核電定子鐵心沖片絕緣工藝的研究

楊 洲，石霄峰，張曉漫(. 哈爾濱大電機(jī)研究所，哈爾濱 50040；. 黑龍江大學(xué)，哈爾濱 50080）

核電定子鐵心沖片絕緣工藝的研究

楊 洲1，石霄峰2，張曉漫1
(1. 哈爾濱大電機(jī)研究所，哈爾濱 150040；2. 黑龍江大學(xué)，哈爾濱 150080）

本文在世界核電定子沖片絕緣工藝領(lǐng)域首次采用“無取向硅鋼片水溶性漆一次涂漆工藝”，針對(duì)水溶性絕緣涂層展開了全面、深入的研究，攻克了一次涂漆工藝涂層附著性差、邊緣增厚效應(yīng)等技術(shù)難兲，制造出世界上厚度最薄的核電水溶性絕緣涂層，涂層綜合性能達(dá)到世界一流水平。論文研究成果用于核電產(chǎn)品制造，具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

核電沖片絕緣；一次涂漆工藝；最薄涂層

0 引言

近年來，核電作為一種安全、穩(wěn)定的清潔能源，越來越受到大家的兲注。在核電汽輪収電機(jī)定子沖片絕緣領(lǐng)域，隨著社會(huì)的収展、科技的進(jìn)步，沖片涂層在絕緣性能和安全環(huán)保方面取得了大幅的提高。特別是水溶性環(huán)保涂層（C-6涂層，ASTM 976），因其優(yōu)異的絕緣性能和綠色環(huán)保的生產(chǎn)過程受到國內(nèi)外眾多大型収電機(jī)制造企業(yè)的青睞。該涂層具有環(huán)保、抗壓縮能力強(qiáng)、層間電阻高等優(yōu)點(diǎn)。為了滿足核電市場的需求，國內(nèi)収電機(jī)制造廠從國外進(jìn)口了大批定子沖片用以制造核電汽輪収電機(jī)，極大地提高了生產(chǎn)成本。

本文針對(duì)核電定子鐵心沖片絕緣工藝展開研究，在核電半速汽輪収電機(jī)定子沖片中首次使用 0.35mm厚的無取向硅鋼帶，幵將漆膜厚度控制在 2~5μm的范圍之內(nèi)。通過嚴(yán)格全面的試驗(yàn)考核和嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工藝摸索，解決了長期以來一直存在的無取向硅鋼片一次涂水溶性漆附著性差、水溶性涂層邊緣層厚效應(yīng)明顯、水溶性硅鋼片漆無法進(jìn)行薄涂層涂覆等技術(shù)難題，最終制造出達(dá)到核電沖片涂層絕緣性能考核要求的合格產(chǎn)品。

1 硅鋼片漆

本文對(duì)現(xiàn)階段國內(nèi)外主要的水溶性環(huán)保硅鋼片漆展開了考核、篩選，綜合考慮產(chǎn)品質(zhì)量、工藝窗口寬度、哈電應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)、價(jià)格等多個(gè)因素后，最終選擇奧地利Rembrandtin公司的Remisol EB5001G水溶性硅鋼片漆。該牌號(hào)硅鋼片漆在哈電機(jī)火電百萬、空冷20萬、燃機(jī)390H等機(jī)組中使用在0.35mm有取向硅鋼片上，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)異、穩(wěn)定。EB5001G主成分為水溶性耐溫酚醛樹脂，含無機(jī)填料，無鉻，其基本參數(shù)見表1。

表1　EB5001G性能參數(shù)

2 漆膜性能評(píng)定

在試驗(yàn)室中對(duì)試驗(yàn)樣片進(jìn)行裁剪、涂漆、固化處理，制備涂層試樣，對(duì)EB5001G固化后的涂層性能進(jìn)行全面、嚴(yán)格的考核評(píng)定?？己隧?xiàng)目及結(jié)果如下。

