高壓交流電機LD-F絕緣體系

(哈爾濱電氣動力裝備有限公司，黑龍江哈爾濱 150040)

0 引言

LD-F絕緣體系是以含促進劑的少膠單面補強粉云母帶為主絕緣材料，VPI整體浸漬環(huán)氧酸酐無溶劑樹脂而構(gòu)成的大中型交流電機絕緣體系。電機絕緣體系的減薄厚度、簡化工藝、保護環(huán)境備受關(guān)注。在確保滿足電機的產(chǎn)品技術(shù)條件和安全可靠運行要求的基本上，建立絕緣厚度薄、耐溫等級高，機、電性能良好、工藝簡化、成本降低、節(jié)約能源、保護環(huán)境的絕緣體系是絕緣技術(shù)人員夢寐以求的方向。因此，幾代技術(shù)人做出了不懈的努力。我公司交流電機絕緣體系從20世紀(jì)50年代第一代A級瀝青片云母浸膠絕緣體系，逐步發(fā)展成第二代B級酸酐片云母液壓成型絕緣體系；第三代B級桐馬酸酐環(huán)氧粉云母(TOA)模壓絕緣體系；第四代F級桐馬環(huán)氧粉云母模壓絕緣系統(tǒng)及第五代F級中膠環(huán)氧粉云母白坯線圈VPI整體浸漬體系。

1990年著手F級少膠粉云母，VPI絕緣結(jié)構(gòu)研究，進入本世紀(jì)得以重大突破，于2005年6kV、10kV交流電機樣機制造成功。

目前已建立了第六代F級少膠粉云母VPI浸漬環(huán)氧酸酐無溶劑浸漬樹脂的LD-F絕緣體系。

LD-F絕緣體系囊括了從低電壓到13.8kV一系列各類型電機的絕緣結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，現(xiàn)已應(yīng)用于大中型交流異步電動機、同步發(fā)電機、同步電動機、變頻電機、核電主泵電機等產(chǎn)品上。

LD-F絕緣體系是以含促進劑的少膠單面補強粉云母帶為主絕緣材料，VPI整體浸漬環(huán)氧酸酐型無溶劑浸漬樹脂而構(gòu)成的絕緣體系。

LD-F絕緣體系具有絕緣厚度薄、電氣性能和機械性能優(yōu)越、耐熱性穩(wěn)定、耐環(huán)境因素強、耐輻照累積劑量達2×105Gy、工藝簡單、節(jié)約能源、凈化生產(chǎn)、保護環(huán)境和安全運行可靠等特點。

1 定子線圈主絕緣厚度的減薄

電機定子線圈主絕緣厚度是絕緣體系水平的標(biāo)志，也是電機絕緣安全運行的基礎(chǔ)。

電機定子線圈主絕緣厚度的確定主要考慮三方面

(1)主絕緣應(yīng)能承受制造過程中和運行過程中可能出現(xiàn)的電壓和過電壓，應(yīng)具有一定的擊穿電壓儲備量，又稱安全系數(shù)，以保證電機絕緣在長期運行后還有足夠的耐電強度；

(3)應(yīng)使主絕緣在運行年限內(nèi)，始終保持使電機能安全運行的耐電強度。

1.1 我公司交流電機定子線圈絕緣發(fā)展歷程

我公司的交流電機定子線圈絕緣發(fā)展歷程詳見表1。

表1 我公司交流電機定子線圈絕緣結(jié)構(gòu)及主絕緣厚度發(fā)展

1.2 主絕緣厚度對照

LD-F絕緣體系電機主絕緣厚度與同類型西門子的電機主絕緣厚度對照見表2。電機主絕緣工作場強對照見表3。

表2 主絕緣(單面)厚度對照表 單位：mm

表3 主絕緣工作場強對照表

2 匝間絕緣

LD-F絕緣體系的匝間絕緣是根據(jù)電機的額定電壓、定子線圈的匝數(shù)等進行設(shè)計。

3 少膠云母帶

LD-F絕緣體系云母帶采用高定量鱗片粉云母紙，其單面補強材料分別為玻璃纖維布和聚酯薄膜，膠粘劑中含有促進劑。其性能指標(biāo)見表4。

表4 少膠粉云母帶的性能指標(biāo)

