粉云母板在發(fā)電機定子線棒羅貝爾換位處的應用*

王玉田

(1哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱 150040; 2哈爾濱理工大學，黑龍江哈爾濱 150001)

粉云母板在發(fā)電機定子線棒羅貝爾換位處的應用*

王玉田1，2

(1哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱 150040; 2哈爾濱理工大學，黑龍江哈爾濱 150001)

介紹了一種絕緣材料粉云母板，在它的組成成分中除云母紙和環(huán)氧樹脂以外，增加了一層玻璃布作為補強材料。同時對粉云母板電氣強度、剪切強度，及其制造的定子線棒介質損耗與耐電壓進行了測試與研究。結果表明，補強材料提高了粉云母板的性能，降低定子線棒發(fā)生股間短路的機率。

粉云母板;導線;換位絕緣;補強材料;股間短路

0 引言

發(fā)電機運行時，在定子線棒內(nèi)會產(chǎn)生循環(huán)電流及附加損耗，為了降低循環(huán)電流及附加損耗，通常對定子線棒導線進行羅貝爾換位［1］。羅貝爾換位是將外包絕緣的電磁線在專用設備上進行壓制彎型，經(jīng)編制而成為導線。在羅貝爾換位時，電磁線彎型處會受到很大的剪切力作用，嚴重時將壓壞電磁線絕緣層，若不做任何處理，導線會在羅貝爾換位處會發(fā)生股間短路，導致導線羅貝爾換位無法達到降低循環(huán)電流及附加損耗的效果。

為了加強線棒導線羅貝爾換位處絕緣強度，保證電磁線絕緣發(fā)生損壞時也具有良好的絕緣性能，通常在羅貝爾換位處配墊一層換位絕緣來解決。國外電機制造企業(yè)已研制并應用了多種材料作為換位絕緣，國內(nèi)各大公司也正在使用或正在試用不同種類換位絕緣。而我公司仍使用無補強材料的柔軟片云母板作為換位絕緣，這種材料與有補強的材料相比剪切強度差。為了提高定子線棒股間可靠性及產(chǎn)品質量，我們對有補強材料的粉云母板進行應用研究。

1 材料基本性能

在定子線棒制造過程中，換位絕緣不僅承受一定的電應力，還承受剪切應力的作用，因此，需要對粉云母板的組成成分、電氣性能等進行全面研究，通過試用對材料性能穩(wěn)定性進行全面測試與分析。

1．1 組成成分研究

粉云母板是以玻璃布為補強材料，復合粉云母紙、膠粘劑組成，其組成成分與我們使用的無補強柔軟片云母板標準及實測值比較情況見表1。

表1 組成成分對比

由表1可知，粉云母板的揮發(fā)物含量、膠粘劑含量達到無補強柔軟片云母板標準要求，但是云母含量略低于標準，需要進一步確認其電氣性能。兩者相比較，粉云母板增加了一層玻璃布作為補強材料。

1．2 電氣性能研究

定子線棒導線換位處配墊換位絕緣的另一個作用是加強該部位的電氣性能，因此，電氣性能是考核換位絕緣材料的重要指標。本文對玻璃布補強粉云母板的電氣性能進行了測試，并與無補強柔軟片云母板的電氣性能進行比較，詳見表2。

表2 電氣性能對比

由表2可知，玻璃布補強粉云母板的介電強度高于無補強柔軟片云母板標準。綜上所述，雖然玻璃布補強粉云母板的云母含量略低于片云母板的標準，但是其電氣性能能夠達到標準要求，所以，粉云母板的性能滿足無補強柔軟片云母板標準要求。

1．3 試用數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

在粉云母板試用過程中，對每批使用材料的基本性能進行了測試，以便確認材料組成成分及電氣性能是否穩(wěn)定。對14個批次玻璃布補強粉云母板性能測試結果見表3。

表3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

將表3的測試結果分布情況繪制成圖表，如圖1、圖2所示。

圖1 組成成分測試結果統(tǒng)計圖

由表3和圖1可見，玻璃布補強粉云母板的揮發(fā)物含量14次測試結果趨于穩(wěn)定，最大值為0．8%，最小值為0．23%;膠粘劑含量保持在30．14%～34．90%之間;云母含量測試數(shù)據(jù)雖然有波動，但含量均大于50%;玻璃布含量比較穩(wěn)定。

圖2 介電強度測試結果統(tǒng)計圖

由表3和圖2可見，玻璃布補強粉云母板的介電強度在31．10～41．60MV/m之間波動，介電強度平均值達到36．84MV/m。以上分析表明，粉云母板14個批次性能測試結果均滿足標準要求。

2 材料應用性能分析

發(fā)電機定子線棒導線結構分為兩排股線和四排股線，兩排股線大多應用在氫冷、空冷和小容量水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機定子線棒上，這些導線單位長度內(nèi)換位花少、換位情況相對簡單;而四排股線大多應用在大容量水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機上，換位花多、換位情況相對復雜，四排股線的換位對換位絕緣材料性能要求更高［2］，如圖3所示。換位絕緣所達到的效果可用股間短路試驗來考核，換位絕緣與定子線棒其它絕緣材料的相容性，則可根據(jù)線棒絕緣系統(tǒng)電氣性能來衡量［3］。

