有机硅云母带及其绝缘结构性能对比分析

黄福祥，曹燕飞，陈红生，梁西川，盛科山，李海红

（1.中车株洲电机有限公司，湖南 株洲 412001；2.株洲时代新材料科技股份有限公司 湖南 株洲 412007）

有机硅云母带及其绝缘结构性能对比分析

黄福祥1，曹燕飞1，陈红生1，梁西川1，盛科山2，李海红2

（1.中车株洲电机有限公司，湖南 株洲 412001；2.株洲时代新材料科技股份有限公司 湖南 株洲 412007）

有机硅绝缘系统因其卓越的耐热性能和电绝缘性能，已成为轨道交通牵引电机绝缘技术重要的解决方案，而有机硅云母带作为有机硅绝缘系统关键配套材料，也成为绝缘系统的重要研究对象。文章以进口某型有机硅云母带为基准，对比验证和分析了国产云母带与进口云母带从材料到绝缘结构的性能，确认国产有机硅云母带技术可行性，并提出进一步研究内容建议。

有机硅；云母带；绝缘结构；性能

有机硅绝缘系统是目前国内外牵引电机领域主流绝缘系统之一，具备优异的耐热和介电性能，在欧洲已拥有近三十年的运行业绩。为适应铁路机车牵引电机交流化、高速重载化的发展，我国牵引电机制造商通过与国外先进牵引电机制造商进行技术合作的方式引进了有机硅绝缘系统，并取得了很好的运用经验。国内有机硅绝缘系统整体保持了欧洲有机硅绝缘体系的技术风格——即采用玻璃布补强有机硅粉云母带和聚酰亚胺薄膜作为绕包绝缘，浸渍有机硅无溶剂树脂实现绝缘结构。

为缩小牵引电机在绝缘技术领域与国外先进水平的差距，彻底打破国外在机车牵引电机高性能绝缘技术领域的垄断，同时加快我国轨道交通领域高等级绝缘系统的自主研发步伐，我国也在不断加大诸如有机硅绝缘系统国内自主研发的力度，其中有机硅绝缘系统的关键配套材料——有机硅云母带已成为重点研究目标。文章是以2款国产有机硅云母带（A、B）作为研究对象，与进口同类有机硅云母带进行对比，分别浸渍有机硅无溶剂树脂制作模拟结构，对云母带及其绝缘结构进行相应试验，对试验结果进行了对比分析，以研究国产有机硅云母带的技术可行性，并提出进一步研究内容建议。

1 试验

（1）试验仪器设备。50kN电子式万能试验机，型号ETM504D，深圳万测试验设备有限公司；高阻计，型号JYU-17，美国KEIHLEY（美国吉时利）；介质损耗测试仪，型号JTGN-50RN/25KVA，德国Doble-Lemke；150kV击穿电压测试仪，型号YDTW-100/150/0.38，上海浦东申高电容器有限公司。

（2）试样制备。①云母带性能测试样。选取A、B厂国产和某型进口有机硅云母带，按照GB/T5019.2-2009标准制取云母带基本性能测试样。②模型绝缘结构试样。试验以逆变器中间回路电压为DC1800V的某牵引电机绝缘结构为模型，主绝缘有机硅云母带与聚酰亚胺薄膜混包结构，整体VPI浸渍有机硅无溶剂浸渍漆并旋转烘焙，模型结构试验如图1所示，每组模型结构由6个模拟线圈组成。

图1 试验模型

（3）试验内容和方法。①云母带性能。按照GB/T5019. 2-2009标准规定方法进行云母带尺寸、挥发物含量、组成、电气强度和拉伸强度测试等，并辅以绕包工艺性进行对比。②模型绝缘结构测试。绝缘电阻：检测试样DC1000V/1min的绝缘电阻。常态介质损耗：分别检测各组试样常态和热态（200℃）下1000V～3000V的介质损耗值，每500V一档，记录试验结果，计算tan3kV-tan1kV介质损耗增量。常态击穿电压：对模型结构试样逐个线圈进行油中击穿电压测试，采用500V/s连续升压，直至击穿，记录击穿电压。

2 试验结果与分析

2.1 云母带

（1）常规性能。表1为A、B厂生产的2种有机硅云母带的基本性能，A、B两厂的有机硅云母带均达到了进口同类有机硅云母带性能指标要求。

表1 有机硅云母带性能

（2）绕包工艺性。进口有机硅云母带和A厂云母带在进行手工绕包时柔软性适中度基本无拉丝、掉粉云母纸剥离和开裂等现象，线圈绝缘绕包平整服帖。B厂云母带柔软性稍差，线圈绝缘绕包平整和服帖性较差。

2.2 模型绝缘结构

（1）绝缘电阻。基于A、B厂国产有机硅云母带与进口有机硅云母带模型绝缘结构的绝缘电阻值如图2所示。进口云母带和A厂云母带模型绝缘结构绝缘电阻均达到了1×1012级，B厂云母带绝缘结构绝缘电阻低于其它两种云母带绝缘结构。

