中膠10 kV級高壓電動機(jī)減薄絕緣厚度研究

湯振陽，鄭濱生，楊　洋

(1. 上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院，上?！?00240；2. 上海電氣集團(tuán)上海電機(jī)廠有限公司，上?！?00240)

中膠10 kV級高壓電動機(jī)減薄絕緣厚度研究

湯振陽1，2，鄭濱生2，楊洋2

(1. 上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院，上海200240；2. 上海電氣集團(tuán)上海電機(jī)廠有限公司，上海200240)

摘要：電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)減薄是對電機(jī)研究的一個重要方面，該課題通過對匝間絕緣材料和對地主絕緣的研究和設(shè)計，并通過測試相關(guān)的常溫介質(zhì)損耗、擊穿電壓、電老化等性能，得到一種用于中膠體系的絕緣結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：大中型電機(jī)；絕緣減?。欢ㄗ泳€棒

0引言

縱觀電機(jī)發(fā)展的歷史，電機(jī)單機(jī)容量的增大和技術(shù)提高，都是以電機(jī)絕緣技術(shù)水平的提高為前提的。作為電機(jī)的一個重要組成部分，定子繞組是影響加工費(fèi)用、運(yùn)行可靠性和電機(jī)壽命的一個關(guān)鍵部件。隨著電機(jī)行業(yè)的不斷發(fā)展，需要開發(fā)更薄、更先進(jìn)的絕緣結(jié)構(gòu)。減薄絕緣結(jié)構(gòu)意味著相同容量的電機(jī)可以縮小體積，提高產(chǎn)品的先進(jìn)性和競爭力。制造更加先進(jìn)的電機(jī)，絕緣系統(tǒng)是阻礙發(fā)展的瓶頸，特別是作為電機(jī)核心的定子繞組的絕緣系統(tǒng)，是絕緣技術(shù)的關(guān)鍵。因此，研究絕緣厚度的減薄具有十分重要的意義[1]。

大中型電機(jī)的定子繞組是由線圈組成的，圖1所示的就是定子線圈的截面圖。

圖1　定子線圈截面示意圖

上海電氣集團(tuán)上海電機(jī)廠有限公司的中膠10 kV高壓電動機(jī)絕緣系統(tǒng)已有20多年可靠運(yùn)行記錄，能夠說明絕緣有一定的裕度。目前新的設(shè)備和新的技術(shù)出現(xiàn)，都需要在能夠保證電機(jī)可靠性的基礎(chǔ)上，研究減薄絕緣厚度工作。

課題計劃將10 kV級電機(jī)單邊主絕緣厚度由2.64 mm減薄為2.2 mm，匝間絕緣厚度由0.7 mm減薄為0.5 mm。課題研究的內(nèi)容主要有兩個方面，一方面是進(jìn)行了匝間絕緣材料的優(yōu)選和性能測試；另一方面是對定子試驗(yàn)線棒的絕緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，并通過測試線棒的常溫介質(zhì)損耗、擊穿電壓、電老化研究試驗(yàn)線棒的性能，并最后選擇一種絕緣結(jié)構(gòu)制作模擬線圈，并測試其性能。

1匝間絕緣的研究

通過優(yōu)化比較，本課題計劃使用一種由電磁線廠開發(fā)的新型電磁線——A型導(dǎo)線，見圖2。上海電氣集團(tuán)上海電機(jī)廠有限公司現(xiàn)在中膠絕緣結(jié)構(gòu)廣泛使用的是B型導(dǎo)線，見圖3。A型導(dǎo)線和B型導(dǎo)線的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比見表1。

圖2　A型導(dǎo)線

圖3　B型導(dǎo)線

通過表1可以看出，A型導(dǎo)線其絕緣厚度比B導(dǎo)線絕緣厚度小0.2 mm，但無論彎曲后的擊穿電壓還是直線部分的擊穿電壓都不比B型導(dǎo)線差。

2主絕緣結(jié)構(gòu)的研究

2.1銅排試樣性能研究

用銅排在包帶機(jī)上制作線棒試樣，并根據(jù)理論厚度上夾板后根據(jù)工藝浸漬絕緣漆。

本課題選擇了3種混包結(jié)構(gòu)，其厚度、常溫介損、擊穿電壓和介電強(qiáng)度見表2。

表1　導(dǎo)線的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比表

表2　10 kV高壓電機(jī)減薄主絕緣厚度研究(銅排試樣)

從表2的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，三種結(jié)構(gòu)的常溫介質(zhì)損耗和瞬時擊穿電壓沒有明顯的差異。

