高壓電機(jī)少膠云母VPI絕緣體系對比分析

呂朝帥，陳中洋，曹佳冉

(中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶400000)

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高壓電機(jī)少膠云母VPI絕緣體系對比分析

呂朝帥，陳中洋，曹佳冉

(中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶400000)

摘要介紹了三種高壓電機(jī)用少膠云母VPI絕緣體系，通過試驗對三種絕緣體系的樣棒進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量等級評定，并分別從介質(zhì)損耗和擊穿試驗兩個方面進(jìn)行對比分析，根據(jù)不同的工藝保證能力得出三種絕緣體系的優(yōu)先選用等級。

關(guān)鍵詞高壓電機(jī)；絕緣體系；工藝保證能力

0引言

隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展，電機(jī)行業(yè)也朝著大容量、高性能方向發(fā)展，而絕緣的可靠性正是保障電機(jī)使用壽命的關(guān)鍵，這勢必推動電機(jī)絕緣體系向高耐熱等級、高電氣性能、高機(jī)械性能、減薄絕緣等方向發(fā)展。

少膠粉云母帶VPI真空壓力浸漆絕緣體系云母含量高、絕緣厚度小、絕緣內(nèi)無氣隙、機(jī)械性能優(yōu)良、電氣性能優(yōu)越，為增加電機(jī)容量、降低電機(jī)溫升、延長電機(jī)使用壽命提供了可靠的保障，正如上述趨勢所述，少膠粉云母帶VPI絕緣體系正在逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的多膠粉云母帶模壓絕緣體系和中膠粉云母帶VPI絕緣體系成為目前6kV、10kV高壓電機(jī)主流絕緣體系。

1少膠粉云母帶VPI工藝的三種不同結(jié)構(gòu)絕緣體系

少膠粉云母帶是以粉云母紙為基材，為了提高云母帶中云母的含量和云母帶的機(jī)械強(qiáng)度以單面補(bǔ)強(qiáng)的方式增加補(bǔ)強(qiáng)材料，用含量在4%～8%的環(huán)氧膠粘漆為膠黏劑粘結(jié)而成的，經(jīng)用與之相容的浸漬樹脂經(jīng)真空壓力浸漆絕緣工藝處理后最終固化的粉云母帶。

根據(jù)補(bǔ)強(qiáng)材料的不同可以分為若干種云母帶，其中玻璃布少膠粉云母帶和聚酯薄膜少膠粉云母帶以其良好的柔軟性、優(yōu)異的電氣、機(jī)械強(qiáng)度作為主絕緣大量的應(yīng)用在6kV、10kV高壓電機(jī)上。但是在這兩種云母帶中玻璃布少膠粉云母帶在機(jī)械強(qiáng)度方面占優(yōu)，聚酯薄膜少膠粉云母帶具有良好電氣性能，具體區(qū)別見表1。

表1　玻璃布少膠粉云母帶和聚酯薄膜少膠粉

在不同的工藝過程中，使用哪種云母帶作為電機(jī)的主絕緣，才能使整體絕緣性能最優(yōu)化是問題的關(guān)鍵，故在此主要分析由以上兩種少膠粉云母帶組合而成的三種不同結(jié)構(gòu)絕緣體系的絕緣性能。由于玻璃布少膠粉云母帶的介電強(qiáng)度遠(yuǎn)小于聚酯薄膜少膠粉云母帶的介電強(qiáng)度，所以不將單純由玻璃布少膠粉云母帶構(gòu)成的絕緣體系列入驗證范圍。

1.1　聚酯薄膜少膠粉云母帶VPI絕緣體系

聚酯薄膜少膠粉云母帶采用介電強(qiáng)度高、吸濕性低的聚酯薄膜作為補(bǔ)強(qiáng)材料，提高整體絕緣的介電強(qiáng)度、增加其防潮性，為電機(jī)減薄絕緣提供基礎(chǔ)。此種絕緣體系為本文所討論的三種絕緣體系中理論電氣性能最優(yōu)的一種絕緣體系，但由于聚酯薄膜少膠粉云母帶拉伸強(qiáng)度低、滲透性低容易導(dǎo)致后續(xù)繞包云母帶出現(xiàn)斷裂和VPI浸漆不完全等問題造成絕緣內(nèi)部缺陷，所以此種絕緣體系對工藝保證能力相對要求較高。

