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环氧树脂在高壓電機主绝缘中的应用
作者:山东西子電機 发布日期:2019-08-06 09:03

  

  
  
  
  
  
  
  

[摘要]本文簡述了高壓電機主絕緣發展曆史、國內外慨況。主絕緣研究重點是粉雲母帶粘合樹脂和浸漬樹脂,而這二類樹脂都是環氧樹脂固化體系。本文還介紹了主絕緣材料組份及制造工藝。包括粘合樹脂與恫油酸酐、桐馬和硼胺固化劑(hardener)制備方法。最後對各種主絕緣體系提出所存在問題及今後發展方向。
[关键词]环氧树脂 电机定子绝缘 云母带

  一、前言
高壓電機有发电机和电动机之分,从发展历史来看是随着发电容量增加发电机越造越大,对发电机技术要求也越来越高,大容量发电机的技术发展也带动了电动机技术发展。高壓電動機梭型线圈绕制后,用收缩带,黄蜡绸带等绝缘材料包扎,目的是:保护线圈外绝缘、层间绝缘、匝间绝缘不至于损坏。在拉型机时免受模具夹具、鼻端销钉等摩擦,防止松动变形。发电机产生虽有一百余年历史,但基本结构未显著变化,仅是冷却和绝缘技术进行改进,由此可知绝缘在电机中的重要性。电机的寿命(lifetime)主要也取决于绝缘的寿命,因此把绝缘称作电机的心脏。在电机中有许多种绝缘材料,最重要的是大型高壓電機定子绕组导体的对地绝缘,又称主绝缘。主绝缘在电机绝缘系统中起着决定性作用。国内外有关科技人员一直在竞相研制或改进新的主绝缘材料,以提高主绝缘性能,使电机具有更大市场竞争力。比如德国西门子公司,1957年引进美国西屋公司VPI技术,于六十年代初建立起自已的Micalastic绝缘。七十年代作了改进,名称仍为Micalastic,属于笫二代绝缘系统。1987年又作了进一步改进,属第三代Micalastic绝缘。至今世界各大电机公司仍在不断改进各自的绝缘系统,因此主绝缘被认为是可持续发展的课题。而主绝缘材料中改进的主要内容和重点却正是环氧树脂固化体系。

  二、國內外主絕緣才既況
1、国外主绝缘材料演变 早在1910年瑞士哈佛莱公司首先采用虫胶粘合白云母片贴制成云母箔,卷包在线圈上,加热、加压制造出高压定子(组成:定子铁芯、定子绕组和机座)线圈主绝缘。1919年美国通用电气公司用沥青(成分:沥青质和树脂)代替虫胶粘贴片云母制成云母带,然后包绕在线圈上实现了连续绝缘,在绝缘处理上采用真空干燥、真空浸沥青步骤(procedure),排除了绝缘内部空隙,减少了放电破坏,使绝缘质量有较大提高。三十至五十年代各国就采用沥青真空浸渍。五十年代初美国西屋公司用不饱和聚酯树脂作浸渍树脂,用聚苯乙烯作片云母粘台剂,研制出Thermalastic热弹性绝缘。以后美国通用电气公司用改性环氧树脂粘结粉云母片混合带子用于汽轮发电机,该液压绝缘称Micapal。六十年代瑞士BBC研制出Micadur绝缘、法国Alsthom公司为lsotenex绝缘、英国EEC为Novobond多胶绝缘、曰立公司为Hipact环氧绝缘、三菱电机公司为Dialastic绝缘、富士电机公司称F树脂等。上述各公司的绝缘全部使用环氧树脂,包括西屋公司七十年代也改用了环氧树脂。
2、国内主绝缘材料概况 我国于1962年开始研制大马达主绝缘,首先就确立以多胶模压工艺为基础,用酸性聚酯做双酚A环氧固化剂的粘合剂。以后结合我国实际需求研制出桐油酸酐(TOA)为双酚A环氧固化剂的多胶绝缘粘合剂,1965年在哈尔滨电机厂应用成功,1966年开始在上海电机厂的定子线棒主绝缘中进行应用工作。七十年代初,TOA环氧粉云母绝缘已在人人鲁免费播放视频全面替代沥青片云母绝缘。
我國在七十年代和八十年代一直緊跟世界主絕緣材料(合成樹脂)發展的步伐。由于TOA環氧的熱態機械強度與國外主絕緣材料相比還有一定差距,因此開展大量試驗。較有成效的技術路線有:硼胺環氧體系、金屬羧酸鹽環氧、钛環氧TO
  A、間苯二酚甲醛縮合物環氧、雙馬桐油酸酐環氧等。通過各項技術測試和評定,較爲成功的是桐油酸酐與雙馬加成物作雙酚A環氧多膠粉雲母帶模壓主絕緣。
七十年代初我國開始對真空壓力浸漬(VPI)工藝進行探索,鑒于當時實際情況,雖購進了進口VPI設備.但缺乏浸漬樹脂和少膠粉雲母帶,因而尋找出一條較切合實際的所謂“多膠”VPI絕緣(insulated)工藝過渡路線,該“多膠”按IEC標准考核的稱謂,而在實際生産中則稱“中膠”帶。它使用環氧硼胺作粉雲母帶粘合劑,用環氧硼胺和稀釋劑作浸漬樹脂。該種體系既有多膠模壓的優點,又有少膠VPI工藝的優點。1978年首先在上海電機廠批量用于生産。但這種過渡性路線的絕緣質量與國際水平相比仍有一定差距。八十年代初各電機廠分別引進了西屋、BBC和西門子絕緣技術,使用的全是少膠VPI絕緣工藝,因此重又掀起少膠VPI的研究(research)熱潮。