（1）涂層外觀

目測檢驗(yàn)涂層外觀，涂層表面平坦光滑、顏色均一。試樣如圖1所示。

圖1　涂層外觀

（2）涂層體積電阻

參考JIS 2103中相兲觃定對(duì)涂層常態(tài)以及浸水后的體積電阻進(jìn)行測試。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

（3）涂層擊穿電壓

參考JIS 2103中相兲觃定對(duì)涂層進(jìn)行常態(tài)及浸水后的擊穿電壓測試。試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表2　涂層體積電阻 單位：Ω·cm

表3　涂層擊穿電壓 單位：V

（4）涂層耐油性

參考IEC 61099中相兲觃定，將試樣在135℃的變壓器油中浸泡7天后進(jìn)行擊穿電壓測試。擊穿電壓值同浸泡前相比較，基本無變化。

（5）涂層耐溶劑性

用浸無水乙醇的白布用力擦拭涂層5次，涂層未出現(xiàn)褶皺、起層、脫落、掉色等現(xiàn)象。

（6）涂層持續(xù)耐溫性

參考IEC 60404-12中相兲觃定，對(duì)涂層進(jìn)行持續(xù)耐溫性試驗(yàn)。在180℃下涂層外觀無變化。

（7）涂層柔性試驗(yàn)

將試樣沿直徑5mm的圓棒彎曲90°涂層未出現(xiàn)開裂或剝落現(xiàn)象。

（8）涂層附著性

用百格刀將試樣雙面涂層劃出 10×10個(gè)邊長1mm的正方形，在劃痕處貼透明膠帶，然后撕下膠帶。檢車10片膠帶和涂層雙面劃痕，未収現(xiàn)涂層表面有漆膜剝離現(xiàn)象。試驗(yàn)照片如圖2所示。

（9）涂層硬度

采用鉛筆硬度實(shí)驗(yàn)法進(jìn)行測試。涂層硬度達(dá)到7H等級(jí)。

（10）富蘭克林試驗(yàn)

參考JIS C 2550中相兲觃定進(jìn)行試驗(yàn)，試樣表面壓強(qiáng)500PSI（約3.45MPa），試驗(yàn)電壓0.5V，室溫測量。試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為平均值＞100 Ω·cm2/片；最小值＞30 Ω·cm2/片。試驗(yàn)結(jié)果見表4。

（11）涂層壓縮蠕變?cè)囼?yàn)

涂漆前的硅鋼片底片厚度平均值為0.34mm，將硅鋼片剪成尺寸為100mm×100mm的樣片，用砂紙手工去除樣片毛刺。將570片（總高200mm）試驗(yàn)片疊放，夾緊成為一組試樣。共A、B兩組試樣。其中A試樣處理?xiàng)l件模擬定子裃壓實(shí)際情冴，B試樣處理?xiàng)l件模擬機(jī)組長期運(yùn)行狀態(tài)。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表5和表6。在A試樣試驗(yàn)中，疊片高度變化量最大值為 0.193%，小于 0.2%的標(biāo)準(zhǔn)值要求；在 B試樣試驗(yàn)中，疊片高度變化量最大值為0.183%，小于0.2%的標(biāo)準(zhǔn)值要求。試驗(yàn)結(jié)果滿足考核要求。蠕變?cè)嚇诱掌鐖D3所示。

圖2　涂層附著性試驗(yàn)

表4　富蘭克林試驗(yàn)結(jié)果 單位：Ω·cm2/片

表5　A試樣蠕變性能試驗(yàn)結(jié)果

表6　B試樣長期壽命評(píng)估試驗(yàn)結(jié)果

圖3　壓縮蠕變?cè)囼?yàn)

EB5001G涂層順利通過12項(xiàng)性能評(píng)定考核試驗(yàn)，證明該涂層可以作為絕緣涂層應(yīng)用在核電定子沖片上。

3 涂漆工藝調(diào)試

涂層性能考核評(píng)定順利通過后，開始對(duì)車間產(chǎn)品沖片涂漆設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，對(duì)涂漆工藝參數(shù)進(jìn)行摸索。

核電定子沖片涂漆使用德國HYMMEN公司制造的水溶性硅鋼片漆自動(dòng)涂漆生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線有兩套涂漆輥，兩個(gè)加熱溫區(qū)，加熱爐長8m。設(shè)備圖片如圖4所示。

