有機硅云母帶及其絕緣結(jié)構(gòu)性能對比分析

黃福祥，曹燕飛，陳紅生，梁西川，盛科山，李海紅

（1.中車株洲電機有限公司，湖南 株洲 412001；2.株洲時代新材料科技股份有限公司 湖南 株洲 412007）

有機硅云母帶及其絕緣結(jié)構(gòu)性能對比分析

黃福祥1，曹燕飛1，陳紅生1，梁西川1，盛科山2，李海紅2

（1.中車株洲電機有限公司，湖南 株洲 412001；2.株洲時代新材料科技股份有限公司 湖南 株洲 412007）

有機硅絕緣系統(tǒng)因其卓越的耐熱性能和電絕緣性能，已成為軌道交通牽引電機絕緣技術(shù)重要的解決方案，而有機硅云母帶作為有機硅絕緣系統(tǒng)關(guān)鍵配套材料，也成為絕緣系統(tǒng)的重要研究對象。文章以進口某型有機硅云母帶為基準(zhǔn)，對比驗證和分析了國產(chǎn)云母帶與進口云母帶從材料到絕緣結(jié)構(gòu)的性能，確認國產(chǎn)有機硅云母帶技術(shù)可行性，并提出進一步研究內(nèi)容建議。

有機硅；云母帶；絕緣結(jié)構(gòu)；性能

有機硅絕緣系統(tǒng)是目前國內(nèi)外牽引電機領(lǐng)域主流絕緣系統(tǒng)之一，具備優(yōu)異的耐熱和介電性能，在歐洲已擁有近三十年的運行業(yè)績。為適應(yīng)鐵路機車牽引電機交流化、高速重載化的發(fā)展，我國牽引電機制造商通過與國外先進牽引電機制造商進行技術(shù)合作的方式引進了有機硅絕緣系統(tǒng)，并取得了很好的運用經(jīng)驗。國內(nèi)有機硅絕緣系統(tǒng)整體保持了歐洲有機硅絕緣體系的技術(shù)風(fēng)格——即采用玻璃布補強有機硅粉云母帶和聚酰亞胺薄膜作為繞包絕緣，浸漬有機硅無溶劑樹脂實現(xiàn)絕緣結(jié)構(gòu)。

為縮小牽引電機在絕緣技術(shù)領(lǐng)域與國外先進水平的差距，徹底打破國外在機車牽引電機高性能絕緣技術(shù)領(lǐng)域的壟斷，同時加快我國軌道交通領(lǐng)域高等級絕緣系統(tǒng)的自主研發(fā)步伐，我國也在不斷加大諸如有機硅絕緣系統(tǒng)國內(nèi)自主研發(fā)的力度，其中有機硅絕緣系統(tǒng)的關(guān)鍵配套材料——有機硅云母帶已成為重點研究目標(biāo)。文章是以2款國產(chǎn)有機硅云母帶（A、B）作為研究對象，與進口同類有機硅云母帶進行對比，分別浸漬有機硅無溶劑樹脂制作模擬結(jié)構(gòu)，對云母帶及其絕緣結(jié)構(gòu)進行相應(yīng)試驗，對試驗結(jié)果進行了對比分析，以研究國產(chǎn)有機硅云母帶的技術(shù)可行性，并提出進一步研究內(nèi)容建議。

1 試驗

（1）試驗儀器設(shè)備。50kN電子式萬能試驗機，型號ETM504D，深圳萬測試驗設(shè)備有限公司；高阻計，型號JYU-17，美國KEIHLEY（美國吉時利）；介質(zhì)損耗測試儀，型號JTGN-50RN/25KVA，德國Doble-Lemke；150kV擊穿電壓測試儀，型號YDTW-100/150/0.38，上海浦東申高電容器有限公司。

（2）試樣制備。①云母帶性能測試樣。選取A、B廠國產(chǎn)和某型進口有機硅云母帶，按照GB/T5019.2-2009標(biāo)準(zhǔn)制取云母帶基本性能測試樣。②模型絕緣結(jié)構(gòu)試樣。試驗以逆變器中間回路電壓為DC1800V的某牽引電機絕緣結(jié)構(gòu)為模型，主絕緣有機硅云母帶與聚酰亞胺薄膜混包結(jié)構(gòu)，整體VPI浸漬有機硅無溶劑浸漬漆并旋轉(zhuǎn)烘焙，模型結(jié)構(gòu)試驗如圖1所示，每組模型結(jié)構(gòu)由6個模擬線圈組成。

