地鐵電機定子繞組浸水試驗率低原因分析及解決方法

中車永濟電機有限公司 樊佩祺 潘 晨

地鐵車輛的牽引電機長期在地表以下運行，運行環(huán)境陰暗潮濕，若電機的絕緣防護強度不足，會使電機的絕緣性能快速下降或喪失，從而造成繞組接地和短路故障。因此通過試驗，對改型地鐵電機的并頭結(jié)構(gòu)、焊接參數(shù)及防護方法、絕緣材料選用及絕緣包扎方法進行驗證，通過多種方案的實驗對比和不斷改進，使電機聯(lián)線結(jié)構(gòu)及絕緣結(jié)構(gòu)的防水效果得到明顯改善。

1.改進前電機定子浸水試驗情況

針對首批次該型地鐵電機定子在浸漆工序隨機抽選一臺某型號電機定子進行浸漆后的浸水試驗，試驗方法為：浸水時間1小時；試驗要求：浸水前及剛浸入水中至1小時，每隔15分鐘，用1000V兆歐表檢測定子對地絕緣電阻并記錄所測數(shù)值。按試驗要求在浸水前檢測該臺定子冷態(tài)對地絕緣電阻，測得對地電阻值為10.8GΩ；將定子臥式浸入水中，露出繞組三相引出線頭（定子浸水試驗絕緣電阻測量原理如圖1所示），絕緣電阻值即降至20MΩ，浸水15分鐘后，絕緣電阻值降至10.2MΩ，浸水30分鐘后，絕緣電阻值降至0.18MΩ；將定子吊出水面測量，絕緣電阻值恢復(fù)至200MΩ以上；將定子聯(lián)線端朝上浸水，小并頭及聯(lián)接線部分露出水面，測量絕緣電阻值仍為200MΩ以上，浸水2小時后測量絕緣電阻值仍保持不變。上述試驗重復(fù)2次，3次試驗結(jié)果相符。只要繞組并頭及聯(lián)線部位浸入水中，對地絕緣電阻隨浸水時間變長迅速下降；定子繞組直線及端部（斜線邊）位置的絕緣防水性能優(yōu)異，小并頭和極間聯(lián)線部位防水性能較差，是防水性絕緣結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。

圖1 定子浸水試驗絕緣電阻測量示意圖

2.分析電機定子浸水試驗通過率低的原因

通過以上三次浸水試驗結(jié)果，確認影響電機定子浸水性能的主要原因有以下幾點：

2.1 焊接因素

定子小并頭和極間聯(lián)線焊接時的高溫將引線頭原有絕緣破壞；而絕緣包扎時對此部位的絕緣修復(fù)又很難達到線圈原有的絕緣強度。

2.2 并頭、聯(lián)線結(jié)構(gòu)因素

小并頭聯(lián)線方式采用V型搭接結(jié)構(gòu)，極間聯(lián)線和零環(huán)采用T型聯(lián)線結(jié)構(gòu)，焊接后每個并頭和聯(lián)線搭接部位的絕緣包扎均為分段包扎，絕緣包扎困難，包扎后絕緣整體性較差，難以達到防水絕緣效果，故而影響浸水試驗通過率。

2.3 絕緣材料因素

小并頭及聯(lián)線絕緣包扎材料應(yīng)用不當(dāng)，小并頭絕緣包扎依次采用中膠粉云母帶、聚酰亞胺薄膜帶和無堿玻璃絲帶進行包扎；T型聯(lián)線絕緣包扎依次采用中膠粉云母帶、聚酰亞胺簿膜帶、無堿玻璃絲帶進行包扎，加之小并頭和聯(lián)線搭接部位的形狀不規(guī)則，絕緣材料無法保證對這些位置的凹陷或凸出部位進行有效填充，浸漆對這些凹陷或凸出部位的絕緣漆填充效果變差。

2.4 絕緣包扎工藝因素

絕緣包扎方法不完善，或未按絕緣包扎工藝要求的順序包扎或材料錯誤使用，也會影響浸漆后的絕緣防水性能。

3.制定對策

針對上述浸水試驗出現(xiàn)的絕緣防水能力缺陷，對定子繞組聯(lián)線并頭結(jié)構(gòu)、焊接工藝、絕緣材料的選用和絕緣包扎工藝進行優(yōu)化。

（1）在焊接工藝方面，調(diào)整焊接參數(shù)，縮短焊接時間，焊接時間控制在5～8s，盡量一次焊接完成，減少二次返焊或長時間加熱對導(dǎo)線及絕緣造成的損傷；為減少焊接時的高溫對焊接點附近引線原有絕緣的燒損，在施焊點附近使用浸濕的陶瓷纖維布進行降溫保護。

（2）對焊接后的小并頭尖角及焊接的高點及尖棱進行打磨，保證小并頭周圍沒有損傷絕緣的尖角、毛刺，用白布蘸取無水乙醇進行擦拭，保證并頭和焊接表面的清潔度；包扎前在小并頭夾角內(nèi)夾入美塔斯氈，再使用鉗子將小并頭的V型搭接處5mm的并頭夾角夾緊，并將夾角外的美塔斯氈對小并頭根部進行包裹，以阻隔浸水試驗時水分浸入絕緣內(nèi)。

（3）絕緣材料選用：增加使用適形性優(yōu)異的美塔斯氈和粘接包封性好的硅橡膠填充泥。小并頭部位絕緣包扎使用美塔斯氈、云母套管、聚酰亞胺簿膜帶、無堿玻璃纖維帶；極間聯(lián)線和零環(huán)的T型搭接部位選用硅橡膠填充泥、硅橡膠自粘帶，聚酰亞胺簿膜帶、無堿玻璃纖維帶，提高其絕緣可靠性。

（4）絕緣包扎方法：填加美塔斯氈和硅橡膠填充泥，對作為防水層的聚酰亞胺薄膜帶的包扎搭接匝數(shù)和包扎順序進行規(guī)范，使所有的絕緣包扎緊湊、致密。

4.改進后的浸水試驗驗證

按照上述改進方案實施，對后續(xù)生產(chǎn)的所有的某型號定子，在浸漆工序后進行臥式浸水試驗，按浸水試驗要求，五次測量對地絕緣電阻值。從試驗結(jié)果得出，對電機定子小并頭、焊接參數(shù)及防護方法、絕緣材料選用和絕緣包扎方法進行改進后，電機定子浸漆后的浸水試驗一次通過率得到顯著提高（99%以上），表現(xiàn)出良好的防水性能，滿足了電機運行環(huán)境的要求。

[1]曹曉瓏,鐘力生.電氣絕緣技術(shù)基礎(chǔ)[M].機械工業(yè)出版社.

[2]閆志安,崔新藝,蘇少平.電機學(xué)[M].西安交通大學(xué)出版社.