高压交流电机定子超薄型绝缘工艺研究

2013-09-26 09:01葛臣忠刘洋张东林王雨萌王鑫

防爆电机 2013年3期

葛臣忠，刘洋，张东林，王雨萌，王鑫

(哈尔滨电气动力装备有限公司，黑龙江哈尔滨 150040)

0 引言

电机定子线圈主绝缘厚度是绝缘体系水平的标志，也是电机绝缘安全运行的基础。主绝缘厚度的减薄可以缩小电机的体积或者增加单机容量，绝缘厚度的减薄也是为了适应社会的发展和需求。但是绝缘厚度的减薄不是轻而易得的，必须有绝缘材料的发展作物源保证，有制造工艺的改进和完善作支撑，有高素质的操作人员作后盾，才能使最佳减薄型的绝缘结构设计得以实现。

自从高压交流电机定子绕组整体VPI绝缘体系在国内应用以来，线圈主绝缘厚度在逐渐减薄，以6kV级电机为例，定子线圈单边主绝缘厚度经历了 1.8mm、1.6mm、1.4mm。本文将介绍 6kV级电机定子线圈单边主绝缘厚度为小于1mm的超薄型绝缘结构与制造。

1 薄型云母带绕包绕组线

电机绝缘的减薄不能单纯的减薄主绝缘厚度，而绕组线股线绝缘也应相应的减薄，实现电机整体性绝缘的减薄。

由于绕组线股线绝缘在线圈制造过程中经常受到的机械力(如弯曲、扭转、敲击等)远高于主绝缘机械强度作用，以及电机运行中经常受到冲击电压(过电压)的侵袭，因此股线绝缘所处的工作条件是苛刻的，经常发生事故，将严重的威胁电机运行的可靠性。

超薄型绝缘系统选用薄型云母带绕包绕组线。绕组线用云母带应具有以下性能:云母纸薄、总厚度小、柔软性好、拉伸强度高、对云母无损伤、与主绝缘兼容性好、云母带树脂含量恰当，绕组线弯制后耐高电压击穿。

云母带的结构如下:

(1)底材:0.25mm厚聚酯薄膜，抗张强度高、弹性好、电性能和热性能优良，价格低廉。

(2)抗电晕层:鳞片云母纸薄，电气性能和机械性能均匀。

(3)树脂:热固型粘着剂，聚酯薄膜和云母纸件粘接好，B阶段在云母带拉伸和压缩过程中树脂起到润滑作用。

云母带绕包绕组线的股线绝缘借助树脂和薄膜的作用，云母纸在加工或弯曲后保持不断裂，在绝缘体系中起着长期耐电晕作用。绕组线用云母带的主要指标如表1所示。

表1 绕组线用云母带主要指标

绕组线云母带在快速绕包机上绕包，形成密实、无褶皱的薄型绝缘绕组线。线圈成型时，在线圈R处，股线绝缘无褶皱、无张口或翘起现象。

绕组线的质量在高压交流电机生产中是非常关键的，由于与弯曲工具的摩擦，云母带的拉伸或压缩形成的张口和褶皱，都会对股线绝缘造成机械损伤。毋庸置疑，这些绝缘问题都会影响电机的可靠性。所以在线圈制造过程中应尽力减少或消除股线绝缘的机械损伤。

2 主绝缘厚度的减薄

电机定子线圈主绝缘厚度的减薄须在确保满足电机产品技术条件和安全可靠运行要求的基础上，并主要考虑如下三方面来确定主绝缘厚度尺寸。

(1)主绝缘应能承受制造和运行过程中可能出现的电压(电流)和过电压，应具有一定的击穿电压储备量，又称安全裕度，以保证电机绝缘在长期运行后仍具有足够的耐电强度;

(3)应使主绝缘在运行年限内，始终保持使电机能安全运行的耐电强度。

超薄型主绝缘是在早已成熟的少胶整体VPI绝缘体系基础上发展起来的，并综合了现代绝缘技术，新型绝缘材料，改进的线圈制造工艺和绝缘处理工艺及现代设备和操作人员的素质等因素，确定了6kV级电机定子线圈超薄型主绝缘厚度为0.90～0.98mm之内。其主绝缘材料少胶粉云母带性能指标见表2。

表2 少胶粉云母带性能指标

此少胶粉云母带具有质量稳定、树脂浸渍性能好、耐机械应力性能优、储存稳定性高等特点。云母带中含促进剂，可同浸渍树脂一起在催化剂的作用下固化。

3 电机定子线圈制造

线圈制造包括从绕组线下料到云母带包扎的整个过程，都在具有空调和防尘的区域内进行。因为包扎工艺特别重要，所以主绝缘在全自动包带机上包扎云母带，该包带机利用恒定张力装置来保证云母带的张力不变，以改善树脂的浸渍效果和绝缘性能。

由于制造偏差和湿度会影响到云母带的硬度。在包扎过程中，必须定期测量线圈的尺寸，要求在包带过程中调节云母带的张力，以使其符合图纸尺寸。在包扎过程中还需随时监视，严防云母带出现折叠和褶皱等缺陷，因为各种缺陷均严重影响线圈的寿命。由图1可见，有褶皱绝缘的击穿时间分散性很大，平均寿命也比无褶皱的绝缘缩短很多。