高压交流电机LD-F绝缘体系

(哈尔滨电气动力装备有限公司，黑龙江哈尔滨 150040)

0 引言

LD-F绝缘体系是以含促进剂的少胶单面补强粉云母带为主绝缘材料，VPI整体浸渍环氧酸酐无溶剂树脂而构成的大中型交流电机绝缘体系。电机绝缘体系的减薄厚度、简化工艺、保护环境备受关注。在确保满足电机的产品技术条件和安全可靠运行要求的基本上，建立绝缘厚度薄、耐温等级高，机、电性能良好、工艺简化、成本降低、节约能源、保护环境的绝缘体系是绝缘技术人员梦寐以求的方向。因此，几代技术人做出了不懈的努力。我公司交流电机绝缘体系从20世纪50年代第一代A级沥青片云母浸胶绝缘体系，逐步发展成第二代B级酸酐片云母液压成型绝缘体系；第三代B级桐马酸酐环氧粉云母(TOA)模压绝缘体系；第四代F级桐马环氧粉云母模压绝缘系统及第五代F级中胶环氧粉云母白坯线圈VPI整体浸渍体系。

1990年着手F级少胶粉云母，VPI绝缘结构研究，进入本世纪得以重大突破，于2005年6kV、10kV交流电机样机制造成功。

目前已建立了第六代F级少胶粉云母VPI浸渍环氧酸酐无溶剂浸渍树脂的LD-F绝缘体系。

LD-F绝缘体系囊括了从低电压到13.8kV一系列各类型电机的绝缘结构系统，现已应用于大中型交流异步电动机、同步发电机、同步电动机、变频电机、核电主泵电机等产品上。

LD-F绝缘体系是以含促进剂的少胶单面补强粉云母带为主绝缘材料，VPI整体浸渍环氧酸酐型无溶剂浸渍树脂而构成的绝缘体系。

LD-F绝缘体系具有绝缘厚度薄、电气性能和机械性能优越、耐热性稳定、耐环境因素强、耐辐照累积剂量达2×105Gy、工艺简单、节约能源、净化生产、保护环境和安全运行可靠等特点。

1 定子线圈主绝缘厚度的减薄

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。

电机定子线圈主绝缘厚度的确定主要考虑三方面

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

(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。

1.1 我公司交流电机定子线圈绝缘发展历程

我公司的交流电机定子线圈绝缘发展历程详见表1。

表1 我公司交流电机定子线圈绝缘结构及主绝缘厚度发展

1.2 主绝缘厚度对照

LD-F绝缘体系电机主绝缘厚度与同类型西门子的电机主绝缘厚度对照见表2。电机主绝缘工作场强对照见表3。

表2 主绝缘(单面)厚度对照表 单位：mm

表3 主绝缘工作场强对照表

2 匝间绝缘

LD-F绝缘体系的匝间绝缘是根据电机的额定电压、定子线圈的匝数等进行设计。

3 少胶云母带

LD-F绝缘体系云母带采用高定量鳞片粉云母纸，其单面补强材料分别为玻璃纤维布和聚酯薄膜，胶粘剂中含有促进剂。其性能指标见表4。

表4 少胶粉云母带的性能指标

4 无溶剂浸渍树脂

浸渍树脂是电机绝缘体系中关键材料之一，它直接影响电机绝缘的性能和制造工艺，对于少胶云母带VPI绝缘体系浸渍树脂尤为重要。

4.1 组成

LD-F绝缘体系中目前采用的有两种无溶剂浸渍树脂。一种是同西门子公司Micalastic绝缘体系中ET884树脂相同的无溶剂树脂，其成分由E1032环氧树脂和H1006固化剂(酸酐)组成。另一种是在ET884树脂的基础上填加一定量的含环氧基的活性单体(含双环氧基)，降低浸渍树脂的粘度，便于在30℃时的真空浸渍，其型号为ET884-1。

两种无溶剂浸渍树脂的相关性能指标见表5。

表5 无溶剂浸渍树脂的相关性能指标

4.2 粘度

两种无溶剂浸渍树脂粘度-温度曲线见图1。

图1浸渍树脂的粘度-温度曲线

4.3 耐辐照性能

经过对两种无溶剂浸渍树脂进行辐照前后的试验测试，满足辐照积累剂量为5×105Gy内使用。

5 LD-F绝缘体系的绝缘性能

5.1 定子线圈绝缘电气性能

5.1.1 采用国产云母带和进口云母带线圈的性能

10kV级定子线圈的常态介质损耗角正切曲线见图2。6kV、10kV定子线圈的击穿电压、电气强度见表6。

图2 10kV定子线圈tanδ-U曲线

5.1.2 LD-F绝缘体系浸渍两种树脂的线圈的性能

浸渍两种树脂的定子线圈电气性能见表7。

表7 两种树脂的定子线圈电气性能(平均值)

5.2 定子线圈的耐电晕性能

抽取LD-F绝缘体系中10kV定子线圈8只做耐电晕试验，试验结果：起晕电压均大于24kV。

5.3 定子线圈电老化寿命评定

LD-F绝缘体系中10kV定子模拟线圈18只做电老化寿命评定，试验电压为22.5kV(即10MV/m)，试验结果：电老化中值寿命均超过1300h,满足西门子公司标准中规定：在8.7MV/m下的电老化寿命不低于1000h的技术指标。

5.4 定子线圈的耐辐照性

取6.6kV定子线圈12只，经2×105Gy辐照积累剂量辐照，其电气性能见表8。

表8 定子线圈经辐照后的电气性能(平均值)

5.5 LD-F绝缘体系定子绕组绝缘性能

定子绕组的介质损耗正切(tanδ)，实测值见表9，绝缘电阻值、极化指数(PI)及局部放电量实测值见表10。

表9 10kV电机定子绕组的介质损耗因数实测数据

表10 10kV电机定子绕组局放、绝缘电阻的实测数据

从表9可见：LD-F绝缘体系的10kV定子绕组在0.2UN下tanδ均小于1%，在1.2UN(12kV)下tanδ值也不大于3.6%，小于三菱公司要求不大于10%(目标8% )的指标值。

6 结语

LD-F绝缘体系是以含促进剂单面补强粉云母作主绝缘材料，VPI浸渍环氧酸酐无溶剂浸渍树脂而构成绝缘体系。本体系在保障电机安全运行的技术要求条件下，减薄了主绝缘厚度。具有电气、机械性能优越、热稳定性优良、耐环境能力强、耐辐照、运行安全可靠、简化工艺、降低成本、节约能源、保护环境等特点。

LD-F绝缘体系已形成从低电压到13.8kV一系列电机绝缘结构、大量应用于交流异步电动机、同步电动机、同步发电机、变频调速电机、核电主泵电动机及大型直流等电机上。