張影

【摘 要】發(fā)電機(jī)定子線棒主絕緣性能決定了電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。目前世界上有兩種定子線棒的主絕緣體系，分別為多膠模壓體系和少膠VPI體系，我國(guó)的發(fā)電設(shè)備制造企業(yè)從上個(gè)世紀(jì)60年代起開始研究主絕緣多膠模壓絕緣技術(shù)，實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和科研試驗(yàn)及可靠性試驗(yàn)證明，多膠模壓絕緣與少膠VPI絕緣一樣，都具有優(yōu)異的性能，可保證發(fā)電機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文對(duì)發(fā)電機(jī)定子線棒主絕緣體系、主絕緣材料、主絕緣材料的檢驗(yàn)以及主絕緣的電氣性能試驗(yàn)做了分析介紹。

【關(guān)鍵詞】定子線棒 主絕緣 多膠模壓體系 少膠VPI體系

1概述

大型發(fā)電機(jī)定子線棒主絕緣是發(fā)電機(jī)和高壓大電機(jī)絕緣系統(tǒng)中最重要的部分 ， 它直接影響電機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) ， 也在很大程度上決定了電機(jī)的運(yùn)行可靠性和使用壽命。云母帶等主絕緣材料是定子主絕緣的基礎(chǔ) ， 在一定程度上材料的水平?jīng)Q定了定子主絕緣的水平。隨著發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的增大，額定電壓的提高，對(duì)于云母帶等主絕緣材料要求更高。

2 研究現(xiàn)狀

目前世界上高壓電機(jī)定子線棒主絕緣系統(tǒng)歸納起來(lái)可分為兩大技術(shù)體系，一種是少膠粉云母帶真空壓力浸漬的少膠絕緣體系。 一種是環(huán)氧多膠粉云母帶模壓（或液壓）連續(xù)式絕緣體系。少膠云母帶真空壓力浸漬（VPI）體系制造的定子線棒主絕緣材料是采用環(huán)氧膠粘劑或不飽和聚酯亞胺樹脂膠粘劑等粘合生云母紙和補(bǔ)強(qiáng)材料而成；環(huán)氧多膠粉云母帶模壓（液壓）體系制造的定子線棒主絕緣體系是以熟云母紙為基材，采用環(huán)氧膠粘劑粘合熟云母紙和補(bǔ)強(qiáng)材料而成。還有一些派生出來(lái)的主絕緣材料，其一是介于少膠和多膠之間的中膠粉云母帶，它主要通過(guò)真空壓力浸漬工藝應(yīng)用于高壓電機(jī)中，歸屬于真空壓力浸漬絕緣體系；還有三合一粉云母帶等特殊的主絕緣材料等，這些歸屬于多膠模壓絕緣系統(tǒng)。

云母帶材料主要由 3 部分組成 ： 云母材料、 補(bǔ)強(qiáng)材料和膠粘劑。白云母具有很高的電絕緣性能和較低的介電損耗角正切、抗電弧和耐電暈等特性，又具有力學(xué)性能高、耐高溫及耐腐蝕等物理化學(xué)性能，又能分剝成具有彈性的透明薄片。金云母電性能僅次于白云母，但耐熱性較好，是良好的耐熱絕緣材料。

粘合劑在云母制品中起著將片云母或粉云母紙粘接在補(bǔ)強(qiáng)材料上，使之成為一個(gè)整體的作用。粘合劑除決定云母帶的電氣力學(xué)性能之外，還是決定云母制品耐熱等級(jí)的重要因素。

云母帶用膠粘劑在經(jīng)歷了以天然樹脂蟲膠和瀝青之后目前云母帶材料大都采用環(huán)氧樹脂作為膠粘劑的主體成份，主要因?yàn)榄h(huán)氧樹脂固化后粘結(jié)性好 ， 固化收縮率小 ， 并且具有良好的電氣、 機(jī)械性能和耐潮性耐化學(xué)性。 環(huán)氧桐油酸酐膠是20世紀(jì)60年代初我國(guó)用于幾個(gè)材料廠家聯(lián)合研制的B級(jí)粉云母帶，用于大型發(fā)電機(jī)主絕緣，開始了粉云母代替片云母，B級(jí)主絕緣代替A級(jí)主絕緣。TOA（桐油酸酐）易于吸水而使得制造的定子線圈出現(xiàn)發(fā)空。

云母帶用補(bǔ)強(qiáng)材料主要有云母帶紙、絲綢、無(wú)堿玻璃布和薄膜。云母帶補(bǔ)強(qiáng)材料一般采用電工用無(wú)堿玻璃布。補(bǔ)強(qiáng)材料提高了云母帶的機(jī)械強(qiáng)度 ， 使其能夠承受包扎過(guò)程中較大的張力 ， 避免云母帶受到大的損傷，同時(shí)它也成為固化后絕緣的骨架。

我國(guó)建國(guó)后時(shí)定子線圈主絕緣使用的材料是黑絕緣（瀝青片云母絕緣）。這種絕緣為熱塑性材料，由前蘇聯(lián)引進(jìn)，污染重、質(zhì)量差。此外，由于國(guó)內(nèi)白云母片匱乏，需從印度進(jìn)口，消耗大量外匯，由于當(dāng)時(shí)國(guó)家困難，必須開發(fā)新的主絕緣材料。

