水輪發(fā)電機定子線圈VPI絕緣工藝探索

何曉娥，吳 洋，何兆榮

(1.重慶水輪機廠有限責任公司，重慶402283；2.哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱 150040)

0 引 言

目前水輪發(fā)電機定子線圈制作采用多膠和少膠兩種工藝，少膠即真空壓力浸漬(vacuum pressure impregnation，VPI)工藝，其中圈式定子線圈多采用單只多膠或嵌裝后整體VPI，單只VPI工藝尚未成型[1-2]。VPI工藝相比多膠工藝具有以下優(yōu)勢：絕緣整體性更優(yōu)，線圈電氣性能更好，單邊絕緣減薄，定子重量減輕，利于散熱，更環(huán)保，工人勞動強度降低，工作效率提高，工裝數(shù)量減少，成本降低等[3]。

高壓電機VPI已成為未來發(fā)展趨勢，為了適應市場，公司積極開展了VPI絕緣系統(tǒng)行業(yè)調(diào)研、絕緣材料廠調(diào)研、VPI行業(yè)學習、絕緣工藝規(guī)范制定及完善、工裝模具設計、產(chǎn)品工藝試驗等。 經(jīng)過前期技術準備和調(diào)研，已具備研發(fā)水輪發(fā)電機定子線圈單只VPI的能力。合同技術協(xié)議要求定子線圈(圈式)采用單只VPI工藝，并在電站現(xiàn)場進行整體疊片下線。為了滿足這一要求，開展了圈式定子線圈單只VPI工藝研發(fā)。

1 浸漬樹脂選型

通過前期調(diào)研，綜合考慮到環(huán)保、長期貯存穩(wěn)定性、性能、應用管理等因素，在浸漬漆選型上排除了帶苯乙稀等具有污染的體系以及難于管理的環(huán)氧酸酐絕緣體系(易吸潮、黏度增長快、加熱至60 ℃)，擬選擇近年國內(nèi)應用較為成熟的低黏度純環(huán)氧體系[4-5]。

優(yōu)選A公司和B公司兩家供應商，分別采用1 169低黏度高純度環(huán)氧樹脂和 9 965純環(huán)氧樹脂進行工藝試驗，并進行兩家浸漬漆性能的綜合比較分析和評估。根據(jù)本公司提供的VPI絕緣技術要求，兩家供應商采用不同的絕緣結(jié)構，進行線棒的絕緣包扎、真空壓力浸漬烘焙，并進行相應的電氣性能試驗，試驗結(jié)果見表1和表2。

表1 A公司提供樣棒測試結(jié)果Table 1 Sample bar test results provided by company A

表2 B公司提供樣棒測試結(jié)果Table 2 Sample bar test results provided by company B

根據(jù)A公司和B公司提供的樣棒測試平均數(shù)據(jù)，與公司多膠系統(tǒng)絕緣厚度、介質(zhì)損耗值及擊穿強度等進行對比，具體見表3。

表3 試驗數(shù)據(jù)對比Table 3 Comparison of test data

由試驗數(shù)據(jù)對比可知：

1) 采用A公司和B公司低黏度高純度環(huán)氧樹脂和少膠帶，常態(tài)介損均能達到標準要求，特別是介損增量較小，可以滿足一些用戶的較高要求。

2) 平均擊穿場強均較高，能達到優(yōu)等品水平(10.5 kV級水發(fā)圈式定子線圈擊穿電壓分等標準：合格品EB≥20 kV/mm；一等品EB≥24 kV/mm；優(yōu)等品EB≥28 kV/mm)，采用較薄的絕緣即能達到較高的擊穿電壓，并滿足國標要求，有利于機組絕緣減薄，降低制造成本。

3) B公司提供的樣棒試驗數(shù)據(jù)整體優(yōu)于A公司，最終浸漬漆選擇B公司9 965純環(huán)氧樹脂。

2 工藝試制

2.1 工裝結(jié)構設計

如圖1所示為設計的浸漆工裝(包含浸漆內(nèi)膽、瀝漆支架等)，其既能保證產(chǎn)品生產(chǎn)周期，又能最大限度地降低成本。

圖1 浸漆工裝Fig.1 Paint dipping engineering decoration

2.2 線圈制作

依據(jù)合同技術協(xié)議、結(jié)合圈式線圈傳統(tǒng)VPI工藝[6]，首先對這兩種圈式線圈VPI制作工藝從不同角度進行對比分析，具體見表4。

表4 不同工藝對比分析Table 4 Comparative analysis of different processes

經(jīng)過不同工藝對比分析，單只圈式線圈只能采用優(yōu)化VPI工藝[7-8]，才能滿足技術協(xié)議。經(jīng)過不斷地摸索與試驗，得出線圈制作工藝流程，如圖2所示。

圖2 工藝流程圖Fig.2 Technological process flow chart

考慮到圈式線圈下線方式為“階梯形”，特別是提槽部分，需要線圈本身具備一定的柔韌性，才能確保順利進行提槽和下線。

1) 匝間絕緣、主絕緣采用5442-1玻璃補強少膠云母帶包扎。

2) 匝間及主絕緣包扎后均進行1次VPI浸漆。

3) 嚴格控制后處理的溫度和時間。

3 試驗分析

經(jīng)過試制，隨機抽檢其中一部分線圈進行常態(tài)介質(zhì)損耗正切及其增量試驗和擊穿試驗，結(jié)果見表5。

表5 試驗結(jié)果Table 5 Test results

由表5可知，采用單只圈式線圈改良VPI工藝，常態(tài)介損及增量、 擊穿場強均能達到標準要求， 且能達到優(yōu)等品10.5 kV級水發(fā)圈式定子線圈常態(tài)介損及增量分等標準，即合格品tanδ0.2UN≤3.0，Δtanδ≤2.0；一等品tanδ0.2UN≤2.0，Δtanδ≤1.0；優(yōu)等品tanδ0.2UN≤1.5，Δtanδ≤0.5。

為確保采用該工藝制作的成品線圈運至電站現(xiàn)場后能順利提槽下線，在廠內(nèi)鐵心試疊片后進行了模擬提槽下線，以驗證線圈是否具有足夠的柔韌性，是否能夠正常提槽下線。經(jīng)驗證，采用該工藝批量制作的線圈具有足夠的柔韌性，能夠正常提槽下線，并且絕緣層不受損傷。

4 結(jié) 語

通過對水輪機圈式定子線圈單只VPI浸漬樹脂選型、工藝試制、試驗分析等方面進行研究，結(jié)果表明，在水輪發(fā)電機中，圈式定子線圈采用單只VPI工藝能夠滿足標準要求。

從電機繞組整體考慮，需要嚴格控制后處理的溫度和時間，才能保證線圈具有一定的柔韌性，便于提槽下線。