水輪發(fā)電機(jī)定子鐵心沖片絕緣漆膜試驗(yàn)分析

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(哈爾濱大電機(jī)研究所，黑龍江哈爾濱 150040)

水輪發(fā)電機(jī)定子鐵心沖片絕緣漆膜試驗(yàn)分析

馮超，黃程偉，陳陽(yáng)

(哈爾濱大電機(jī)研究所，黑龍江哈爾濱 150040)

某電廠水輪發(fā)電機(jī)在運(yùn)行10年后，定子鐵心需要重新疊裝定子沖片，為了縮短更換周期，需要重新使用拆卸后的鐵心沖片。沖片表面漆膜的介電性能和機(jī)械性能是沖片能否可以繼續(xù)使用的關(guān)鍵，需通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與判定。此研究成果也可作為已運(yùn)行機(jī)組定子沖片絕緣漆膜質(zhì)量判定的參考。

定子鐵心；定子沖片；漆膜；絕緣；試驗(yàn)

0 引言

定子鐵心是水輪發(fā)電機(jī)重要組成部分，定子鐵心沖片和鐵心沖片漆膜及疊裝工藝直接影響運(yùn)行可靠性和使用壽命。定子鐵心在制造時(shí)即涂一層無(wú)機(jī)絕緣漆，在扇形沖片去毛刺后，必須雙面涂覆高電阻的絕緣漆，使疊片層間保持良好的絕緣性能，以避免發(fā)生短路的危險(xiǎn)[1]。

水輪發(fā)電機(jī)定子鐵心沖片的絕緣漆及涂漆工藝是發(fā)電機(jī)生產(chǎn)廠家的主要研究方向，定子鐵心經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行，承受電、熱和機(jī)械應(yīng)力后，沖片表面絕緣漆膜的電性能和機(jī)械性能均有不同程度的下降，對(duì)機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性造成影響，甚至引發(fā)鐵心故障導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)。目前針對(duì)水輪發(fā)電機(jī)定子鐵心沖片長(zhǎng)期運(yùn)行后表面絕緣漆膜的研究較少，本文對(duì)運(yùn)行10年的水輪發(fā)電機(jī)定子鐵心沖片表面漆膜進(jìn)行研究，針對(duì)其電性能和機(jī)械性能進(jìn)行檢測(cè)，綜合評(píng)估鐵心沖片絕緣漆膜運(yùn)行可靠性，保證機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性。

1 試驗(yàn)前期準(zhǔn)備

本文研究的定子鐵心沖片絕緣漆為純有機(jī)漆，漆膜厚度為15μm～20μm。根據(jù)絕緣漆膜老化程度分為五類(lèi)，絕緣漆膜老化程度初步判定標(biāo)準(zhǔn)按照漆膜顏色的深淺為標(biāo)準(zhǔn)，五類(lèi)沖片包括：(1)基本完好；(2)中度輕；(3)中度重；(4)重度Ⅰ；(5)重度Ⅱ[2]。

針對(duì)這五類(lèi)沖片分別進(jìn)行如下試驗(yàn)：(1)漆膜體積電阻率試驗(yàn)；(2)漆膜擊穿強(qiáng)度試驗(yàn)；(3)漆膜柔韌性檢測(cè)；(4)Franklin測(cè)試；(5)漆膜附著性檢測(cè)。

1.1 試樣制備

分別從五類(lèi)沖片中隨機(jī)挑選沖片試樣，在整張鐵心沖片任意位置沖剪出10張100mm×100mm的方形片見(jiàn)圖1，方形片試樣用于漆膜體積電阻率試驗(yàn)和漆膜擊穿強(qiáng)度試驗(yàn)。在整張鐵心沖片任意位置沖剪出3張120mm×25mm的長(zhǎng)方形片，長(zhǎng)方形片試樣用于漆膜柔韌性試驗(yàn)。所有沖剪好的試驗(yàn)根據(jù)分類(lèi)做好標(biāo)記。

