高壓電機絕緣技術(shù)研究

方建國，祁世發(fā)

(哈電集團哈爾濱電氣動力裝備有限公司，黑龍江哈爾濱 150040)

高壓電機絕緣技術(shù)研究

方建國，祁世發(fā)

(哈電集團哈爾濱電氣動力裝備有限公司，黑龍江哈爾濱 150040)

針對6．9kV、220級高壓電機延長壽命、耐輻照絕緣技術(shù)進行了研究，對三種云母帶和一種浸漬樹脂分別進行了常規(guī)性能試驗及耐輻照性能試驗，對三種云母帶與浸漬樹脂進行了相容性試驗，并以此三種云母帶分別制作絕緣結(jié)構(gòu)試樣，浸漬并固化，按照國家標準對2×105Gy輻照前后的6種絕緣結(jié)構(gòu)試樣進行了單點快速老化試驗和常規(guī)熱老化試驗，結(jié)果驗證此絕緣技術(shù)的耐熱溫度、絕緣等級都符合國家標準在190℃下絕緣壽命可達60年。

高電壓;電機;絕緣

0 引言

電機作為一種重要的能量轉(zhuǎn)換機械，被廣泛地應用于國民經(jīng)濟的各種領(lǐng)域，隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)自動化水平的不斷提高，電機使用條件的不同，對電機的使用壽命要求也截然不同，絕緣壽命是決定電機使用壽命的主要因素之一。目前國際國內(nèi)成熟的電機絕緣技術(shù)為少膠VPI無溶劑真空壓力浸漬技術(shù)，絕緣等級為F級，對于特殊產(chǎn)品亦有H級高壓電機的應用，但對于H級以上長壽命大型高壓電機絕緣技術(shù)尚為空白，為此我們對200級及以上電機絕緣技術(shù)進行了探索研究。

1 技術(shù)要求及材料選取

額定電壓:6．9kV;絕緣等級:220級及以上;耐輻照劑量:2×105Gy;目標絕緣壽命:60年。

1．1 材料選擇

1．1．1 主絕緣材料

選擇3種有機硅玻璃薄膜少膠粉云母帶作為主絕緣材料，厚粉紙型，技術(shù)要求見表1，耐輻照性能見表2。

表1 云母帶技術(shù)條件及性能測試

通過對比可知，三種云母帶材料的輻照前后性能相當，輻照前后的介電強度和拉伸強度降低在10%以內(nèi)，耐輻照性能良好。

1．2 浸漬樹脂的性能測試

有機硅無溶劑浸漬樹脂技術(shù)要求見表2，樹脂試片見圖1，2×105Gy輻照后的性能見表3。

表2 有機硅無溶劑樹脂技術(shù)條件

圖1 樹脂試片

表3 樹脂輻照性能試驗

表4試驗結(jié)果表明，樹脂在輻照前后其體積電阻率在同一數(shù)量級沒有變化，因此其耐輻照性能良好。

1．3 云母帶與無溶劑浸漬樹脂相容性

無溶劑樹脂在浸漬云母帶前的性能測試見表4。

表4 浸漬云母帶前樹脂膠盤的常規(guī)性能測試

將樹脂分為5份，浸漬不同類別云母帶，分別在60℃～65℃保溫5h后、常溫放置7D和14D后取樣，進行粘度、凝膠時間和介質(zhì)損耗測試，結(jié)果見表5。

相容性判定標準:凝膠時間變化率Δ=tXD/ t5h≤30%。試樣:樹脂及膠片;試樣規(guī)格:膠片φ100mm×1mm

表5 浸漬云母帶后樹脂膠盤的性能測試

表5試驗結(jié)果表明，浸漬樹脂在按照浸漬工藝要求的溫度和浸漬時間浸漬3種云母帶后，樹脂的粘度和凝膠時間變化率相同，最大變化率在30%以內(nèi)，可以判定3種云母帶與浸漬樹脂相容性良好。

1．4 漆包線

技術(shù)要求及試驗結(jié)果見表6。

表6 漆包線性能測試

由表6測試結(jié)果表明:漆包線的漆膜附著性在輻照前、后均合格，工頻擊穿電壓在輻照前后均合格，漆包線的耐輻照性能良好。

2 絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計及性能試驗

2．1 試樣

以上述3種云母帶分別制作試驗線棒，每個線棒由2匝組成，試樣分類及有關(guān)技術(shù)要求如下。

11#-K云母帶;12#-S云母帶;13#-J云母帶。

絕緣結(jié)構(gòu)包括匝間絕緣和主絕緣。

匝間絕緣:半迭繞包2層云母帶。

主絕緣:半迭繞包4層云母帶。

2．2 性能測試

絕緣結(jié)構(gòu)的測試項目見表7，測試標準參照

JBT 7608—2006測量高壓交流電機線圈介質(zhì)損耗角正切試驗方法及限值

GB/T 1408．1—2006絕緣材料電氣強度試驗方法第1部分:工頻下試驗

表7 絕緣結(jié)構(gòu)測試項目

輻照前性能測試如下表8所示，輻照后性能測試如下表9所示。

階段升高電壓試驗:升高電壓到規(guī)定試驗電壓值后保壓1min，然后每升高1kV，保壓1min，直至擊穿。

表8 輻照前線圈常規(guī)電氣性能測試

表9 2×105Gy輻照后線圈電氣性能測試

表8、表9試驗結(jié)果表明，三種絕緣結(jié)構(gòu)的電氣性能相當，2×105Gy輻照后的擊穿電壓稍好于未輻照試樣的電氣性能，耐輻照性能優(yōu)異。

