方建國(guó)，祁世發(fā)

(哈電集團(tuán)哈爾濱電氣動(dòng)力裝備有限公司，黑龍江哈爾濱 150040)

高壓電機(jī)絕緣技術(shù)研究

方建國(guó)，祁世發(fā)

(哈電集團(tuán)哈爾濱電氣動(dòng)力裝備有限公司，黑龍江哈爾濱 150040)

針對(duì)6．9kV、220級(jí)高壓電機(jī)延長(zhǎng)壽命、耐輻照絕緣技術(shù)進(jìn)行了研究，對(duì)三種云母帶和一種浸漬樹脂分別進(jìn)行了常規(guī)性能試驗(yàn)及耐輻照性能試驗(yàn)，對(duì)三種云母帶與浸漬樹脂進(jìn)行了相容性試驗(yàn)，并以此三種云母帶分別制作絕緣結(jié)構(gòu)試樣，浸漬并固化，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)2×105Gy輻照前后的6種絕緣結(jié)構(gòu)試樣進(jìn)行了單點(diǎn)快速老化試驗(yàn)和常規(guī)熱老化試驗(yàn)，結(jié)果驗(yàn)證此絕緣技術(shù)的耐熱溫度、絕緣等級(jí)都符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)在190℃下絕緣壽命可達(dá)60年。

高電壓;電機(jī);絕緣

0 引言

電機(jī)作為一種重要的能量轉(zhuǎn)換機(jī)械，被廣泛地應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各種領(lǐng)域，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高，電機(jī)使用條件的不同，對(duì)電機(jī)的使用壽命要求也截然不同，絕緣壽命是決定電機(jī)使用壽命的主要因素之一。目前國(guó)際國(guó)內(nèi)成熟的電機(jī)絕緣技術(shù)為少膠VPI無溶劑真空壓力浸漬技術(shù)，絕緣等級(jí)為F級(jí)，對(duì)于特殊產(chǎn)品亦有H級(jí)高壓電機(jī)的應(yīng)用，但對(duì)于H級(jí)以上長(zhǎng)壽命大型高壓電機(jī)絕緣技術(shù)尚為空白，為此我們對(duì)200級(jí)及以上電機(jī)絕緣技術(shù)進(jìn)行了探索研究。

1 技術(shù)要求及材料選取

額定電壓:6．9kV;絕緣等級(jí):220級(jí)及以上;耐輻照劑量:2×105Gy;目標(biāo)絕緣壽命:60年。

1．1 材料選擇

1．1．1 主絕緣材料

選擇3種有機(jī)硅玻璃薄膜少膠粉云母帶作為主絕緣材料，厚粉紙型，技術(shù)要求見表1，耐輻照性能見表2。

表1 云母帶技術(shù)條件及性能測(cè)試

通過對(duì)比可知，三種云母帶材料的輻照前后性能相當(dāng)，輻照前后的介電強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度降低在10%以內(nèi)，耐輻照性能良好。

1．2 浸漬樹脂的性能測(cè)試

有機(jī)硅無溶劑浸漬樹脂技術(shù)要求見表2，樹脂試片見圖1，2×105Gy輻照后的性能見表3。

表2 有機(jī)硅無溶劑樹脂技術(shù)條件

圖1 樹脂試片

表3 樹脂輻照性能試驗(yàn)

表4試驗(yàn)結(jié)果表明，樹脂在輻照前后其體積電阻率在同一數(shù)量級(jí)沒有變化，因此其耐輻照性能良好。

1．3 云母帶與無溶劑浸漬樹脂相容性

無溶劑樹脂在浸漬云母帶前的性能測(cè)試見表4。

表4 浸漬云母帶前樹脂膠盤的常規(guī)性能測(cè)試

將樹脂分為5份，浸漬不同類別云母帶，分別在60℃～65℃保溫5h后、常溫放置7D和14D后取樣，進(jìn)行粘度、凝膠時(shí)間和介質(zhì)損耗測(cè)試，結(jié)果見表5。

