高压电机少胶云母VPI绝缘体系对比分析

吕朝帅，陈中洋，曹佳冉

(中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆400000)



高压电机少胶云母VPI绝缘体系对比分析

吕朝帅，陈中洋，曹佳冉

(中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆400000)

摘要介绍了三种高压电机用少胶云母VPI绝缘体系，通过试验对三种绝缘体系的样棒进行产品质量等级评定，并分别从介质损耗和击穿试验两个方面进行对比分析，根据不同的工艺保证能力得出三种绝缘体系的优先选用等级。

关键词高压电机；绝缘体系；工艺保证能力

0引言

随着工业的迅猛发展，电机行业也朝着大容量、高性能方向发展，而绝缘的可靠性正是保障电机使用寿命的关键，这势必推动电机绝缘体系向高耐热等级、高电气性能、高机械性能、减薄绝缘等方向发展。

少胶粉云母带VPI真空压力浸漆绝缘体系云母含量高、绝缘厚度小、绝缘内无气隙、机械性能优良、电气性能优越，为增加电机容量、降低电机温升、延长电机使用寿命提供了可靠的保障，正如上述趋势所述，少胶粉云母带VPI绝缘体系正在逐步代替传统的多胶粉云母带模压绝缘体系和中胶粉云母带VPI绝缘体系成为目前6kV、10kV高压电机主流绝缘体系。

1少胶粉云母带VPI工艺的三种不同结构绝缘体系

少胶粉云母带是以粉云母纸为基材，为了提高云母带中云母的含量和云母带的机械强度以单面补强的方式增加补强材料，用含量在4%～8%的环氧胶粘漆为胶黏剂粘结而成的，经用与之相容的浸渍树脂经真空压力浸漆绝缘工艺处理后最终固化的粉云母带。

根据补强材料的不同可以分为若干种云母带，其中玻璃布少胶粉云母带和聚酯薄膜少胶粉云母带以其良好的柔软性、优异的电气、机械强度作为主绝缘大量的应用在6kV、10kV高压电机上。但是在这两种云母带中玻璃布少胶粉云母带在机械强度方面占优，聚酯薄膜少胶粉云母带具有良好电气性能，具体区别见表1。

表1　玻璃布少胶粉云母带和聚酯薄膜少胶粉

在不同的工艺过程中，使用哪种云母带作为电机的主绝缘，才能使整体绝缘性能最优化是问题的关键，故在此主要分析由以上两种少胶粉云母带组合而成的三种不同结构绝缘体系的绝缘性能。由于玻璃布少胶粉云母带的介电强度远小于聚酯薄膜少胶粉云母带的介电强度，所以不将单纯由玻璃布少胶粉云母带构成的绝缘体系列入验证范围。

1.1　聚酯薄膜少胶粉云母带VPI绝缘体系

聚酯薄膜少胶粉云母带采用介电强度高、吸湿性低的聚酯薄膜作为补强材料，提高整体绝缘的介电强度、增加其防潮性，为电机减薄绝缘提供基础。此种绝缘体系为本文所讨论的三种绝缘体系中理论电气性能最优的一种绝缘体系，但由于聚酯薄膜少胶粉云母带拉伸强度低、渗透性低容易导致后续绕包云母带出现断裂和VPI浸漆不完全等问题造成绝缘内部缺陷，所以此种绝缘体系对工艺保证能力相对要求较高。

1.2　聚酯薄膜少胶粉云母带与玻璃布少胶粉云母带混包VPI绝缘体系

由于单纯由聚酯薄膜少胶粉云母带组成的绝缘体系(以下简称厚少胶云母带混包绝缘体系)，对绕包云母带环节和VPI工艺保证能力相对要求较高，所以考虑增加一种拉伸强度高、渗透性比较好的玻璃布少胶粉云母带，其与聚酯薄膜少胶粉云母带进行交叉叠包组成厚少胶云母带混包绝缘体系来改善整体的拉伸强度和渗透性，放宽对工艺保证能力的要求，降低工艺波动对整体绝缘性能的影响，提高生产效率。

1.3　薄聚酯薄膜少胶粉云母带与薄玻璃布少胶粉云母带混包VPI绝缘体系

简称薄少胶云母带混包绝缘体系。由于不同电压等级对应主绝缘厚度不同，对于厚少胶云母带混包绝缘体系可能出现叠包奇数层的情况，在叠包最后一层的时候需要将整合云母带改为单种云母带，这将降低生产效率。薄少胶云母带混包绝缘体系是在厚少胶云母带混包绝缘体系的基础上适当减薄云母带厚度以保证相同主绝缘厚度情况下叠包层数为偶数，避免最后一层更换云母带的环节，提高生产效率。

2试验数据及对比分析

为了验证以上三种绝缘体系对工艺保证能力的受限程度，将其分别以6kV、10kV两个电压等级共做6组试验，且每种绝缘体系中电压等级的绝缘厚度应保持一致。根据JB/T 50133《中型高压电机少胶整浸线圈产品质量分等》进行产品质量水平评定，试验数据及质量等级见表2。

表2　试验数据及产品质量水平评定

2.1　从介质损耗方面分析

介质损耗是介质中存在电流而产生的损耗。理想的绝缘介质内部没有自由电荷，实际的电介质内部总是有少量的自由电荷存在，除此之外，电介质中也存在着束缚电荷，在外电场的作用下束缚电荷的局部移动导致宏观上显示出电性，在电介质表面和内部不均匀的地方出现电荷，它们是造成电介质漏电的原因。