國(guó)內(nèi)從 60 年代初開始進(jìn)行環(huán)氧粉云母絕緣的開發(fā)研究 ， 在很短的時(shí)間內(nèi)就研制了以雙酚 A 環(huán)氧樹脂為主體 ， 桐油酸酐為固化劑的云母帶材料，并進(jìn)行了全面的應(yīng)用試驗(yàn)。 80 年代中后期開發(fā)研制的桐馬絕緣，以其較高的機(jī)械、電氣和熱性能及良好的工藝性， 受到了國(guó)內(nèi)各方面的關(guān)注 ， 迅速得到推廣應(yīng)用。

3 材料檢驗(yàn)

多膠模壓主絕緣技術(shù)的關(guān)鍵是多膠主絕緣材料，而材料的性能檢驗(yàn)又是保證多膠模壓主絕緣材料的關(guān)鍵，材料性能檢驗(yàn)是保證多膠模壓主絕緣材料質(zhì)量的關(guān)鍵手段。從原理來(lái)分類，多膠模壓主絕緣材料檢驗(yàn)分為絕緣材料理化性能檢驗(yàn)，絕緣材料機(jī)械性能檢驗(yàn)，絕緣材料電性能檢驗(yàn)，其中理化性能檢驗(yàn)又包括揮發(fā)物含量、云母含量、膠含量、粘度、固體量等參數(shù)；電性能檢驗(yàn)包括擊穿強(qiáng)度、介質(zhì)損耗因數(shù)、表面電阻率和體積電阻率等參數(shù)。

4 電氣性能試驗(yàn)

眾所周知，絕緣性能試驗(yàn)仍是研究大型發(fā)電機(jī)多膠主絕緣質(zhì)量的重要手段，通常使用以典型的電氣性能試驗(yàn)對(duì)多膠主絕緣的性能進(jìn)行檢驗(yàn)，也可以使用其他的方法，如疲勞試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。

4.1 疲勞試驗(yàn)方法

采用三點(diǎn)或者四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)法進(jìn)行試驗(yàn)，關(guān)鍵在于應(yīng)變片的粘貼。引伸計(jì)和應(yīng)變片是位移、撓度、形變測(cè)試常用的傳感器，為有效感知絕緣表面的微觀變化及內(nèi)部分層情況，本項(xiàng)試驗(yàn)中使用應(yīng)變片作為表面狀況的測(cè)量傳感器。在試驗(yàn)開始前需要將應(yīng)變片粘貼到試驗(yàn)線棒的中點(diǎn)表面。

應(yīng)變片粘貼的是否牢固以及與焊接點(diǎn)接觸電阻的大小都將對(duì)試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果產(chǎn)生影響，必須保證在粘合涂層盡量薄的前提下將應(yīng)變片牢固的粘貼到絕緣表面上，同時(shí)不能使應(yīng)變片引腳沾有膠質(zhì)材料，保證在標(biāo)定時(shí)的總電阻值（包含應(yīng)變片珊格電阻）與標(biāo)準(zhǔn)電阻的差值在50Ω以內(nèi)。具體流程包括量取應(yīng)變片的粘貼位置（線棒的中點(diǎn)），并用鉛筆進(jìn)行位置標(biāo)記；在粘貼位置表面薄薄的噴涂酒精，用砂紙進(jìn)行緩慢磨蝕，直至表面平整；用紗布及脫脂棉簽沿一個(gè)方向擦拭待粘貼的表面；用小鉗子將應(yīng)變片及引線片小心的從聚酯薄膜中取出，并放置（粘貼面朝上并需擺正）在酒精擦拭過(guò)的載玻片上；將膠粘劑以極薄的方式涂刷到應(yīng)變片及引線片的表面上，并干燥1min后，用紗布將應(yīng)變片及引線片按壓到試驗(yàn)線棒表面，并用手指按壓5min以上；小心焊接應(yīng)變片引腳與引出片，引出片與連接線。

4.2 電暈與防暈區(qū)監(jiān)測(cè)

主絕緣在包至成線棒后的溫度測(cè)量也是一個(gè)關(guān)鍵步驟，可以使用紅外測(cè)溫技術(shù)在電氣性能試驗(yàn)，如耐電壓試驗(yàn)和起暈試驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行檢測(cè)，在耐電壓試驗(yàn)和電暈試驗(yàn)過(guò)程中，定子線圈主絕緣及放電暈系統(tǒng)的端部將發(fā)熱，并可能發(fā)生過(guò)熱現(xiàn)象，可以使用紅外熱像儀觀測(cè)耐電壓試驗(yàn)和起暈試驗(yàn)中定子線圈的溫度，由于具有十分完善的后處理功能，可以實(shí)時(shí)顯示被測(cè)部位的溫度分布。除此之外，由于光線具有耐腐蝕、電絕緣、不受電磁干擾的特點(diǎn)，在高壓電機(jī)絕緣測(cè)試領(lǐng)域?qū)⒕哂蟹浅V泛的應(yīng)用前景。目前許多的高壓多膠模壓主絕緣測(cè)試設(shè)備都是應(yīng)用光纖遠(yuǎn)傳技術(shù)從高壓側(cè)提取信號(hào)進(jìn)行接地試品高壓端測(cè)試。