1.5MW抗“浸水”风力发电机定子绝缘层的研制

赵俊霞，郑伯涛

（1.三江学院，江苏南京 210012；2.南京汽轮电机长风新能源股份有限公司，江苏南京 211100）

1.5MW抗“浸水”风力发电机定子绝缘层的研制

赵俊霞1，郑伯涛2

（1.三江学院，江苏南京 210012；2.南京汽轮电机长风新能源股份有限公司，江苏南京 211100）

为了提高风力发电机组件对环境的适应能力，分析了风力发电机的运行环境对绝缘系统及其材料的特殊要求，开展了对组件核心部件——风力发电机的关键部件（定子）的绝缘系统及其材料的研究。采用F级环氧云母带包扎定子绕组，进行VPI工艺流程，依据新工艺制备的1.5 MW风力发电机的成功通过了“浸水”试验，24小时浸水后，四台定子绝缘电阻大于50 MΩ，达到Q/JF 2SJ1500SF标准，是目前风力发电机绝缘系统性能最优异的绝缘系统之一。

1.5 MW风力发电机；浸水试验；真空压力浸渍工艺

0 引言

随着传统能源的耗损，风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×109 MW[1]，其中可利用的风能为2×107 MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍[2]。

风力发电组件的核心部件为风力发电机，而风力发电机的核心是定子。由于风力发电机单机容量大(可达兆瓦级以上)，使用地理环境特殊(一般在沙漠、草原、海边或海中)，因此对风力发电机定子的表面绝缘涂料提出了更高要求[3]。表面绝缘涂料是一类涂覆在电机定子表面起一定绝缘作用的功能涂料，是一种综合性能优异的高分子复合材料，除具有一定的绝缘功能外，还具有良好的耐腐蚀性能等特点。

1 抗“浸水”工艺

1.1 主要原材料

大型发电机定子绕组是发电机的心脏部件，在运行过程中必须承受电、热、机械应力和环境条件的作用，还得承受起动和停机发生的冷热循环热应力作用和突然短路事故产生的强大电磁力作用，因此要求定子线圈绝缘具有良好电气和机械性能，从而保证发电机的可靠运行[4]。特别是在风力发电机上，因为使用环境的恶劣，必须进行的试验之一是抗“浸水”试验。

目前国内高电压大电机使用的主绝缘材料主要为多胶环氧云母绝缘体系，其云母含量为80g/ m2。而国外大电机使用的主绝缘材料无论多胶、少胶体系，一般云母含量在160 g/m2左右，目的是保证发电机在长期运行条件下具有良好的机械和电气性能，特别是耐电热老化性能。

为提高风力发电机定子抗“浸水”能力，本文的定子绕组为多匝圈式绕组，绕组绝缘采用公司成熟可靠的绝缘工艺与结构，主绝缘采用F级环氧云母带连续包扎后再在直线部分包低阻带，端部包高阻带，经加热模压成型后，使线棒与绝缘成为无空隙的严密均匀的整体。下线前定子铁芯槽内喷以半导体防晕漆，线圈边与铁芯间以半导体玻璃布配紧，槽内各垫条均采用半导体玻璃布板。整个绕组绝缘性能稳定、耐电强度高、介质损失低、导电性能好、起晕电压高、耐潮湿、耐臭氧、刚度好、强度高，并具有优良的蠕变性能。定子槽口采用短槽楔打紧，以抑制线圈在槽内的电磁震动，减少电腐蚀，并防止定子线圈下沉。定子线圈下线后的所有接头采用银铜焊连接。

1.2 主要工艺

本文中1.5 MW风力发电机的定子如图1所示，由机座、铁芯及绕组等组成。

图1 1.5MW风力发电机定子

定子铁芯采用高导磁、低损耗优质硅钢片0.5 mm厚50W310冲制成的扇形片迭压而成。铁芯外径ϕ4.8 m，内径为ϕ4.32 m。扇形片冲制后两面涂以优质绝缘漆，以减少涡流损耗。扇形片以鸽尾筋定位并固定于机座上，铁芯上下两段叠片采用F级硅钢片胶粘成整体，以增强铁芯刚度，减少铁芯振动；铁心高度由10 mm高的通风沟把铁芯分成若干段，用拉紧螺杆通过压板把铁芯压紧。为保证铁芯平整、减少波浪度，机座采用大齿压板结构。

定子的绝缘工艺采用的是真空压力浸渍（又称VPI工艺和整浸工艺），VPI真空压力浸渍设备是高压电机、变压器、电力电容器和纸绝缘的高压电力电缆等电器和电工材料生产过程中重要的工艺设备。该设备由下列部分组成：浸渍罐、贮漆罐、真空抽气系统、压缩空气储气加压系统、排气系统、输回漆系统、加热系统、制冷系统和电气控制系统。

VPI工艺过程为：预烘除湿→入罐→真空排气→真空浸漆→压力浸渍→压力排漆→卸压滴漆→出罐→固化干燥。经VPI工艺处理后，电机整体性好，整个绕组绝缘性能稳定、耐电强度高、介质损失低、起晕电压高、导热性能好、耐潮湿、抗电弧、耐臭氧、刚度好、强度高并具有优良的蠕变性能。