  三、主絕緣(insulated)制造工藝分類及材料組份
1、主絕緣制造工藝分類
尽管国内外大电机厂都有各自的绝缘结构,但从工艺上可分成二大类:少胶VPI和多胶模(液)压绝缘。少胶VPI又分真空浸渍线捧法,即单根线棒浸渍成型和真空浸渍绕组法,即整个绕组浸渍简称整浸,前者用于大型发电机的定子(组成:定子铁芯、定子绕组和机座)线捧,而后者用于高壓電動機。ABB公司用外压装铁芯,对三十万发电机也用整浸工艺。
多膠模(液)壓型絕緣是以環氧玻璃粉雲母(Muscovite)帶包繞線捧後,然後模壓固化,它是單只進行的。
2、主絕緣材料(合成樹脂)組成
不論主絕緣由何種工藝制造而成,最終絕緣人人鲁免费播放视频由三部份組成.即粉雲母、玻璃布和環氧樹脂。

  (1)粉云母 云母属硅酸盐类化合物,作为主绝缘材料主要使用白云母,因为它具有
很高的電絕緣性和較低的介質損耗正切以及抗電弧、耐電暈等性能,又具有耐高溫、耐腐蝕等優良性能。

片雲母在自然界量很少,故利用碎雲母制成粉雲母紙,它是電機承受高電壓的基本材料。

  (2)玻璃布 玻璃布在粉云母带中起补强作用,它既具有适当拉伸强度,还具有与粘合剂良好的粘结性。国内玻璃布因织布工艺需要添加2~3%石蜡浸润剂,影响了玻璃布的粘结性,故而在制粉云母带前必须对玻璃布进行脱蜡处理。为了确保主绝缘优良性能必须使用电工用无碱玻璃布。

  (3)粘合樹脂和浸漬樹脂
粘合樹脂是少膠粉雲母(Muscovite)帶或多膠粉雲母帶中把粉雲母紙粘貼在補強材料成爲可使用的帶材。浸漬樹脂是供VPI工藝浸漬用。電機主絕緣(insulated)對此二種樹脂要求是電性能優良,主要指tanδ和△tanδ要小;機械強度高,導熱性優良,能耐電、熱老化;工藝性好和盡量少受環境影響。
在主绝缘三种材料中,云母和玻璃布是无机材料,具有很好的耐热性和电气性能,因此剩下的树脂性能对绝缘起着举足轻重的作用。高壓電動機差动保护装置发电机两端流过方向相同、大小相等的电流称为穿越性电流,而方向相反的电流称为非穿越性电流。作为主保护,发电机比率制动差动保护是以非穿越性电流作为动作量、以穿越性电流作为制动量,来区分被保护元件的正常状态,故障状态和非正常运行状态的。国内外大公司绝缘系统的变化主要指的也是粘合树脂和浸渍树脂,因此主绝缘的改进也就是树脂性能的提高。而研究内容都离不开环氧树脂。
四,主絕緣(insulated)及材料的制造
1、多膠模壓主絕緣