3 單點快速老化評定試驗

3．1 試驗標準

GB/T 17948．3—2006旋轉(zhuǎn)電機絕緣結(jié)構(gòu)功能性評定成型繞組試驗規(guī)程50MVA、15kV及以下電機絕緣結(jié)構(gòu)熱評定和分級(IEC 60034-18-31: 1992)。試驗溫度點:310℃。

3．2 試驗結(jié)果

試驗列表見表10。

表10 單點快速老化試驗結(jié)果

試驗結(jié)果:6種絕緣結(jié)構(gòu)的單點快速老化結(jié)果分別在250℃～253℃。

4 常規(guī)熱老化評定試驗及絕緣壽命推斷

4．1 試樣分配

絕緣結(jié)構(gòu)分類，每種結(jié)構(gòu)分為輻照和未輻照兩種試樣，共6種試樣。

4．2 絕緣結(jié)構(gòu)耐溫指數(shù)評定試驗

試驗標準:GB/T 17948．3—2006 旋轉(zhuǎn)電機絕緣結(jié)構(gòu)功能性評定成型繞組試驗規(guī)程50MVA、15kV及以下電機絕緣結(jié)構(gòu)熱評定和分級(IEC 60034-18-31:1992)

IEEE 275—1992 額定電壓為6900伏及以下的交流電機成型定子線圈絕緣系統(tǒng)耐熱性評定推薦規(guī)程

GB/T 17948—2003 旋轉(zhuǎn)電機絕緣結(jié)構(gòu)功能性評定總則(IEC 60034-18-1)

老化溫度和老化分周期如表11所示，老化后耐熱圖見圖2。

表11 老化溫度和老化分周期老化時間

圖2 老化后耐熱圖

4．3 試驗結(jié)果及分析

試驗結(jié)果見表12。60年絕緣壽命對應的絕緣最高運行溫度設(shè)為t60。

表12 耐溫指數(shù)及60年絕緣壽命推斷結(jié)果列表

6種絕緣結(jié)構(gòu)的耐溫指數(shù)達到220級;60年絕緣壽命的運行溫度在191℃～201℃。

5 結(jié)語

(1)本研究選用的3種云母帶材料的電氣性能、耐輻照性能、與浸漬樹脂的相容性良好。

(2)本研究選用的漆包線電氣性能及耐輻照性能良好。

(3)本研究用于試驗的6種絕緣結(jié)構(gòu)的溫度指數(shù)在244．6～249．1之間，在同一數(shù)量級。

(4)本研究用于試驗的6種絕緣結(jié)構(gòu)的60年絕緣壽命對應的溫度為191℃～201℃。

［1］姜楠．大型電機絕緣技術(shù)的國內(nèi)外對比分析．防爆電機，2013．1．

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［3］朱傳生．高壓電動機絕緣老化診斷與壽命評價．防爆電機，2011．4．

［4］管兆杰．國內(nèi)電機絕緣材料和工藝及絕緣結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀分析．電機與控制應用，2011．4．

［5］張蕊．預測大電機絕緣壽命方法綜述．大電機技術(shù)，2004．4．

［6］蔡明茹．我國高電壓大電機絕緣系統(tǒng)的新發(fā)展．電器工業(yè)，2003．8．

［7］葉學淳．C級變頻交流牽引電機絕緣結(jié)構(gòu)研究．上海大中型電機，2002．1．

Research on Insulation Technology of 220 GradeHigh-Voltage Motor

Fang Jianguo and Qi Shifa
(Harbin Electric Power Equipment Co．，Ltd．，Harbin 150040，China)

This paper studies insulation technique of the 6．9kV，220 grade high-voltage motor in aspects of long service life and radiation resistance．Normal performance test and radiation resistance performance test are carried out for three kinds of mica tapes and one kind of impregnating resin separately，and compatibility tests are taken between each kind of mica tape and one kind of impregnating resin．Three insulation structure samples are separately made by using the 3 kinds of mica tapes，then impregnated and solidified．According to national standard，single point rapid aging test and normal thermal ageing test are made for 6 kinds of insulation structure samples before and after radiation with 2×105Gy．The results show that thermal resistant temperature and insulation grade of this insulation technology meet national standard，and the insulation life at 190℃could be 60 years．

High-voltage;motor;insulation

10．3969/J．ISSN．1008-7281．2015．05．14

TM305．2

B

1008-7281(2015)05-0046-005

方建國 男 1964年生;畢業(yè)于哈爾濱電工學院電氣絕緣技術(shù)專業(yè)，現(xiàn)從事電機絕緣技術(shù)工作．

2015-07-08