高壓電機(jī)定子線圈真空浸漆的破壓故障分析

段 衡， 蔡彩華， 梁正仁

(西安泰富西瑪電機(jī)有限公司，陜西 西安 710032)

0 引 言

線圈是電機(jī)的核心部件，是產(chǎn)生磁場的主要媒介。線圈的真空壓力浸漆工藝應(yīng)用是現(xiàn)代大中型高壓電機(jī)的主要趨勢，該方法具有占用空間少、效率高、可靠性高、節(jié)約材料等優(yōu)點(diǎn)，可有效提高高壓電機(jī)的質(zhì)量及運(yùn)行可靠性。

隨著現(xiàn)代電機(jī)工藝及其絕緣材料的發(fā)展，高壓電機(jī)定子線圈主要采用熱壓成型工藝。絕緣線圈的繞制有兩種: 一是人工包制，這種方法易受外界因素影響，比如工人對技能的嫻熟程度、心情、勞動(dòng)強(qiáng)度等都會(huì)影響線圈的質(zhì)量；二是用數(shù)控包帶機(jī)進(jìn)行繞制，這種方法可有效避免外界因素的影響，使線圈上的絕緣更均勻，提高了線圈質(zhì)量。但這兩種方法繞制的絕緣線圈在經(jīng)過真空壓力浸漆以后，線圈的絕緣層都會(huì)出現(xiàn)不同的折皺紋，這種折皺是導(dǎo)致線圈破壓的直接原因。

在過去很長時(shí)間里，定子線圈的對地破壓現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。出現(xiàn)這個(gè)現(xiàn)象以后很多企業(yè)沒有進(jìn)行深層次的解剖和分析，很多時(shí)候錯(cuò)把問題歸咎于操作不當(dāng)，對企業(yè)和個(gè)人造成不同程度的損失，造成的后果非常嚴(yán)重，甚至?xí)?dǎo)致整臺(tái)電機(jī)報(bào)廢。

1 定子線圈破壓的故障分析及原因

1.1 線圈破壓故障分析

針對這種偶爾出現(xiàn)的對地故障現(xiàn)象，把受損的故障線圈從槽內(nèi)取出后，進(jìn)行了有效的分析和研究。經(jīng)過對出現(xiàn)對地故障的定子線圈的抽樣解剖和分析觀察，發(fā)現(xiàn)在絕緣層中出現(xiàn)了折皺紋，使線圈絕緣體中出現(xiàn)了空虛夾層，容易引發(fā)高壓電流順著絕緣層中的皺紋夾層放電到其他的絕緣薄弱點(diǎn)，將線圈絕緣體擊穿而產(chǎn)生破壓。從對地故障發(fā)生的實(shí)物圖片上，可清晰地看到引起定子線圈故障的原因。圖1是發(fā)生對地破壓以后的故障線圈，從中可清晰地看到定子線圈在發(fā)生對地破壓以后，電流沿著折皺紋延伸到線圈絕緣的薄弱點(diǎn)直接擊穿云母絕緣，形成對地破壓。

圖1 定子線圈發(fā)生破壓故障后的解剖圖

1.2 定子線圈的絕緣包扎分析

為了準(zhǔn)確找到產(chǎn)生這種折皺紋的原因，對高壓定子線圈的絕緣包扎過程進(jìn)行了仔細(xì)觀察和研究。

首先，線圈絕緣包扎有采用手工操作包帶機(jī)和數(shù)控自動(dòng)包帶機(jī)(機(jī)械手)兩種方法。采用手工絕緣包帶機(jī)時(shí)，由于操作者的個(gè)人技術(shù)素質(zhì)、工作情緒、包帶機(jī)的包帶速度和云母帶的張力調(diào)整力度不同等原因，很容易發(fā)生這種折皺紋。數(shù)控自動(dòng)包帶機(jī)由于不受外在環(huán)境的影響，包扎出來的線圈均勻平整。但浸漆后將線圈從定子鐵心中取出后發(fā)現(xiàn)，同樣存在這種折皺紋現(xiàn)象。如圖2中所示，用數(shù)控包帶機(jī)包好絕緣的線圈經(jīng)過真空壓力浸漆以后，線圈A面的上部出現(xiàn)折皺紋。