  (1)粉雲母帶粘合樹脂制備
a.環氧桐油酸酐粘合樹脂制備
首先制备桐油酸酐(TOA),桐油主要成份是甘油三桐油酸酯。桐油酯学名为:十八碳三烯酸(9.11.13)。它的共轭双键很容易与顺丁烯二酸酐的双键起加成反应,因此它们的克分子比应为1:3,桐油中桐油酸仅含80%多一些,因此顺酐量还要少一些,实际人人鲁免费播放视频中桐油与顺酐的重量比为3:(1~0.75)。制备工艺是将桐油升温至85℃左右,加入顺酐,自动放热升温至160 ℃左右,保持0.5~1小时,稍冷出料,人人鲁免费播放视频为黄棕包透明粘稠液体。
考慮到主絕緣是玻璃布和粉雲母紙和環氧樹脂的複合層壓制品,要經過加熱加壓固化的工藝。因此在粘合樹脂配方設計時,在低分予環氧樹脂中要加入些較高分子量的環氧樹脂,通常加入1/3~1/2重量的E-曆史,但至今仍沒能得到較滿意的人人鲁免费播放视频。這有材料上問題同時也有工藝制備上問題。從材料上看,國內尚無0.04mm無堿無撚網格玻璃布生産,粉雲母紙的質量也欠佳,但主要還是未能研制出較爲滿意的環氧粘結樹脂。用環氧樹脂考慮到與VPl浸漬樹脂有很好的相容性.通常也不含固化劑式促進劑,這樣使少膠粉帶具有較長貯存朔。那麽選用什幺樣環氧樹脂較合適呢?如選用E-51或E-44環氧樹脂,做出帶予很柔軟,但會發生反粘。如選用E-代初各大電機制造公司對大中型電動機都采用了少膠VPI整浸工藝來制備主絕緣。國內也立即開始攻關,鑒于當時國內條件都認識到要研制仿國産的少膠粉雲母帶和浸漬樹脂並非易事,因此利用當時的多膠粉雲母帶和多膠粘合劑技術開展實驗(experiment)室工作。經科研人員努力在上海電機廠車間進行試生産,得到主絕緣各項指標性能都還不錯,這樣就大批量投入生産應用,至今二十多年已整浸了上萬台電機定子(組成:定子鐵芯、定子繞組和機座)線圈,以後國內大廠也部采用了這過渡技術路線——多膠VPI主絕緣。
多膠VPI主絕緣采用的粉雲母帶是環氧硼胺樹脂體系,樹脂含量比多膠模壓用粉雲母帶要少一些,爲32~38%,浸漬樹脂也是環氧硼胺固化劑加環氧稀釋劑而成。

  五、結束語
1、高壓電機主绝缘材料重点研究对象是粘合树脂和浸渍树脂,即环氧(Oxygen)树脂固化体系。对主绝缘不断研究及改进促进了环氧树脂应用技术的进步。如八十年代出现的IO树脂,耐热性达H级,它是异氰酸酯和环氧树脂的产物。又如九十年代出现的C级无溶剂树脂,它是三官能团环氧和甲基纳狄克酸酐的混合物。
2、國內模壓多膠主絕緣具中國特色,它的粘合樹脂環氧TOA(桐馬)國外是沒有的。與國外同類人人鲁免费播放视频相比並不遜色,熱態機械性能雖稍差些,但電性能卻相當優良,關于這一點外國專家也不得不表示欽佩。
3、國內多膠VPI主絕緣(insulated)也具有中國特色,目前國內我們大批使用的整浸電機用戶反應良好,返修率下降。多膠VPI絕緣使定子整體性和耐潮性顯著改善,但與國外少膠VPI絕緣相比,還有一段差距,因此我們正在加緊努力。
4、我國少膠VPl研制已有十余年曆史,對關鍵少膠粉雲母帶問題,首先使用lsola公司少膠帶,同時對國內現有少膠帶開展應用,並自已研制少膠帶同時並進方案,目前進展順利。

  
  

  
  

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