基于提高风力发电机定子端部漆膜质量的工艺研究

李　海， 焦青英

（山西汾西重工有限责任公司， 山西　太原　030027）

引言

由于风力发电机长期运行在盐雾、潮湿、温差、振动、沙尘、雷电等各种环境中，电机绕组的绝缘体系面临着严峻的考验。考虑到浸渍漆本身的绝缘性能和应用工艺的性能，为了提高绕组的绝缘寿命，国内许多的电机制造厂家都引进了防绝缘漆流失的单面透气带这种新型材料，可以提高定子绕组在真空压力浸漆（以下简称VPI）时的挂漆量。但在实际应用中发现，新材料经绝缘漆浸渍后在定子绕组端部出现了大量漆泡，不仅影响了定子漆膜的质量，需要修整并二次浸漆，还造成了设备重复占用和工时的增加，见图1。1风电定子真空压力浸漆工艺流程

图1　定子VPI后端部气泡示意图

预烘→抽真空→保真空→输漆→加压→保压→回漆→旋烘→静烘。

2　原因分析

单面透气带除了具有绝缘性能还具有热收缩的特性，其热缩率与烘焙温度成正比，根据电机制造经验初步分析：漆泡主要由透气带受热收缩时内部的空气所引起，原有的烘焙工艺及参数已不适用，需进行改进。本文通过两项工艺试验确认了上述的分析，具体内容如下。

2.1　预烘温度的改变对定子端部漆泡的影响

现场选取四台定子进行浸漆烘焙试验，按照如下方式进行烘焙。

1）编号YZL-16-01-185和编号YZL-16-03-502定子按照工艺要求预烘80℃，2～3 h；编号YZLX16-04-021和编号YZL-X16-04-022定子的预烘120 ℃，2～3 h。

2）两组定子浸漆后均按照原工艺采取旋烘+静烘的烘焙方式，试验结果见表1。

表1　不同预烘参数端部气泡数量对比

2.2　旋烘温度改变对定子端部气泡的影响

现场选取了四台风电定子进行浸漆烘焙试验，分别按照原工艺和阶梯升温的方式进行旋烘，试验结果如表2。

表2　不同旋烘方式绕组端部气泡数量对比

从上述两项工艺试验表明：采用提高预烘温度和采用阶梯旋烘温度的方法均可减少定子端部的漆泡，故可得出结论：引起风电定子端部漆膜产生漆泡的原因：一，预烘温度选择不当；二、旋烘温度选择不当。

3　提高预烘温度

考虑到定子绝缘材料受到耐热温度和绝缘等级的限制，预烘的温度不能超过150℃。提高预烘温度，一方面可提高端部透气带的热收缩率，另一方面也会阻碍或降低绝缘漆的渗透性，绝缘漆能否渗透到线圈内部，影响整个定子的绝缘性能，因此存在风险，故本节首先进行风险分析，再确认预烘的参数[1]。

3.1　风险分析

3.1.1　工艺方案策划

模拟风电定子端部的绝缘结构制作样棒，按照定子允许承受的最高温度进行预烘，浸漆后再对样棒进行剖切检查，观察绝缘漆的填充效果。

3.1.2　试验内容

1）选风电定子电磁线为云母薄膜绕包铜扁线，2.65×6，四根并绕，匝数4匝，制成样棒；样棒长度为300 mm，样棒数量为3件。

2）每支样棒外侧用透气带半叠包一层，两端部用硅橡胶自粘带封头，见图2。

图2　样棒浸漆前示意

图3　样棒剖切图

3）预烘150℃，2～3 h后按照风电定子浸漆工艺要求完成真空压力浸漆和烘焙。

4）从样棒中心处剖切，观察绝缘漆是否填充饱满，绝缘层是否致密。样棒浸烘后的剖切示意图见图3。

从上图可知：由于样棒两端部用硅橡胶自粘带封头，绝缘漆只能从透气带的搭接处渗入，与风电定子端部的绝缘结构相比，本次试验的考核更加严酷。但从样棒剖切图可见，样棒内部的绝缘漆填充饱满，绝缘层充分致密，没有缺陷[2]。