相容性判定標(biāo)準(zhǔn):凝膠時(shí)間變化率Δ=tXD/ t5h≤30%。試樣:樹脂及膠片;試樣規(guī)格:膠片φ100mm×1mm

表5 浸漬云母帶后樹脂膠盤的性能測(cè)試

表5試驗(yàn)結(jié)果表明，浸漬樹脂在按照浸漬工藝要求的溫度和浸漬時(shí)間浸漬3種云母帶后，樹脂的粘度和凝膠時(shí)間變化率相同，最大變化率在30%以內(nèi)，可以判定3種云母帶與浸漬樹脂相容性良好。

1．4 漆包線

技術(shù)要求及試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 漆包線性能測(cè)試

由表6測(cè)試結(jié)果表明:漆包線的漆膜附著性在輻照前、后均合格，工頻擊穿電壓在輻照前后均合格，漆包線的耐輻照性能良好。

2 絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及性能試驗(yàn)

2．1 試樣

以上述3種云母帶分別制作試驗(yàn)線棒，每個(gè)線棒由2匝組成，試樣分類及有關(guān)技術(shù)要求如下。

11#-K云母帶;12#-S云母帶;13#-J云母帶。

絕緣結(jié)構(gòu)包括匝間絕緣和主絕緣。

匝間絕緣:半迭繞包2層云母帶。

主絕緣:半迭繞包4層云母帶。

2．2 性能測(cè)試

絕緣結(jié)構(gòu)的測(cè)試項(xiàng)目見表7，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)參照

JBT 7608—2006測(cè)量高壓交流電機(jī)線圈介質(zhì)損耗角正切試驗(yàn)方法及限值

GB/T 1408．1—2006絕緣材料電氣強(qiáng)度試驗(yàn)方法第1部分:工頻下試驗(yàn)

表7 絕緣結(jié)構(gòu)測(cè)試項(xiàng)目

輻照前性能測(cè)試如下表8所示，輻照后性能測(cè)試如下表9所示。

階段升高電壓試驗(yàn):升高電壓到規(guī)定試驗(yàn)電壓值后保壓1min，然后每升高1kV，保壓1min，直至擊穿。

表8 輻照前線圈常規(guī)電氣性能測(cè)試

表9 2×105Gy輻照后線圈電氣性能測(cè)試

表8、表9試驗(yàn)結(jié)果表明，三種絕緣結(jié)構(gòu)的電氣性能相當(dāng)，2×105Gy輻照后的擊穿電壓稍好于未輻照試樣的電氣性能，耐輻照性能優(yōu)異。

3 單點(diǎn)快速老化評(píng)定試驗(yàn)

3．1 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 17948．3—2006旋轉(zhuǎn)電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)功能性評(píng)定成型繞組試驗(yàn)規(guī)程50MVA、15kV及以下電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)熱評(píng)定和分級(jí)(IEC 60034-18-31: 1992)。試驗(yàn)溫度點(diǎn):310℃。

3．2 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)列表見表10。

表10 單點(diǎn)快速老化試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果:6種絕緣結(jié)構(gòu)的單點(diǎn)快速老化結(jié)果分別在250℃～253℃。

4 常規(guī)熱老化評(píng)定試驗(yàn)及絕緣壽命推斷

4．1 試樣分配

絕緣結(jié)構(gòu)分類，每種結(jié)構(gòu)分為輻照和未輻照兩種試樣，共6種試樣。

4．2 絕緣結(jié)構(gòu)耐溫指數(shù)評(píng)定試驗(yàn)

試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn):GB/T 17948．3—2006 旋轉(zhuǎn)電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)功能性評(píng)定成型繞組試驗(yàn)規(guī)程50MVA、15kV及以下電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)熱評(píng)定和分級(jí)(IEC 60034-18-31:1992)