圖3 四排股線羅貝爾換位示意圖

2．1 導線性能

將玻璃布補強粉云母板作為換位絕緣應用于定子線棒導線換位處，通過加壓、加熱的方式使導線絕緣固化成為一個整體。制造工藝是將導線放入熱壓模中，將溫度升至80℃后施加初壓，繼續(xù)升溫至150℃后施加全壓，最高溫度不得超過190℃，保溫0．5h后，冷卻至120℃卸模，導線壓制完成。成型后的導線外觀如圖4所示。

圖4 成型后導線外觀

由圖4可見，換位處絕緣填充豐滿，且能夠與導線緊密粘接、無間隙、無流膠等異?，F(xiàn)象。

利用14批次玻璃布補強粉云母板共制造約1000支線棒，每只線棒導線制造時均需進行股間短路測試，試驗電壓為220V。在測試過程中，導線發(fā)生股間短路的幾率約為1%，與無補強柔軟片云母板相比，發(fā)生股間短路的幾率大大降低，產(chǎn)品質量提高，玻璃布補強粉云母板在導線上應用后效果良好。

2．2 線棒電氣性能

定子線棒絕緣在電場的作用下，由介質電導和介質極化的滯后效應，在其內(nèi)部及表面產(chǎn)生介質損耗。在交變電場的作用下，當線棒內(nèi)部絕緣由于換位絕緣與周圍絕緣材料相容性差而存在氣隙或粘接不良時，介質損耗會增大;反之，介質損耗的大小是衡量線棒絕緣制造質量的標準［4］。因此，對使用玻璃布補強粉云母板制造的定子線棒介質損耗進行測試，確定其是否對定子線棒性能有影響。

隨機抽取使用玻璃布補強粉云母板制造的24kV、1250MW核電半速汽輪發(fā)電機定子線棒6支，測試介質損耗及增量，測試結果見表4。

表4 介質損耗及增量測試數(shù)據(jù)

由表4可知，由玻璃布補強粉云母板作為換位絕緣制造的定子線棒介質損耗值tanδ在0．2UN下均小于1．0%，增量Δtanδ均小于0．5%。6支線棒介質損耗對比情況如圖5所示。

圖5 介質損耗測試結果對比圖

對6支線棒進行耐電壓測試，試驗電壓值為(2．75UN+6．5)kV，即72．5kV，耐電壓持續(xù)時間為60s。6支線棒全部通過耐電壓測試。

由以上分析可知，玻璃布補強粉云母板對線棒的性能無影響，定子線棒電氣性能達到《CEEIA 158-2003汽輪發(fā)電機產(chǎn)品質量分等》標準規(guī)定的優(yōu)等品水平。

3 結語

綜上所述，以玻璃布作為補強材料的粉云母板的基本性能達到了無補強材料的柔軟片云母板性能要求。與無補強換位絕緣材料相比，粉云母板增加了一層補強材料，剪切強度明顯提高，導線發(fā)生股間短路幾率明顯降低。根據(jù)應用結果得知，粉云母板的工藝性優(yōu)異，可以用作換位絕緣材料，并提高羅貝爾換位處絕緣性能。

［1］吳磊，梁艷萍．核電汽輪發(fā)電機定子線棒換位及相關因素分析［J］．浙江大學學報，2014，48(4)．

［2］皮如貴，梁智明，漆臨生．發(fā)電機定子導線絕緣結構設計分析［J］．絕緣材料，2012，(03)．

［3］漆臨生，梁智明，皮如貴．發(fā)電機定子線棒導線絕緣結構試驗研究［J］．絕緣材料，2012，(03)．

［4］袁曉紅，孫永鑫，張洋．百萬等級核電定子模壓線棒的特性研究［J］．大電機技術，2013(6)．

Application Research on Mica Paper Foil for Roebel Transposition of Generator Stator Bar

Wang Yutian
(1．Harbin Electric Machinery Company Limited，Harbin 150040，China;2．Harbin University of Science and Technology，Harbin 150001，China)

This paper introduces a kind of mica paper foil，except mica paper and epoxy resin，a layer of glass cloth as reinforced material is added to its composition．At the same time，electrical strength，shear strength，stator bar media loss made from it and withstand voltage are tested and researched．The results show that by using reinforced material，performance of the mica paper foil is improved and probability of inter-strand short-circuit is reduced．

Mica paper foil;conducting wires;transposed insulation;reinforced material; inter-strand short-circuit

10．3969/J．ISSN．1008-7281．2015．05．13

TM305．2

B

1008-7281(2015)05-0043-004

王玉田 男 1983年生;畢業(yè)于哈爾濱理工大學電氣工程及其自動化專業(yè)，現(xiàn)從事汽輪發(fā)電機絕緣技術工作．

2015-04-02

國家科技重大專項(2012ZX06004-001-003-002)