出于實(shí)際生產(chǎn)需要的考慮，最后選擇了5層Ⅰ型云母帶，5層Ⅱ型云母帶的結(jié)構(gòu)進(jìn)行下一步測試研究工作。

2.2加上匝間后線棒性能研究

作為一個絕緣系統(tǒng)， 僅僅考慮主絕緣的性能是不夠全面的。因此我們先用導(dǎo)線落料， 再進(jìn)行膠化， 主絕緣按表3結(jié)構(gòu)包扎， 低阻帶選用厚度為0.045 mm的低阻帶， 制作成帶匝間的線棒， 并對其進(jìn)行常規(guī)性能測量， 測試結(jié)果可見表3。

表3　加上匝間后線棒性能研究

從表3可以看出，帶匝間成型后的線棒瞬時擊穿電壓與只有主絕緣的銅排試樣相比有了顯著的提高。

2.3模擬線圈性能研究

2.3.1模擬線圈的制作

接下來制作模擬線圈，采用先膠化后拉型的工藝過程，可見圖4～圖7。從圖6、圖7可以看出，先膠化拉型后的線圈成型后排間成型良好，沒有開裂、分層的現(xiàn)象。

圖4　繞線

圖5　拉型

圖6　直線部分

圖7　R角部分

2.3.2模擬線圈常規(guī)性能測試

對制作好的線圈包扎主絕緣、低阻帶、高阻帶，并上夾板，按生產(chǎn)工藝進(jìn)行VPI處理，并測試成型線圈后常規(guī)性能，可見表4。

表4　10 kV減薄主絕緣厚度研究(線圈試樣)

企業(yè)技術(shù)文件《無溶劑整浸電機(jī)定子線圈質(zhì)量分等標(biāo)準(zhǔn)》對優(yōu)等品線圈常態(tài)介質(zhì)損耗的相關(guān)要求見表5。

表5　線圈常態(tài)介質(zhì)損耗的相關(guān)要求

從表4和表5可以看出，此批線圈介質(zhì)損耗角正切值滿足優(yōu)等品的要求。

2.3.3白坯線圈擊穿試驗(yàn)

將白坯線圈進(jìn)行擊穿試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)構(gòu)見表6。

表6　白坯線圈擊穿試驗(yàn)

表6數(shù)據(jù)說明線圈在下線后的耐壓試驗(yàn)都可以順利通過。

2.3.4白坯線圈的匝間沖擊試驗(yàn)

GB/T 22715—2008《交流電機(jī)定子成型線圈耐壓沖擊電壓水平》的要求，線圈匝間需通過沖擊電壓峰值為0.65(4Un+5 kV)，第一次電壓峰值波前時間為0.2 μs的沖擊試驗(yàn)，試驗(yàn)線圈通過了該項(xiàng)測試，可見圖8、圖9。

圖8　白坯線圈的匝間沖擊試驗(yàn)

圖9　白坯線圈的匝間沖擊試驗(yàn)電壓值

2.4電老化試驗(yàn)

將A型導(dǎo)線落料，排間膠化后制作線棒，主絕緣為5層Ⅰ型云母帶和5層Ⅱ云母帶半疊包，低阻帶選用厚度為0.045 mm的低阻帶，制作成帶匝間的線棒，并測量其常溫介損，見表7。

表7　線棒常溫介損

電老化施加電壓為2.5Un的工頻交流電壓，試驗(yàn)結(jié)果見表8。

表7　表8　電老化試驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)果為544 h，滿足合格品要求(標(biāo)準(zhǔn)要求合格品時間為500 h)。

3結(jié)語

1) 減薄后的結(jié)構(gòu)匝間采用絕緣厚度為0.5 mm的A型導(dǎo)線，主絕緣采用5層Ⅰ型云母帶和5層Ⅱ云母帶半疊包，共10層，單邊絕緣厚度為2.2 mm。低阻帶采用厚度為0.045×20的低阻帶。

2) A型導(dǎo)線滿足線圈先膠化、后拉型的制造工藝。

3) 新10 kV絕緣結(jié)構(gòu)的工頻擊穿電壓為78 kV，滿足電氣儲備系數(shù)大于7的要求。25 kV下的電老化試驗(yàn)時間為544 h，滿足要求。

4) 綜上所述，本絕緣結(jié)構(gòu)可適用于10 kV電機(jī)的生產(chǎn)制造。

參考文獻(xiàn)

[1]趙慧春.高壓電機(jī)定子線棒絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計及其性能研究[D].黑龍江：哈爾濱理工大學(xué)，2008.