圖1 試驗?zāi)Ｐ?/p>

（3）試驗內(nèi)容和方法。①云母帶性能。按照GB/T5019. 2-2009標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定方法進行云母帶尺寸、揮發(fā)物含量、組成、電氣強度和拉伸強度測試等，并輔以繞包工藝性進行對比。②模型絕緣結(jié)構(gòu)測試。絕緣電阻：檢測試樣DC1000V/1min的絕緣電阻。常態(tài)介質(zhì)損耗：分別檢測各組試樣常態(tài)和熱態(tài)（200℃）下1000V～3000V的介質(zhì)損耗值，每500V一檔，記錄試驗結(jié)果，計算tan3kV-tan1kV介質(zhì)損耗增量。常態(tài)擊穿電壓：對模型結(jié)構(gòu)試樣逐個線圈進行油中擊穿電壓測試，采用500V/s連續(xù)升壓，直至擊穿，記錄擊穿電壓。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 云母帶

（1）常規(guī)性能。表1為A、B廠生產(chǎn)的2種有機硅云母帶的基本性能，A、B兩廠的有機硅云母帶均達到了進口同類有機硅云母帶性能指標(biāo)要求。

表1 有機硅云母帶性能

（2）繞包工藝性。進口有機硅云母帶和A廠云母帶在進行手工繞包時柔軟性適中度基本無拉絲、掉粉云母紙剝離和開裂等現(xiàn)象，線圈絕緣繞包平整服帖。B廠云母帶柔軟性稍差，線圈絕緣繞包平整和服帖性較差。

2.2 模型絕緣結(jié)構(gòu)

（1）絕緣電阻?；贏、B廠國產(chǎn)有機硅云母帶與進口有機硅云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)的絕緣電阻值如圖2所示。進口云母帶和A廠云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)絕緣電阻均達到了1×1012級，B廠云母帶絕緣結(jié)構(gòu)絕緣電阻低于其它兩種云母帶絕緣結(jié)構(gòu)。

圖2 基于國產(chǎn)與進口有機硅云母帶模型結(jié)構(gòu)絕緣電阻值

（2）常、熱態(tài)介質(zhì)損耗。①常態(tài)介質(zhì)損耗及其增量?；贏、B廠國產(chǎn)有機硅云母帶與進口有機硅云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)的常態(tài)介質(zhì)損耗和介質(zhì)損耗增量（tan3kV-tan1kV）分別如圖3和圖4所示。在2.5kV以下基于A、B兩廠有機硅云母帶的模型絕緣結(jié)構(gòu)介質(zhì)損耗相當(dāng)，但都高于進口云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)；3kV-1kV下介質(zhì)損耗增量，基于A廠云母帶和進口云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)的介質(zhì)損耗增量都很小，兩者差異基本可以忽略，而基于B廠云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)的介質(zhì)損耗增量達到了0.379%，明顯大于A廠和進口有機硅云母帶的模型絕緣結(jié)構(gòu)。

介質(zhì)損耗增量主要表征絕緣結(jié)構(gòu)的整體性，是表征絕緣材料工藝性和絕緣處理效果的重要指標(biāo)，增量越大表明整體性越差，B廠云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)介質(zhì)損耗增量明顯大，這與前面繞包工藝性驗證的柔軟性差影響絕緣結(jié)構(gòu)整體性的結(jié)果相符。

圖3 基于國產(chǎn)與進口有機硅云母帶模型結(jié)構(gòu)常態(tài)介質(zhì)損耗

圖4 基于國產(chǎn)與進口有機硅云母帶模型結(jié)構(gòu)介質(zhì)損耗增量

（3）熱態(tài)（200℃）介質(zhì)損耗及其增量?；贏、B廠國產(chǎn)有機硅云母帶與進口有機硅云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)的熱態(tài)（200℃）介質(zhì)損耗如圖5所示。A廠和進口有機硅云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)的熱態(tài)介質(zhì)損耗隨電壓變化曲線基本重合，而B廠有機硅云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)的熱態(tài)介質(zhì)損耗高于前兩種結(jié)構(gòu)，且其熱態(tài)介質(zhì)損耗陡增的拐點相比常態(tài)往前移了約0.5kV。熱態(tài)介質(zhì)損耗主要表征組成絕緣結(jié)構(gòu)材料之間的配套性，熱態(tài)介質(zhì)損耗越低表明配套效果越佳，熱態(tài)介質(zhì)損耗結(jié)果表明B廠有機硅云母帶與有機硅浸漬漆的配套性相比進口和A廠有機硅云母帶要差。