IEEE 275—1992 額定電壓為6900伏及以下的交流電機(jī)成型定子線圈絕緣系統(tǒng)耐熱性評(píng)定推薦規(guī)程

GB/T 17948—2003 旋轉(zhuǎn)電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)功能性評(píng)定總則(IEC 60034-18-1)

老化溫度和老化分周期如表11所示，老化后耐熱圖見圖2。

表11 老化溫度和老化分周期老化時(shí)間

圖2 老化后耐熱圖

4．3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

試驗(yàn)結(jié)果見表12。60年絕緣壽命對(duì)應(yīng)的絕緣最高運(yùn)行溫度設(shè)為t60。

表12 耐溫指數(shù)及60年絕緣壽命推斷結(jié)果列表

6種絕緣結(jié)構(gòu)的耐溫指數(shù)達(dá)到220級(jí);60年絕緣壽命的運(yùn)行溫度在191℃～201℃。

5 結(jié)語

(1)本研究選用的3種云母帶材料的電氣性能、耐輻照性能、與浸漬樹脂的相容性良好。

(2)本研究選用的漆包線電氣性能及耐輻照性能良好。

(3)本研究用于試驗(yàn)的6種絕緣結(jié)構(gòu)的溫度指數(shù)在244．6～249．1之間，在同一數(shù)量級(jí)。

(4)本研究用于試驗(yàn)的6種絕緣結(jié)構(gòu)的60年絕緣壽命對(duì)應(yīng)的溫度為191℃～201℃。

［1］姜楠．大型電機(jī)絕緣技術(shù)的國(guó)內(nèi)外對(duì)比分析．防爆電機(jī)，2013．1．

［2］刁立民，李藏雪．新型高溫高壓屏蔽電機(jī)的研制．防爆電機(jī)，2013．1．

［3］朱傳生．高壓電動(dòng)機(jī)絕緣老化診斷與壽命評(píng)價(jià)．防爆電機(jī)，2011．4．

［4］管兆杰．國(guó)內(nèi)電機(jī)絕緣材料和工藝及絕緣結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀分析．電機(jī)與控制應(yīng)用，2011．4．

［5］張蕊．預(yù)測(cè)大電機(jī)絕緣壽命方法綜述．大電機(jī)技術(shù)，2004．4．

［6］蔡明茹．我國(guó)高電壓大電機(jī)絕緣系統(tǒng)的新發(fā)展．電器工業(yè)，2003．8．

［7］葉學(xué)淳．C級(jí)變頻交流牽引電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)研究．上海大中型電機(jī)，2002．1．

Research on Insulation Technology of 220 GradeHigh-Voltage Motor

Fang Jianguo and Qi Shifa
(Harbin Electric Power Equipment Co．，Ltd．，Harbin 150040，China)

This paper studies insulation technique of the 6．9kV，220 grade high-voltage motor in aspects of long service life and radiation resistance．Normal performance test and radiation resistance performance test are carried out for three kinds of mica tapes and one kind of impregnating resin separately，and compatibility tests are taken between each kind of mica tape and one kind of impregnating resin．Three insulation structure samples are separately made by using the 3 kinds of mica tapes，then impregnated and solidified．According to national standard，single point rapid aging test and normal thermal ageing test are made for 6 kinds of insulation structure samples before and after radiation with 2×105Gy．The results show that thermal resistant temperature and insulation grade of this insulation technology meet national standard，and the insulation life at 190℃could be 60 years．

High-voltage;motor;insulation

10．3969/J．ISSN．1008-7281．2015．05．14

TM305．2

B

1008-7281(2015)05-0046-005

方建國(guó) 男 1964年生;畢業(yè)于哈爾濱電工學(xué)院電氣絕緣技術(shù)專業(yè)，現(xiàn)從事電機(jī)絕緣技術(shù)工作．

2015-07-08