，具體內容如下。

2.1　預烘溫度的改變對定子端部漆泡的影響

現場選取四臺定子進行浸漆烘焙試驗，按照如下方式進行烘焙。

1）編號YZL-16-01-185和編號YZL-16-03-502定子按照工藝要求預烘80℃，2～3 h；編號YZLX16-04-021和編號YZL-X16-04-022定子的預烘120 ℃，2～3 h。

2）兩組定子浸漆后均按照原工藝采取旋烘+靜烘的烘焙方式，試驗結果見表1。

表1　不同預烘參數端部氣泡數量對比

2.2　旋烘溫度改變對定子端部氣泡的影響

現場選取了四臺風電定子進行浸漆烘焙試驗，分別按照原工藝和階梯升溫的方式進行旋烘，試驗結果如表2。

表2　不同旋烘方式繞組端部氣泡數量對比

從上述兩項工藝試驗表明：采用提高預烘溫度和采用階梯旋烘溫度的方法均可減少定子端部的漆泡，故可得出結論：引起風電定子端部漆膜產生漆泡的原因：一，預烘溫度選擇不當；二、旋烘溫度選擇不當。

3　提高預烘溫度

考慮到定子絕緣材料受到耐熱溫度和絕緣等級的限制，預烘的溫度不能超過150℃。提高預烘溫度，一方面可提高端部透氣帶的熱收縮率，另一方面也會阻礙或降低絕緣漆的滲透性，絕緣漆能否滲透到線圈內部，影響整個定子的絕緣性能，因此存在風險，故本節首先進行風險分析，再確認預烘的參數[1]。

3.1　風險分析

3.1.1　工藝方案策劃

模擬風電定子端部的絕緣結構制作樣棒，按照定子允許承受的最高溫度進行預烘，浸漆后再對樣棒進行剖切檢查，觀察絕緣漆的填充效果。

3.1.2　試驗內容

1）選風電定子電磁線為云母薄膜繞包銅扁線，2.65×6，四根并繞，匝數4匝，制成樣棒；樣棒長度為300 mm，樣棒數量為3件。

2）每支樣棒外側用透氣帶半疊包一層，兩端部用硅橡膠自粘帶封頭，見圖2。

圖2　樣棒浸漆前示意

圖3　樣棒剖切圖

3）預烘150℃，2～3 h后按照風電定子浸漆工藝要求完成真空壓力浸漆和烘焙。

4）從樣棒中心處剖切，觀察絕緣漆是否填充飽滿，絕緣層是否致密。樣棒浸烘后的剖切示意圖見圖3。

從上圖可知：由于樣棒兩端部用硅橡膠自粘帶封頭，絕緣漆只能從透氣帶的搭接處滲入，與風電定子端部的絕緣結構相比，本次試驗的考核更加嚴酷。但從樣棒剖切圖可見，樣棒內部的絕緣漆填充飽滿，絕緣層充分致密，沒有缺陷[2]。

結論：定子預烘溫度150℃后不影響絕緣漆的滲透性和浸漆質量。

3.2　確定預烘參數

3.2.1　試驗方案

對風電定子先后按照四種預烘參數進行烘焙，經真空壓力浸漆和烘焙后比較四種繞組端部漆泡的變化。

3.2.2　試驗內容如下

1）現場抽取8臺風電定子并平均分成四組，烘焙溫度分別按照120℃、130℃、140℃，150℃，時間均按照2～3 h進行預烘。

2）按照風電定子浸漆工藝要求完成真空壓力浸漆和烘焙。

3）比較四組定子端部漆泡數量，結果見表3。

表3　比較四組定子端部漆泡數量

從表3可知：隨著預烘溫度的升高，定子端部漆泡逐漸減少，且140℃和150℃相差不大。考慮定子的耐熱溫度和能源消耗等因素，結合上述試驗的結果，規定定子預烘的參數：140℃，2～3 h。

4　旋烘參數的工藝改進

4.1　實驗內容

旋烘作為風電定子絕緣漆固化的前期階段，同時也是絕緣漆固化時溶劑揮發反應最劇烈的階段，本節從如何降低溶劑揮發的劇烈程度入手進行了工藝驗證，通過漆餅烘焙試驗，對比了不同烘焙參數下漆餅的外觀質量，確認了烘焙參數[3]。

1）樣品制備：直徑100 mm，厚度為1 mm±0.1 mm的澆注片，數量10件，編號1號～10號。

2）將10組澆注片分為五組，按照下表的烘焙參數進行烘焙，觀察漆餅的外觀質量。

4.2　試驗結果

試驗結果如表3所示，觀察表3可知：

1）由于漆餅表面積大，高溫固化時表面成膜較快，1號—2號漆餅表面氣泡多，外觀質量差。

2）隨著烘焙溫度梯度的減緩，有效減弱了漆餅表面的固化成膜速度，漆餅的漆泡開始逐漸減少，見3號—6號漆餅。

3）7號—10號漆餅外觀均符合要求，表面無漆泡。

比較7號—8號和9號—10號，后者所占用的能源消耗多，成本高。故得出結論：漆餅按照80℃，2 h+100℃，2 h+130℃，2 h+140℃，3 h的烘焙參數可以解決漆餅的漆泡問題。

表3　五組漆餅外觀狀態對比

5　樣機試制及批量制造

根據前文得出的結論，定子預烘140℃，2～3 h，旋烘80℃，2 h+100℃，2 h+130℃，2 h+140℃，3 h的烘焙參數對編號為2016-11-1277定子進行樣機試制，結果，定子端部漆膜光滑、均勻，無漆泡，外觀符合產品設計和工藝要求。隨后進行了批量定子的制造，結果端部漆泡消失，效果良好，可有效保證定子繞組的可靠性和防潮性。6研究意義

1）首次提出了定子預烘+階梯升溫法的烘焙方法，徹底消除定子端部的氣泡問題，提高了定子的外觀質量。

2）風電定子不需修整漆泡和二次浸漆，降低了設備的占用率，減少了制造成本，預計每臺風電定子能夠節省的制造成本約1 300元。

3）此項工藝研究標志著一套完整的VPI先進技術，可以作為一項新技術大力推廣應用，可推廣到項目產品和電動機產品的制造，該項工藝研究創造了較高的經濟效益并積累了生產相關產品的經驗。

[1]吳丹，虞鑫海，徐永芬.國內外真空壓力浸漬樹脂的發展現狀[J].絕緣材料，2008，41（5）：23-26.

[2]夏宇，王文，陶純初，等.JF-9955環氧酸酐常溫浸漬VPI樹脂及其在風力發電機上的應用[C]//全國風力發電技術協作網年會，2011.

[3]韋國清，王放文.少膠云母帶在國產10 kV交流電機VPI絕緣中的應用研究[C]//中國電工技術學會絕緣材料與絕緣技術學術會議，1999.