圖5 基于國產(chǎn)與進口有機硅云母帶模型結(jié)構(gòu)熱態(tài)（200℃）介質(zhì)損耗

（4）常態(tài)擊穿電壓（油中）?；贏、B廠國產(chǎn)有機硅云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)的擊穿電壓與進口云母帶模型結(jié)構(gòu)擊穿電壓接近率如圖6所示。三種模型絕緣結(jié)構(gòu)擊穿電壓水平都很高，從與進口云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)擊穿電壓的接近率來看，A廠有機硅云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)接近率達到98.5%，B廠有機硅云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)則超過進口云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)達到了104%。

圖6 基于國產(chǎn)與進口有機硅云母帶模型結(jié)構(gòu)擊穿電壓

3 結(jié)論

（1）待評價的2家國產(chǎn)有機硅云母帶原材料基本性能都達到了進口同類帶性能指標(biāo)要求，但B廠有機硅云母帶柔軟性較差會影響絕緣結(jié)構(gòu)的整體性。

（2）基于A廠有機硅云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)除了常態(tài)介質(zhì)損耗略高于進口云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)，其它性能均不遜于進口云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)；基于B廠有機硅云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)擊穿電壓與進口云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)相當(dāng)，但其它性能均比進口云母帶模型絕緣結(jié)構(gòu)差。

以上對比的僅僅是有機硅云母帶及其絕緣結(jié)構(gòu)的常規(guī)性能，還不能足以證明國產(chǎn)有機硅云母帶能否在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上應(yīng)用，要達到應(yīng)用程度，還需要對材料及其結(jié)構(gòu)進行大量的試驗驗證，比如材料性能的穩(wěn)定性和一致性、絕緣結(jié)構(gòu)的功能性和壽命評估等等。

一個合理、可靠的絕緣結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)需要一個穩(wěn)定的原材料配套保障。有機硅云母帶作為有機硅絕緣系統(tǒng)關(guān)鍵配套材料，其性能對絕緣結(jié)構(gòu)的影響不容置疑。受國內(nèi)云母帶原材料（如含芳綸纖維的高性能云母紙、特殊定格定位的高強度玻璃布補強物、有機硅粘結(jié)劑等）和傳統(tǒng)的云母帶制造技術(shù)制約，要做到持續(xù)穩(wěn)定為有機硅絕緣系統(tǒng)提供配套云母帶還任重道遠。

［1］余衛(wèi)斌.電力機車牽引電機絕緣系統(tǒng)的引進及國產(chǎn)化［J］.電力機車與城軌車輛，2007，30（3）：1-3，7.

［2］陳紅生，姜其斌.牽引電機200級絕緣系統(tǒng)國產(chǎn)化研究進展［J］.電力機車與城軌車輛，2011，34（3）：1-4.

［3］GB/T 5019.2-2009.以云母帶為基的絕緣材料.第2部分:試驗方法［S］.

Comparative Analysis of Silicone Mica Belt and Its Insulation Structure

HUANG Fu-xiang1，CAO Yan-fei1，CHEN Hong-sheng1，LIANG Xi-chuan1，SHENG Ke-shan2，LI Hai-hong2
（1.CRRC Zhuzhou Electric CO.，LTD.，Zhuzhou，Hunan 412001，China；2.Zhuzhou Times New Material Technology CO.，LTD.，Zhuzhou，Hunan 412007，China）

Silicone insulation system has become an important solution for rail traction motor insulation technology because of its excellent heat resistance and electrical insulation performance.Silicone mica tape as a key supporting material for silicone insulation systems has become an important research object of insulation system.Based on the import of a certain type of silicone mica tape，this paper validates and analyzes the performance of domestic mica tape and imported mica tape from material to insulating structure；confirms the feasibility of domestic silicone mica tape，and puts forward some suggestions for further research.

silicone；mica tape；insulating structure；performance

TQ317

A

2095-980X（2017）04-0061-02

2017-03-15

黃福祥，主要研究方向：電機。