圖1 100mm×100mm的方形片試樣

1.2 漆膜厚度

使用精度為1μm的進(jìn)口漆膜測(cè)厚儀，對(duì)抽取的試樣測(cè)試雙面漆膜厚度，在試樣上隨機(jī)選取測(cè)量點(diǎn)，共計(jì)需測(cè)量10點(diǎn)厚度，取其平均值作為試樣的漆膜厚度。

2 鐵心沖片試驗(yàn)方法及結(jié)果

2.1 體積電阻率試驗(yàn)

按照GB/T 1410—2006《固體絕緣材料體積電阻率和表面電阻率試驗(yàn)方法》執(zhí)行，電源設(shè)備采用DC250V測(cè)試電壓，測(cè)量電極由Φ55圓形電極和保護(hù)電極組成。試樣為100mm×100mm方形片，試驗(yàn)設(shè)備及電極見(jiàn)圖2。

圖2體積電阻率試驗(yàn)設(shè)備

2.2 漆膜擊穿強(qiáng)度試驗(yàn)

按照GB/T 1408.1—2006《絕緣材料電氣強(qiáng)度試驗(yàn)方法》執(zhí)行，試驗(yàn)設(shè)備為工頻交流試驗(yàn)變壓器，采用瞬時(shí)擊穿試驗(yàn)法，逐漸升高電壓直至試樣擊穿。測(cè)試試樣采用100mm×100mm方形片，每個(gè)試樣做三次交流工頻擊穿試驗(yàn)，測(cè)得結(jié)果取平均值，試驗(yàn)設(shè)備及電極見(jiàn)圖 3[2]。

圖3漆膜擊穿強(qiáng)度試驗(yàn)設(shè)備

2.3 漆膜柔韌性試驗(yàn)

漆膜柔性試驗(yàn)方法是將試樣沿直徑為φ10的圓棒彎曲90°，目測(cè)漆膜是否發(fā)生開(kāi)裂和脫落。整張沖片選取漆膜較好位置裁剪120mm×25mm試樣。

2.4 FRANKLIN試驗(yàn)

試驗(yàn)方法：按照標(biāo)準(zhǔn)JIS C 2550—2000執(zhí)行-表面壓強(qiáng)500psi(3.45MPa)，試驗(yàn)電壓DC0.5V，150±5℃測(cè)量，F(xiàn)RANKLIN試驗(yàn)設(shè)備見(jiàn)圖 4。試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為整張沖片任取3個(gè)測(cè)量點(diǎn)，測(cè)量電流小于0.05A。

圖4 FRANKLIN試驗(yàn)設(shè)備

2.5 附著性試驗(yàn)

試驗(yàn)方法：按照GB/T 9286—1998《色漆和清漆漆膜的劃格試驗(yàn)》執(zhí)行，用百格刀將試樣涂層劃出劃痕，垂直交叉劃1次，使劃痕形成100個(gè)正方形，在劃痕處貼透明膠帶，然后撕下膠帶。

試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：一個(gè)試驗(yàn)片的劃痕(100個(gè)正方形)范圍內(nèi)剝離面積應(yīng)≤2個(gè)方形。

3 結(jié)果與分析

3.1 體積電阻試驗(yàn)結(jié)果

體積電阻率見(jiàn)表1。

表1 體積電阻率

由表 1結(jié)果可知，鐵心沖片體積電阻率均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 漆膜擊穿強(qiáng)度試驗(yàn)

漆膜擊穿強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 擊穿場(chǎng)強(qiáng)結(jié)果

由表2可知，其中只有重度2試樣小于標(biāo)準(zhǔn)值，其他類(lèi)別沖片均滿足要求。重度2號(hào)試樣小于標(biāo)準(zhǔn)值的原因是絕緣漆膜的老化或者破損導(dǎo)致。

3.3 漆膜柔性試驗(yàn)