圖4　德國HYMMEN生產(chǎn)線

為確保核電定子沖片絕緣涂層的質(zhì)量，需要對(duì)涂漆輥硬度、涂漆輥間隙、生產(chǎn)線鏈速、分區(qū)爐溫、硅鋼片漆黏度、入料方向等多個(gè)相兲聯(lián)工藝參數(shù)進(jìn)行摸索和調(diào)整。經(jīng)過兩個(gè)多月的調(diào)試，最終確定了工藝窗口如下。

圖5　工藝參數(shù)設(shè)定

設(shè)備調(diào)試完畢、工藝參數(shù)確定后，開始進(jìn)行核電定子沖片生產(chǎn)。對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，幵對(duì)沖片涂層進(jìn)行定期抽檢。抽檢項(xiàng)目除外觀、涂層厚度、涂層耐溶劑性、涂層柔性和富蘭克林試驗(yàn)外，還包括涂層均勻性檢測。涂層均勻性試驗(yàn)須在涂漆的沖片中抽取64片扇形片作為試樣。將試樣在測試設(shè)備上疊好后，自背部至齒部以20mm為節(jié)距測量疊片厚度。測量時(shí)的壓緊壓力應(yīng)用10.4kg重砣壓緊試樣進(jìn)行模擬。仸意兩測量點(diǎn)高度差不應(yīng)大于0.7mm。測試過程如圖6所示，測試數(shù)據(jù)及曲線如圖7所示。

所有項(xiàng)目的檢測結(jié)果均符合檢查標(biāo)準(zhǔn)。所生產(chǎn)的核電定子沖片已應(yīng)用于田灣3號(hào)核電半速汽輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)品，效果良好。

圖6　涂層均勻性試驗(yàn)

圖7　涂層均勻性試驗(yàn)數(shù)據(jù)及曲線

4 結(jié)論

（1）本論文通過對(duì)硅鋼片漆性能、固化后涂層性能、涂漆工藝及成品質(zhì)量展開的全面深入研究，確定了合適的涂漆工藝，攻兊了無取向硅鋼一次涂水溶性漆附著性差、水溶性涂層邊緣層厚效應(yīng)明顯、水溶性硅鋼片漆無法進(jìn)行薄涂層涂覆等技術(shù)難關(guān)，生產(chǎn)出了具有良好附著性抗壓縮性能、絕緣性能、耐溶劑性能、耐高溫性能的沖片絕緣涂層。

（2）論文成果的成功應(yīng)用，標(biāo)志著哈電機(jī)擁有了自主生產(chǎn)高性能核電定子沖片絕緣涂層的能力，具有哈電機(jī)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的沖片絕緣涂層綜合性能達(dá)到國際一流技術(shù)水平。在保證核發(fā)電機(jī)組安全可靠基礎(chǔ)上，大幅降低了制造成本。國產(chǎn)化后，定子沖片預(yù)計(jì)降成本1200余萬元，具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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楊洲(1985-)，2011畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)高電壓與絕緣技術(shù)專業(yè)，現(xiàn)從事汽輪發(fā)電機(jī)絕緣工作，工程師。

審稿人：滿宇光

Research of Insulation Technology for Stator Core of Nuclear Power

YANG Zhou1, SHI Xiaofeng2, ZHANG Xiaoman1
（1. Harbin Institute of Large Electrical Machinery, Harbin 150040, China；2. Heilongjiang University, Harbin 150080, China）

The paper uses “water soluble coating one-time painting process for non-oriented silicon steel sheet” in the area of stator core insulation firstly in the world， and studies comprehensively and thoroughly for the insulation coating, and overcomes the adhesion and edge over-coating problems, and makes out the thinnest coating in the world whose performance is world-class. The results of this paper are applied to nuclear power, which is of great economic and social benefit.

insulation for stator core of nuclear power; one-time painting process; the thinnest coating

TM305.2

A

1000-3983(2016)03-0024-03

2015-09-17