图2 基于国产与进口有机硅云母带模型结构绝缘电阻值

（2）常、热态介质损耗。①常态介质损耗及其增量。基于A、B厂国产有机硅云母带与进口有机硅云母带模型绝缘结构的常态介质损耗和介质损耗增量（tan3kV-tan1kV）分别如图3和图4所示。在2.5kV以下基于A、B两厂有机硅云母带的模型绝缘结构介质损耗相当，但都高于进口云母带模型绝缘结构；3kV-1kV下介质损耗增量，基于A厂云母带和进口云母带模型绝缘结构的介质损耗增量都很小，两者差异基本可以忽略，而基于B厂云母带模型绝缘结构的介质损耗增量达到了0.379%，明显大于A厂和进口有机硅云母带的模型绝缘结构。

介质损耗增量主要表征绝缘结构的整体性，是表征绝缘材料工艺性和绝缘处理效果的重要指标，增量越大表明整体性越差，B厂云母带模型绝缘结构介质损耗增量明显大，这与前面绕包工艺性验证的柔软性差影响绝缘结构整体性的结果相符。

图3 基于国产与进口有机硅云母带模型结构常态介质损耗

图4 基于国产与进口有机硅云母带模型结构介质损耗增量

（3）热态（200℃）介质损耗及其增量。基于A、B厂国产有机硅云母带与进口有机硅云母带模型绝缘结构的热态（200℃）介质损耗如图5所示。A厂和进口有机硅云母带模型绝缘结构的热态介质损耗随电压变化曲线基本重合，而B厂有机硅云母带模型绝缘结构的热态介质损耗高于前两种结构，且其热态介质损耗陡增的拐点相比常态往前移了约0.5kV。热态介质损耗主要表征组成绝缘结构材料之间的配套性，热态介质损耗越低表明配套效果越佳，热态介质损耗结果表明B厂有机硅云母带与有机硅浸渍漆的配套性相比进口和A厂有机硅云母带要差。

图5 基于国产与进口有机硅云母带模型结构热态（200℃）介质损耗

（4）常态击穿电压（油中）。基于A、B厂国产有机硅云母带模型绝缘结构的击穿电压与进口云母带模型结构击穿电压接近率如图6所示。三种模型绝缘结构击穿电压水平都很高，从与进口云母带模型绝缘结构击穿电压的接近率来看，A厂有机硅云母带模型绝缘结构接近率达到98.5%，B厂有机硅云母带模型绝缘结构则超过进口云母带模型绝缘结构达到了104%。

图6 基于国产与进口有机硅云母带模型结构击穿电压

3 结论

（1）待评价的2家国产有机硅云母带原材料基本性能都达到了进口同类带性能指标要求，但B厂有机硅云母带柔软性较差会影响绝缘结构的整体性。

（2）基于A厂有机硅云母带模型绝缘结构除了常态介质损耗略高于进口云母带模型绝缘结构，其它性能均不逊于进口云母带模型绝缘结构；基于B厂有机硅云母带模型绝缘结构击穿电压与进口云母带模型绝缘结构相当，但其它性能均比进口云母带模型绝缘结构差。

以上对比的仅仅是有机硅云母带及其绝缘结构的常规性能，还不能足以证明国产有机硅云母带能否在产品结构上应用，要达到应用程度，还需要对材料及其结构进行大量的试验验证，比如材料性能的稳定性和一致性、绝缘结构的功能性和寿命评估等等。

一个合理、可靠的绝缘结构的实现需要一个稳定的原材料配套保障。有机硅云母带作为有机硅绝缘系统关键配套材料，其性能对绝缘结构的影响不容置疑。受国内云母带原材料（如含芳纶纤维的高性能云母纸、特殊定格定位的高强度玻璃布补强物、有机硅粘结剂等）和传统的云母带制造技术制约，要做到持续稳定为有机硅绝缘系统提供配套云母带还任重道远。

［1］余卫斌.电力机车牵引电机绝缘系统的引进及国产化［J］.电力机车与城轨车辆，2007，30（3）：1-3，7.

［2］陈红生，姜其斌.牵引电机200级绝缘系统国产化研究进展［J］.电力机车与城轨车辆，2011，34（3）：1-4.

［3］GB/T 5019.2-2009.以云母带为基的绝缘材料.第2部分:试验方法［S］.

Comparative Analysis of Silicone Mica Belt and Its Insulation Structure

HUANG Fu-xiang1，CAO Yan-fei1，CHEN Hong-sheng1，LIANG Xi-chuan1，SHENG Ke-shan2，LI Hai-hong2
（1.CRRC Zhuzhou Electric CO.，LTD.，Zhuzhou，Hunan 412001，China；2.Zhuzhou Times New Material Technology CO.，LTD.，Zhuzhou，Hunan 412007，China）

Silicone insulation system has become an important solution for rail traction motor insulation technology because of its excellent heat resistance and electrical insulation performance.Silicone mica tape as a key supporting material for silicone insulation systems has become an important research object of insulation system.Based on the import of a certain type of silicone mica tape，this paper validates and analyzes the performance of domestic mica tape and imported mica tape from material to insulating structure；confirms the feasibility of domestic silicone mica tape，and puts forward some suggestions for further research.

silicone；mica tape；insulating structure；performance

TQ317

A

2095-980X（2017）04-0061-02

2017-03-15

黄福祥，主要研究方向：电机。