电机的绝缘缺陷分为集中式缺陷和分布式缺陷，集中式缺陷指绝缘局部损伤、受潮、存在气泡等一点或几点缺陷，而分布式缺陷是指绝缘老化变质、普遍受潮等整体缺陷。如果绝缘内部的缺陷不是分布性的而是集中性的，则测试介质损耗的方法就不是很灵敏，被试绝缘的体积越大就越不灵敏，而电机运行中的绝缘缺陷多是集中性的，且整体绝缘体积很大，测试介质损耗的方法反应绝缘缺陷的效果就很差，反之若介质损耗超标则意味着绝缘损坏比较严重，所以介质损耗是否合格是判定电机绝缘是否完好的重要指标。

2.1.1聚酯薄膜少胶粉云母带VPI绝缘体系

6kV聚酯薄膜少胶粉云母带VPI绝缘体系的0.2UN常态介损合格，而常态介损增量和每0.2UN间介损增量均不合格，是因为绝缘内部存在云母带断裂、局部气泡等绝缘缺陷，当电压较低时对介质损耗没有太大影响，当电压高于空气起始电压时空气产生游离，导致极化电流上升介质损耗急剧增加。这就验证了聚酯薄膜少胶粉云母带拉伸强度低导致在叠包云母带的环节容易出现叠包不紧密、云母带断裂，渗透性低导致VPI浸漆环节压力不够使绝缘内部存在过多气泡，而10kV聚酯薄膜少胶粉云母带VPI绝缘体系介损相关参数合格，更加说明此种绝缘体系更大程度的受限于工艺的波动性。

2.1.2少胶云母带混包绝缘体系

后两种绝缘体系均为少胶云母带混包绝缘体系，区别只在于云母带的厚度不同。这两种绝缘体系在介质损耗参数方面均合格，且质量等级优等率大致相同，薄少胶云母带混包绝缘体系此参数的质量等级优等率高于厚少胶云母带混包绝缘体系，也可说明在相同绝缘厚度情况下，虽然薄少胶云母带混包绝缘体系比厚少胶云母带混包绝缘体系叠包的层数多，生产过程中出现绝缘缺陷的可能性更大，但前者玻璃布少胶云母带的含量略高，拉伸强度高、渗透性更好，可通过增加绕包云母的拉力和提高相对VPI浸漆压力来弥补绝缘内部容易存在缺陷的缺点。所以通过试验数据可认为薄少胶云母带混包绝缘体系和厚少胶云母带混包绝缘体系绝缘性能为同一等级，可根据不同的主绝缘厚度进行选择。

2.2　从击穿试验方面分析

绝缘被击穿说明绝缘介质中自由电荷过多导致绝缘介质呈现导电性，使其失去绝缘能力，而击穿电压和击穿场强的高低更直观的体现了绝缘性能的强弱。聚酯薄膜少胶粉云母带绝缘体系中6kV样品的击穿试验数据合格，10kV样品内部存在缺陷导致击穿电压不合格，而其他两种绝缘体系击穿试验方面数据均合格，这也说明了聚酯薄膜少胶粉云母带绝缘体系对工艺的保证能力要求很高。

除此之外，聚酯薄膜少胶粉云母带绝缘体系的击穿电压为68.18kV，混包云母带绝缘体系的击穿电压为72.16kV。从图1可以看出虽然聚酯薄膜少胶粉云母带绝缘体系的击穿电压低但是损坏严重，这说明了若工艺保证能力不强，电机的使用工况越恶劣，聚酯薄膜少胶粉云母带绝缘体系就越容易受损，存在很大的安全隐患。所以从击穿试验方面来看聚酯薄膜少胶粉云母带绝缘体系的性能远不如其他两种混包云母带绝缘体系。

图1　两种云母带击穿电压

3结语

通过以上试验分析得出以下结论：三种绝缘体系中，聚酯薄膜少胶粉云母带VPI绝缘体系理论绝缘性能最好，但需要成熟的工艺做支撑，否则适得其反，在工艺保证能力不是很成熟的条件下可选用聚酯薄膜少胶粉云母带和玻璃布少胶粉云母带混包而成的VPI绝缘体系，云母带的厚度可根据实际主绝缘厚度和叠包云母带环节工艺决定，对绝缘性能的影响可忽略。

参考文献

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Contrastive Analysis on Less Resin Mica VPI Induction System

of High-Voltage Motor

LyuChaoshuai,ChenZhongyang,andCaoJiaran

(China Coal Technology Engineering Group Chongqing Research Institute, Chongqing 400000, China)

AbstractThis paper introduces three kinds of less resin mica VPI insulation systems for high-voltage motors. Quality grade of the product with these three kinds of insulation systems is evaluated by the test, and comparative analysis are made from aspects of dielectric loss and breakdown test separately. Priority of the three kinds of insulation systems are obtained by different technical assurance capabilities.

Key wordsHigh-voltage motor；insulation system；technical assurance capabilities

收稿日期：2015-09-21

作者简介：吕朝帅男1986年生；毕业于哈尔滨理工大学电气工程及其自动化专业，现从事高压电机的设计研发工作.

中图分类号：TM303.4

文献标识码：B

文章编号：1008-7281(2015)06-0037-004

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2015.06.12