風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子絕緣結(jié)構(gòu)耐齒輪箱潤(rùn)滑油試驗(yàn)研究

蘭健,蔣芝,武傳剛,李燕琴

(中車株洲電機(jī)有限公司,湖南株洲 412001)

0 引言

近些年來(lái),為解決我國(guó)能源短缺、環(huán)境污染等問(wèn)題,在“碳中和、碳達(dá)峰”政策影響下,綠色、清潔的風(fēng)電成為我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的領(lǐng)域,國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機(jī)[1、2]行業(yè)快速發(fā)展。隨著風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)數(shù)量和類型不斷增加,有關(guān)機(jī)組安全運(yùn)行的問(wèn)題越來(lái)越多,尤其是風(fēng)電機(jī)組漏油的問(wèn)題,包括齒輪箱油、潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂、液壓油等,一直得不到徹底解決[3]。油品泄漏后不但會(huì)使風(fēng)電機(jī)組的齒輪箱、主軸或液壓系統(tǒng)受到損害,而且對(duì)發(fā)電機(jī)和環(huán)境會(huì)造成嚴(yán)重的污染,輕則損壞設(shè)備部件,重則引起火災(zāi)等。本文以齒輪箱潤(rùn)滑油噴濺到某型號(hào)半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子繞組為例,開(kāi)展風(fēng)力發(fā)電機(jī)在用的環(huán)保型環(huán)氧改性不飽和聚酯絕緣結(jié)構(gòu)[4、5]耐油性試驗(yàn)研究,討論齒輪箱潤(rùn)滑油對(duì)定子絕緣結(jié)構(gòu)的影響。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)用齒輪箱潤(rùn)滑油

采用以PAO(聚a烯烴)為基礎(chǔ)油的某品牌齒輪箱潤(rùn)滑油。

1.2 試驗(yàn)樣品制備

1.2.1 浸漬漆漆餅

采用環(huán)氧改性不飽和聚酯浸漬漆制作漆餅,直徑100mm,厚度1mm,制作10片。

1.2.2 模型結(jié)構(gòu)

為評(píng)估齒輪箱潤(rùn)滑油(以下簡(jiǎn)稱齒輪箱油)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子絕緣結(jié)構(gòu)的影響,采用和產(chǎn)品定子絕緣結(jié)構(gòu)一致的模型結(jié)構(gòu),制作的模型結(jié)構(gòu)構(gòu)成明細(xì)如表1所示,模型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

表1 模型結(jié)構(gòu)構(gòu)成明細(xì)表

表2 擊穿場(chǎng)強(qiáng)

圖1 模型結(jié)構(gòu)

1.3 耐油試驗(yàn)

1.3.1 浸漬漆耐油試驗(yàn)

將漆餅在干燥器中放置24h后,取5片在齒輪箱油中浸泡168h,記錄外觀變化,并進(jìn)行全部漆餅的擊穿電壓測(cè)試,測(cè)試環(huán)境:常溫,變壓器油中,升壓速率500V/s。

1.3.2 模型結(jié)構(gòu)耐油試驗(yàn)

1.3.2.1 初始診斷

(1)外觀檢查:檢查模型結(jié)構(gòu)外觀,線圈應(yīng)無(wú)明顯缺陷,表面漆膜均勻光亮,無(wú)開(kāi)裂、起泡。

(2)絕緣電阻測(cè)試:對(duì)模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行120℃、4h烘潮處理,降至室溫后,測(cè)試其15s、60s的絕緣電阻值,測(cè)試電壓DC1000V。

(3)常態(tài)介損檢測(cè):檢測(cè)室溫下1.5kV、2.5kV電壓下的介質(zhì)損耗因數(shù)tgδ。

(4)起始局放電壓(PDIV)測(cè)試。

1.3.2.2 浸油試驗(yàn)

經(jīng)初始診斷后,將B、C模型進(jìn)行150℃、4h加熱處理后,在熱態(tài)時(shí)(不低于135℃)放入裝有齒輪箱油的容器中,油淹沒(méi)線圈至少5cm。共進(jìn)行4個(gè)周期浸油試驗(yàn),每周期持續(xù)時(shí)間168h,每個(gè)周期結(jié)束后,將模型從齒輪箱油中取出,用抹布擦干表面油污,進(jìn)行性能測(cè)試,測(cè)試內(nèi)容包括絕緣電阻、常態(tài)介質(zhì)損耗因數(shù)和起始局放電壓。

1.3.2.3 擊穿試驗(yàn)

4個(gè)周期浸油試驗(yàn)后,將全部模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行擊穿試驗(yàn),測(cè)試環(huán)境:常溫,變壓器油中,升壓速率500V/s。