圖2 絕緣線圈A面

從線圈B面發(fā)現(xiàn)，同樣一個(gè)線圈的折皺紋卻出現(xiàn)在下方，如圖3所示。

圖3 絕緣線圈B面

1.3 折皺紋形成原因的分析

從圖2、圖3可看出，A面的折皺紋在線圈的上端出現(xiàn)，B面的折皺紋在線圈的下端出現(xiàn)，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因與云母帶包扎線圈時(shí)的運(yùn)行方向有關(guān)。分析可知，隨著包扎厚度的增加，每包扎線圈一次，包扎線圈一周的時(shí)間和云母帶的長度都相應(yīng)的增加，但包帶機(jī)的包帶速度并沒有改變，并且現(xiàn)有的包帶機(jī)的張力調(diào)節(jié)一般依靠固定彈簧進(jìn)行控制，無法真正滿足包扎時(shí)的恒張力要求。這就使得線圈越包越緊，開始包的云母帶就比后面包的云母帶松。不過在浸漆前由于云母帶比較軟，折皺在里層，折皺紋表現(xiàn)不明顯。但線圈在真空罐里抽真空、泄壓、浸漆、加壓、烘干固化后，就很明顯可看到折皺紋現(xiàn)象。

1.4 線圈絕緣材料的分析

對包扎線圈的材料(云母帶)也進(jìn)行了分析，隨著包扎線圈的進(jìn)行，云母帶受的張力也越來越大。受力大小的不同也對線圈材料產(chǎn)生一定的影響。將云母帶拉緊以后，隨著包帶機(jī)的張力逐漸增大，云母帶的塑形變形也越大。這也是產(chǎn)生線圈折皺紋的主要原因。

最后，在定子線圈嵌線工序中，根據(jù)現(xiàn)場操作工的反映，定子線圈有的很容易嵌入定子鐵心槽內(nèi)，而有的很難嵌入定子鐵心槽內(nèi)。對這兩種線圈進(jìn)行了跟蹤和研究，取樣解剖后發(fā)現(xiàn): 很容易嵌入槽內(nèi)的線圈在浸漆后，折皺紋非常明顯；較難嵌入槽內(nèi)的線圈在浸漆后，折皺紋很微小。

2 結(jié) 果

發(fā)生這種折皺紋現(xiàn)象后，跟蹤半年進(jìn)行了多方面的分析。這種折皺紋在目前技術(shù)水平條件下很難消除，但折皺紋的大小可人為控制?？赏ㄟ^嚴(yán)格控制線圈寬度方向與鐵心槽之間的貼合程度，提高定子線圈嵌入定子鐵心槽內(nèi)的槽滿率，減少線圈包扎過程中直線部分的不合格率(薄厚不均)。另外，要求操作者根據(jù)包扎絕緣時(shí)的狀況，及時(shí)調(diào)節(jié)云母帶的張力，減少這種折皺紋現(xiàn)象的發(fā)生。

實(shí)施嚴(yán)格的操作規(guī)程后，因折皺紋現(xiàn)象引起對地破壓的概率很低。

3 結(jié) 語

(1) 包扎線圈的絕緣材料云母帶的質(zhì)量很關(guān)鍵，只有云母帶的質(zhì)量保持穩(wěn)定，才能確保包帶機(jī)在恒定的速度下包出來的線圈折皺紋現(xiàn)象減少。

(2) 嚴(yán)格控制線圈與槽之間的貼合程度，使定子線圈不受真空壓力浸漆造成的絕緣材料的變形影響，線圈的對地破壓現(xiàn)象一般很少出現(xiàn)。

(3) 線圈的制造過程中應(yīng)該加強(qiáng)質(zhì)量管理，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，及時(shí)做好工藝記錄，例如云母帶的包扎、真空壓力浸漆的溫度控制等。

(4) 事實(shí)上要完全消除產(chǎn)生定子線圈破壓故障的因素是不可能的，只有嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程才能盡可能地避免折皺紋現(xiàn)象的發(fā)生，降低對地破壓的概率。

【參考文獻(xiàn)】

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