1.2　聚酯薄膜少膠粉云母帶與玻璃布少膠粉云母帶混包VPI絕緣體系

由于單純由聚酯薄膜少膠粉云母帶組成的絕緣體系(以下簡稱厚少膠云母帶混包絕緣體系)，對繞包云母帶環(huán)節(jié)和VPI工藝保證能力相對要求較高，所以考慮增加一種拉伸強(qiáng)度高、滲透性比較好的玻璃布少膠粉云母帶，其與聚酯薄膜少膠粉云母帶進(jìn)行交叉疊包組成厚少膠云母帶混包絕緣體系來改善整體的拉伸強(qiáng)度和滲透性，放寬對工藝保證能力的要求，降低工藝波動對整體絕緣性能的影響，提高生產(chǎn)效率。

1.3　薄聚酯薄膜少膠粉云母帶與薄玻璃布少膠粉云母帶混包VPI絕緣體系

簡稱薄少膠云母帶混包絕緣體系。由于不同電壓等級對應(yīng)主絕緣厚度不同，對于厚少膠云母帶混包絕緣體系可能出現(xiàn)疊包奇數(shù)層的情況，在疊包最后一層的時候需要將整合云母帶改為單種云母帶，這將降低生產(chǎn)效率。薄少膠云母帶混包絕緣體系是在厚少膠云母帶混包絕緣體系的基礎(chǔ)上適當(dāng)減薄云母帶厚度以保證相同主絕緣厚度情況下疊包層數(shù)為偶數(shù)，避免最后一層更換云母帶的環(huán)節(jié)，提高生產(chǎn)效率。

2試驗數(shù)據(jù)及對比分析

為了驗證以上三種絕緣體系對工藝保證能力的受限程度，將其分別以6kV、10kV兩個電壓等級共做6組試驗，且每種絕緣體系中電壓等級的絕緣厚度應(yīng)保持一致。根據(jù)JB/T 50133《中型高壓電機(jī)少膠整浸線圈產(chǎn)品質(zhì)量分等》進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量水平評定，試驗數(shù)據(jù)及質(zhì)量等級見表2。

表2　試驗數(shù)據(jù)及產(chǎn)品質(zhì)量水平評定

2.1　從介質(zhì)損耗方面分析

介質(zhì)損耗是介質(zhì)中存在電流而產(chǎn)生的損耗。理想的絕緣介質(zhì)內(nèi)部沒有自由電荷，實際的電介質(zhì)內(nèi)部總是有少量的自由電荷存在，除此之外，電介質(zhì)中也存在著束縛電荷，在外電場的作用下束縛電荷的局部移動導(dǎo)致宏觀上顯示出電性，在電介質(zhì)表面和內(nèi)部不均勻的地方出現(xiàn)電荷，它們是造成電介質(zhì)漏電的原因。

電機(jī)的絕緣缺陷分為集中式缺陷和分布式缺陷，集中式缺陷指絕緣局部損傷、受潮、存在氣泡等一點或幾點缺陷，而分布式缺陷是指絕緣老化變質(zhì)、普遍受潮等整體缺陷。如果絕緣內(nèi)部的缺陷不是分布性的而是集中性的，則測試介質(zhì)損耗的方法就不是很靈敏，被試絕緣的體積越大就越不靈敏，而電機(jī)運行中的絕緣缺陷多是集中性的，且整體絕緣體積很大，測試介質(zhì)損耗的方法反應(yīng)絕緣缺陷的效果就很差，反之若介質(zhì)損耗超標(biāo)則意味著絕緣損壞比較嚴(yán)重，所以介質(zhì)損耗是否合格是判定電機(jī)絕緣是否完好的重要指標(biāo)。

2.1.1聚酯薄膜少膠粉云母帶VPI絕緣體系

6kV聚酯薄膜少膠粉云母帶VPI絕緣體系的0.2UN常態(tài)介損合格，而常態(tài)介損增量和每0.2UN間介損增量均不合格，是因為絕緣內(nèi)部存在云母帶斷裂、局部氣泡等絕緣缺陷，當(dāng)電壓較低時對介質(zhì)損耗沒有太大影響，當(dāng)電壓高于空氣起始電壓時空氣產(chǎn)生游離，導(dǎo)致極化電流上升介質(zhì)損耗急劇增加。這就驗證了聚酯薄膜少膠粉云母帶拉伸強(qiáng)度低導(dǎo)致在疊包云母帶的環(huán)節(jié)容易出現(xiàn)疊包不緊密、云母帶斷裂，滲透性低導(dǎo)致VPI浸漆環(huán)節(jié)壓力不夠使絕緣內(nèi)部存在過多氣泡，而10kV聚酯薄膜少膠粉云母帶VPI絕緣體系介損相關(guān)參數(shù)合格，更加說明此種絕緣體系更大程度的受限于工藝的波動性。