2 結(jié)果與討論

2.1 浸漬漆漆餅?zāi)陀驮囼?yàn)結(jié)果

2.1.1 外觀

浸油試驗(yàn)前后漆餅外觀如圖2所示。觀察浸油后漆餅外觀,與未浸油漆餅相比,浸油后漆餅外觀無(wú)明顯變化。

圖2 浸油前后漆餅外觀

2.1.2 擊穿場(chǎng)強(qiáng)

在齒輪箱油中浸泡168h后,漆餅剩余擊穿場(chǎng)強(qiáng)均大于24kV/mm,平均保持率達(dá)99%。

2.2 模型結(jié)構(gòu)耐油試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 外觀

對(duì)完成4個(gè)周期浸油試驗(yàn)后的B、C兩組模型進(jìn)行外觀檢查,線圈無(wú)明顯缺陷,表面漆膜均勻光亮,無(wú)開(kāi)裂、起泡,試驗(yàn)后各模型結(jié)構(gòu)外觀如圖3所示。

2.2.2 絕緣電阻

B、C兩組模型完成4個(gè)周期的浸油試驗(yàn)后,絕緣電阻仍保持較高水平,且與未參與試驗(yàn)的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)A相當(dāng),相對(duì)而言,噴涂了表面磁漆的B結(jié)構(gòu)表現(xiàn)更優(yōu),詳細(xì)如表3所示。

表3 各試驗(yàn)周期絕緣電阻(均值)

表4 各試驗(yàn)周期起始局放電壓(均值)

2.2.3 起始局放電壓

起始局放電壓測(cè)試結(jié)果如表5所示,試驗(yàn)前三組模型結(jié)構(gòu)起始局放電壓在同一水平;浸油試驗(yàn)期間B、C兩組模型起始局放電壓均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

表5 各試驗(yàn)周期常態(tài)介質(zhì)損耗因數(shù)

本試驗(yàn)研究用的是以PAO為基礎(chǔ)油的齒輪箱潤(rùn)滑油,其體積電阻率為8.3G Ω·m,擊穿電壓為40～50kV,具有較好的電氣絕緣性能和熱穩(wěn)定性,即便滲入樣品內(nèi)部也不會(huì)顯著劣化整個(gè)結(jié)構(gòu)的絕緣性能。同時(shí)該齒輪箱油含有少量親水的極性添加劑(如擠壓抗磨劑:ZDDP二烷基二硫代磷酸鋅;防銹劑:環(huán)烷酸鋅等),浸油試驗(yàn)過(guò)程中油會(huì)吸收了空氣中的水分,對(duì)油品的絕緣性能造成不利影響。周期試驗(yàn)過(guò)程中起始局放電壓下降,與吸附在模型結(jié)構(gòu)表面的潤(rùn)滑油逐步吸潮相關(guān)。

2.2.4 常態(tài)介損因數(shù)

B、C兩組模型在1.5kV、2.5kV電壓下的常態(tài)介質(zhì)損耗因數(shù)tgδ均在一定范圍內(nèi)波動(dòng),未發(fā)生突變,檢測(cè)結(jié)果如表5所示。

2.2.5 擊穿電壓試驗(yàn)

三組模型結(jié)構(gòu)擊穿電壓測(cè)試結(jié)果如表6所示,擊穿電壓處于同一水平。

表6 各結(jié)構(gòu)擊穿電壓

2.3 小結(jié)

采用和產(chǎn)品定子絕緣結(jié)構(gòu)一致的模型結(jié)構(gòu),分周期進(jìn)行浸泡齒輪箱油試驗(yàn),浸油后B、C模型與未浸油的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)A擊穿電壓處于同一水平;表面磁漆有助于降低因表面吸附受潮后的齒輪箱油對(duì)模型結(jié)構(gòu)絕緣電阻的影響。

3 結(jié)語(yǔ)

發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中實(shí)際工況為齒輪箱潤(rùn)滑系統(tǒng)排氣過(guò)程中潤(rùn)滑油噴濺到絕緣結(jié)構(gòu)表面。本次驗(yàn)證采用齒輪箱潤(rùn)滑油浸泡的加速考核方式,較實(shí)際工況更為苛刻,基于本次試驗(yàn)考核,得到以下結(jié)論:定子模型結(jié)構(gòu)浸泡以PAO為基礎(chǔ)油的齒輪箱潤(rùn)滑油672h后,與試驗(yàn)前絕緣結(jié)構(gòu)的電氣絕緣水平相當(dāng)。通過(guò)耐油性試驗(yàn)評(píng)估,認(rèn)為基于環(huán)氧改性不飽和聚酯絕緣浸漬漆及其絕緣結(jié)構(gòu)是具有足夠耐齒輪箱油能力的,表面進(jìn)行氟碳磁漆處理后效果會(huì)更好。