漆膜柔性試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5漆膜柔性試驗(yàn)結(jié)果

由圖 5可知，所測(cè)的10個(gè)試樣中有9個(gè)試樣出現(xiàn)了漆膜翹曲現(xiàn)象，只有中度重的試樣中有一個(gè)沒(méi)有發(fā)生漆膜翹曲現(xiàn)象。說(shuō)明絕緣漆膜經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間熱老化后，其柔韌性明顯下降。

3.4 Franklin試驗(yàn)

Franklin試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 FRANKLIN試驗(yàn)結(jié)果

定子沖片F(xiàn)ranklin實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，絕緣漆膜介電性能下降或者存在不同程度的損傷。

3.5 附著性試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明鐵心沖片表面絕緣漆膜附著性已經(jīng)下降，見(jiàn)表4附著性試驗(yàn)結(jié)果 。

表4 附著性試驗(yàn)結(jié)果

3.6 綜合試驗(yàn)結(jié)果

綜合評(píng)定5類(lèi)沖片試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 5。

表5 綜合評(píng)定結(jié)果

注：“√”為符合標(biāo)準(zhǔn)值；“×”為不符合標(biāo)準(zhǔn)值

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)運(yùn)行10年后的水輪發(fā)電機(jī)拆卸的定子鐵心沖片漆膜進(jìn)行體積電阻率試驗(yàn)、漆膜擊穿強(qiáng)度試驗(yàn)、漆膜柔韌性試驗(yàn)、Franklin試驗(yàn)、漆膜附著性試驗(yàn)，得出以下結(jié)論。

(1)水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行10年后，漆膜顏色逐漸由淺變深。根據(jù)沖片漆膜顏色劃分的5類(lèi)試樣結(jié)合5項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果看，沖片漆膜的老化程度與漆膜顏色的深淺無(wú)必然關(guān)系。

(2)鐵心沖片漆膜電氣性能尚可，但是機(jī)械性能較差。沖片漆膜為純有機(jī)硅鋼片漆，由于鐵心沖片長(zhǎng)期承受電、熱、機(jī)械應(yīng)力的作用，其機(jī)械性能明顯下降，但其電氣性能仍然可以滿足機(jī)組運(yùn)行要求。

(3)根據(jù)電氣性能對(duì)比分析，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值的試樣表面無(wú)損傷，而未達(dá)標(biāo)的試驗(yàn)表面出現(xiàn)劃痕或者漆膜脫落，漆膜表面損傷是電氣性能下降的主要原因。

[1] 隋銀德. 高壓電機(jī)定子鐵心用硅鋼片漆[J].上海大中型電機(jī)，2009，(2).

[2] 李慶祥，吳景澤，顏伯昭，等. 水溶性半無(wú)機(jī)硅鋼片漆的研制與應(yīng)用[J]. 絕緣材料，1994，(1)

[3] NB/T 42003—2013. 高壓電機(jī)鐵心(沖片)絕緣試驗(yàn)方法[S].

ExperimentalAnalysisonInsulationVarnishFilmofStatorCorePunchingofHydro-Generator

FengChao,HuangChengwei,andChenYang

(Harbin Institute of Large Electrical Machinery, Harbin 150040, China)

Stator core punching of hydro-generator in a power station should be rewound after ten year's operating. In order to shorten the renewal periodic time, some of the disassembled iron core punching should be used again. The dielectric and mechanical performances of varnish film on the surface of punching is most key to judge whether the punching can be used again or not, and they should be analyzed and judged based on test data. The research result of this paper can also be used as a quality judgment reference of stator punching insulation varnish film of post-operation generator.

Stator core；stator punching；varnish film；insulation；experiment

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2017.05.16

TM306

B

1008-7281(2017)05-0048-004

馮超男1985年生；畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)高壓絕緣專業(yè)，現(xiàn)從事大型高壓發(fā)電機(jī)絕緣技術(shù)研究工作.

2016-03-29