2 测试标准

由于国家没有相关的标准执行，为了更好地检测企业1.5 MW风力发电机定子绝缘处理的密封性和质量稳定性，在新材料试用、重大工艺改进、产品交付后出现质量问题时进行检测。绝缘执行标准是新疆金风科技股份有限公司与各风力发电机生产厂家协商后确定的[5]。

2.1 抽检数目

首次浸水实验的抽检数目由双方协商。在后期正常生产中，月产≥50台时，每月抽检4台；月产＜50台时，每月抽检2台。抽检时间及抽检的定子编号由使用方确定。若有一台试验结果不合格，直至连续有10台定子一次性浸水结果合格。不合格定子整改后仍需进行浸水试验，直至试验结果合格。

2.2 试验方法

浸水试验是在定子浸漆处理（包括二次浸漆烘干、表面漆瘤清理）完成、定子绕组未联接电缆及表面未喷涂情况下进行。在浸水试验完成后，原则上不能再对定子表面绝缘漆瘤进行打磨。

（1）浸水前应对环境温度、湿度及待试定子的绝缘电阻值进行记录；

（2）将定子引线端朝上，吊入浸水槽内（注意定子和浸水槽摆放的水平性及稳定性）；

（3）使浸水槽内水位淹没至定子端环1/3～1/2处，并保持2小时。

2.3 测量仪器

绝缘电阻的测定使用1 000 V兆欧表。

2.4 验收标准

在浸水试验完成时，定子绝缘电阻不小于50 MΩ，则视为试验结果合格。

浸水试验完成后进行烘干处理，要求烘干后的定子绝缘电阻回升至不小于试验前绝缘电阻值的80%，方可进入下道工序。

3 试验数据

南京长风新能源股份有限公司根据“浸水”试验要求，通过长期试验，严格按照新材料、新工艺进行了1.5 MW风力发电机新定子的组织制造工作，经自评后，新疆金风科技股份有限公司于10月20日-10月25日现场见证了南京长风新能源股份有限公司09113、09116、09117、09118四台定子的24小时浸水过程。

1.5 MW风力发电机定子E15D“浸水”试验数据如表1，其中，水位在环1/3～1/2处经2 h浸水后绝缘电阻均大于1.1 GΩ。金风评审组对现场操作过程进行了查看，总体感觉比未使用新工艺前有很大改观，特别是VPI的效果良好，为浸水的通过创造了条件。

4 小结

南京长风新能源股份有限公司根据新材料、新工艺制造的四台1.5 MW风力发电机定子，浸水结果良好，较前期有很大改观，符合技术要求，水位在环1/3～1/2处24 h浸水摸索性试验数据也较理想。新工艺远远提高了定子的绝缘性能、抗恶劣环境的性能，为风力发电机更宽广的应用提供了条件。

表1 1.5 MW风力发电机定子“浸水”试验数据

［1］冯雅.我国风电并网容量将突破4500万千瓦发展更趋平稳［EB/OL］.（2011-12-29）.http：//www.newen⁃ergy.org.cn/html/01112/12291144187.html.

［2］郭力方.风电业渐入良性发展轨道投资下降并网攀升［EB/OL］.（2011-12-23）.http：//www.newenergy. org.cn/html/01112/12231144095.html.

［3］曾凡辉，姜其斌，陈宪宏，等.风力发电机用表面绝缘涂料的研究［J］.绝缘材料，2010，43（2）：17-23.

［4］管兆杰，黄慧洁，康骏，等.国内电机绝缘材料和工艺及绝缘结构现状及分析［J］.电机与控制应用，2011，38（4）：1-5.

［5］Q/JF 2SJ1500SF.3-2009.金风1.5MW系列风力发电机组发电机定子浸水及淋水试验执行标准［S］.

Anti-Flooding Insulation Development of 1.5MW Wind Generator Stator

ZHAO Jun-xia1，ZHENG Bo-tao2
（1.Sanjiang University，Nanjing210012，China；2.Nanjing Turbine&Electric Machinery Changfeng New Energy Co.，Ltd.，Nanjing211100，China）

To improve the adaptability of the wind generator components to the environment，this paper analyzes the special insulation system and materials requirements of the wind generator operation environment.The key component of the core components is the wind generator.The crux of generator is stator.We develop the stator insulation system and materials.First，it is used the Class F epoxy mica tape to bandage the stator windings.Then，it passes the VPI process.With the new technology，1.5MW wind generators succeed in the "immersion test".The insulation resistances of the four stators are greater than 50MΩ after the 24 hours immersion in water.This meets the Q/JF 2SJ1500SFstandard.It is the most excellent system of the wind generator insulation systems.

1.5MW wind generators；immersion test；vacuum pressure impregnating

TM315

A

1009－9492(2014)09－0052－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.09.014

赵俊霞，女，1979年生，河南人，硕士，讲师。研究领域：电机控制的芯片设计。已发表论文10篇。

(编辑：向 飞)

2014－03－20