结论：定子预烘温度150℃后不影响绝缘漆的渗透性和浸漆质量。

3.2　确定预烘参数

3.2.1　试验方案

对风电定子先后按照四种预烘参数进行烘焙，经真空压力浸漆和烘焙后比较四种绕组端部漆泡的变化。

3.2.2　试验内容如下

1）现场抽取8台风电定子并平均分成四组，烘焙温度分别按照120℃、130℃、140℃，150℃，时间均按照2～3 h进行预烘。

2）按照风电定子浸漆工艺要求完成真空压力浸漆和烘焙。

3）比较四组定子端部漆泡数量，结果见表3。

表3　比较四组定子端部漆泡数量

从表3可知：随着预烘温度的升高，定子端部漆泡逐渐减少，且140℃和150℃相差不大。考虑定子的耐热温度和能源消耗等因素，结合上述试验的结果，规定定子预烘的参数：140℃，2～3 h。

4　旋烘参数的工艺改进

4.1　实验内容

旋烘作为风电定子绝缘漆固化的前期阶段，同时也是绝缘漆固化时溶剂挥发反应最剧烈的阶段，本节从如何降低溶剂挥发的剧烈程度入手进行了工艺验证，通过漆饼烘焙试验，对比了不同烘焙参数下漆饼的外观质量，确认了烘焙参数[3]。

1）样品制备：直径100 mm，厚度为1 mm±0.1 mm的浇注片，数量10件，编号1号～10号。

2）将10组浇注片分为五组，按照下表的烘焙参数进行烘焙，观察漆饼的外观质量。

4.2　试验结果

试验结果如表3所示，观察表3可知：

1）由于漆饼表面积大，高温固化时表面成膜较快，1号—2号漆饼表面气泡多，外观质量差。

2）随着烘焙温度梯度的减缓，有效减弱了漆饼表面的固化成膜速度，漆饼的漆泡开始逐渐减少，见3号—6号漆饼。

3）7号—10号漆饼外观均符合要求，表面无漆泡。

比较7号—8号和9号—10号，后者所占用的能源消耗多，成本高。故得出结论：漆饼按照80℃，2 h+100℃，2 h+130℃，2 h+140℃，3 h的烘焙参数可以解决漆饼的漆泡问题。

表3　五组漆饼外观状态对比

5　样机试制及批量制造

根据前文得出的结论，定子预烘140℃，2～3 h，旋烘80℃，2 h+100℃，2 h+130℃，2 h+140℃，3 h的烘焙参数对编号为2016-11-1277定子进行样机试制，结果，定子端部漆膜光滑、均匀，无漆泡，外观符合产品设计和工艺要求。随后进行了批量定子的制造，结果端部漆泡消失，效果良好，可有效保证定子绕组的可靠性和防潮性。6研究意义

1）首次提出了定子预烘+阶梯升温法的烘焙方法，彻底消除定子端部的气泡问题，提高了定子的外观质量。

2）风电定子不需修整漆泡和二次浸漆，降低了设备的占用率，减少了制造成本，预计每台风电定子能够节省的制造成本约1 300元。

3）此项工艺研究标志着一套完整的VPI先进技术，可以作为一项新技术大力推广应用，可推广到项目产品和电动机产品的制造，该项工艺研究创造了较高的经济效益并积累了生产相关产品的经验。

[1]吴丹，虞鑫海，徐永芬.国内外真空压力浸渍树脂的发展现状[J].绝缘材料，2008，41（5）：23-26.

[2]夏宇，王文，陶纯初，等.JF-9955环氧酸酐常温浸渍VPI树脂及其在风力发电机上的应用[C]//全国风力发电技术协作网年会，2011.

[3]韦国清，王放文.少胶云母带在国产10 kV交流电机VPI绝缘中的应用研究[C]//中国电工技术学会绝缘材料与绝缘技术学术会议，1999.