4 無溶劑浸漬樹脂

浸漬樹脂是電機絕緣體系中關(guān)鍵材料之一，它直接影響電機絕緣的性能和制造工藝，對于少膠云母帶VPI絕緣體系浸漬樹脂尤為重要。

4.1 組成

LD-F絕緣體系中目前采用的有兩種無溶劑浸漬樹脂。一種是同西門子公司Micalastic絕緣體系中ET884樹脂相同的無溶劑樹脂，其成分由E1032環(huán)氧樹脂和H1006固化劑(酸酐)組成。另一種是在ET884樹脂的基礎(chǔ)上填加一定量的含環(huán)氧基的活性單體(含雙環(huán)氧基)，降低浸漬樹脂的粘度，便于在30℃時的真空浸漬，其型號為ET884-1。

兩種無溶劑浸漬樹脂的相關(guān)性能指標(biāo)見表5。

表5 無溶劑浸漬樹脂的相關(guān)性能指標(biāo)

4.2 粘度

兩種無溶劑浸漬樹脂粘度-溫度曲線見圖1。

圖1浸漬樹脂的粘度-溫度曲線

4.3 耐輻照性能

經(jīng)過對兩種無溶劑浸漬樹脂進行輻照前后的試驗測試，滿足輻照積累劑量為5×105Gy內(nèi)使用。

5 LD-F絕緣體系的絕緣性能

5.1 定子線圈絕緣電氣性能

5.1.1 采用國產(chǎn)云母帶和進口云母帶線圈的性能

10kV級定子線圈的常態(tài)介質(zhì)損耗角正切曲線見圖2。6kV、10kV定子線圈的擊穿電壓、電氣強度見表6。

圖2 10kV定子線圈tanδ-U曲線

5.1.2 LD-F絕緣體系浸漬兩種樹脂的線圈的性能

浸漬兩種樹脂的定子線圈電氣性能見表7。

表7 兩種樹脂的定子線圈電氣性能(平均值)

5.2 定子線圈的耐電暈性能

抽取LD-F絕緣體系中10kV定子線圈8只做耐電暈試驗，試驗結(jié)果：起暈電壓均大于24kV。

5.3 定子線圈電老化壽命評定

LD-F絕緣體系中10kV定子模擬線圈18只做電老化壽命評定，試驗電壓為22.5kV(即10MV/m)，試驗結(jié)果：電老化中值壽命均超過1300h,滿足西門子公司標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：在8.7MV/m下的電老化壽命不低于1000h的技術(shù)指標(biāo)。

5.4 定子線圈的耐輻照性

取6.6kV定子線圈12只，經(jīng)2×105Gy輻照積累劑量輻照，其電氣性能見表8。

表8 定子線圈經(jīng)輻照后的電氣性能(平均值)

5.5 LD-F絕緣體系定子繞組絕緣性能

定子繞組的介質(zhì)損耗正切(tanδ)，實測值見表9，絕緣電阻值、極化指數(shù)(PI)及局部放電量實測值見表10。

表9 10kV電機定子繞組的介質(zhì)損耗因數(shù)實測數(shù)據(jù)

表10 10kV電機定子繞組局放、絕緣電阻的實測數(shù)據(jù)

從表9可見：LD-F絕緣體系的10kV定子繞組在0.2UN下tanδ均小于1%，在1.2UN(12kV)下tanδ值也不大于3.6%，小于三菱公司要求不大于10%(目標(biāo)8% )的指標(biāo)值。

6 結(jié)語

LD-F絕緣體系是以含促進劑單面補強粉云母作主絕緣材料，VPI浸漬環(huán)氧酸酐無溶劑浸漬樹脂而構(gòu)成絕緣體系。本體系在保障電機安全運行的技術(shù)要求條件下，減薄了主絕緣厚度。具有電氣、機械性能優(yōu)越、熱穩(wěn)定性優(yōu)良、耐環(huán)境能力強、耐輻照、運行安全可靠、簡化工藝、降低成本、節(jié)約能源、保護環(huán)境等特點。

LD-F絕緣體系已形成從低電壓到13.8kV一系列電機絕緣結(jié)構(gòu)、大量應(yīng)用于交流異步電動機、同步電動機、同步發(fā)電機、變頻調(diào)速電機、核電主泵電動機及大型直流等電機上。