2.1.2少膠云母帶混包絕緣體系

后兩種絕緣體系均為少膠云母帶混包絕緣體系，區(qū)別只在于云母帶的厚度不同。這兩種絕緣體系在介質(zhì)損耗參數(shù)方面均合格，且質(zhì)量等級優(yōu)等率大致相同，薄少膠云母帶混包絕緣體系此參數(shù)的質(zhì)量等級優(yōu)等率高于厚少膠云母帶混包絕緣體系，也可說明在相同絕緣厚度情況下，雖然薄少膠云母帶混包絕緣體系比厚少膠云母帶混包絕緣體系疊包的層數(shù)多，生產(chǎn)過程中出現(xiàn)絕緣缺陷的可能性更大，但前者玻璃布少膠云母帶的含量略高，拉伸強(qiáng)度高、滲透性更好，可通過增加繞包云母的拉力和提高相對VPI浸漆壓力來彌補(bǔ)絕緣內(nèi)部容易存在缺陷的缺點。所以通過試驗數(shù)據(jù)可認(rèn)為薄少膠云母帶混包絕緣體系和厚少膠云母帶混包絕緣體系絕緣性能為同一等級，可根據(jù)不同的主絕緣厚度進(jìn)行選擇。

2.2　從擊穿試驗方面分析

絕緣被擊穿說明絕緣介質(zhì)中自由電荷過多導(dǎo)致絕緣介質(zhì)呈現(xiàn)導(dǎo)電性，使其失去絕緣能力，而擊穿電壓和擊穿場強(qiáng)的高低更直觀的體現(xiàn)了絕緣性能的強(qiáng)弱。聚酯薄膜少膠粉云母帶絕緣體系中6kV樣品的擊穿試驗數(shù)據(jù)合格，10kV樣品內(nèi)部存在缺陷導(dǎo)致?lián)舸╇妷翰缓细?，而其他兩種絕緣體系擊穿試驗方面數(shù)據(jù)均合格，這也說明了聚酯薄膜少膠粉云母帶絕緣體系對工藝的保證能力要求很高。

除此之外，聚酯薄膜少膠粉云母帶絕緣體系的擊穿電壓為68.18kV，混包云母帶絕緣體系的擊穿電壓為72.16kV。從圖1可以看出雖然聚酯薄膜少膠粉云母帶絕緣體系的擊穿電壓低但是損壞嚴(yán)重，這說明了若工藝保證能力不強(qiáng)，電機(jī)的使用工況越惡劣，聚酯薄膜少膠粉云母帶絕緣體系就越容易受損，存在很大的安全隱患。所以從擊穿試驗方面來看聚酯薄膜少膠粉云母帶絕緣體系的性能遠(yuǎn)不如其他兩種混包云母帶絕緣體系。

圖1　兩種云母帶擊穿電壓

3結(jié)語

通過以上試驗分析得出以下結(jié)論：三種絕緣體系中，聚酯薄膜少膠粉云母帶VPI絕緣體系理論絕緣性能最好，但需要成熟的工藝做支撐，否則適得其反，在工藝保證能力不是很成熟的條件下可選用聚酯薄膜少膠粉云母帶和玻璃布少膠粉云母帶混包而成的VPI絕緣體系，云母帶的厚度可根據(jù)實際主絕緣厚度和疊包云母帶環(huán)節(jié)工藝決定，對絕緣性能的影響可忽略。

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Contrastive Analysis on Less Resin Mica VPI Induction System

of High-Voltage Motor

LyuChaoshuai,ChenZhongyang,andCaoJiaran

(China Coal Technology Engineering Group Chongqing Research Institute, Chongqing 400000, China)

AbstractThis paper introduces three kinds of less resin mica VPI insulation systems for high-voltage motors. Quality grade of the product with these three kinds of insulation systems is evaluated by the test, and comparative analysis are made from aspects of dielectric loss and breakdown test separately. Priority of the three kinds of insulation systems are obtained by different technical assurance capabilities.

Key wordsHigh-voltage motor；insulation system；technical assurance capabilities

收稿日期：2015-09-21

作者簡介：呂朝帥男1986年生；畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)電氣工程及其自動化專業(yè)，現(xiàn)從事高壓電機(jī)的設(shè)計研發(fā)工作.

中圖分類號：TM303.4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1008-7281(2015)06-0037-004

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2015.06.12