高壓電機(jī)少膠云母帶配套用VPI浸漬樹(shù)脂的研制

1、絕緣材料 2004No. 27高壓電機(jī)少膠云母帶配套用 VPI 浸漬樹(shù)脂的研制蔡巨敏 1, 張秀麗 1, 周 健2(1. 哈爾濱慶緣電工材料股份有限公司 , 黑龍江哈爾濱 150040;2. 桂林電器科學(xué)研究所 , 廣西桂林541004摘要 :通過(guò)優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)和封端技術(shù)制備了 H9110不飽和聚酯亞胺無(wú)溶劑浸漬樹(shù)脂 , 研究了合成路線、 制造工藝、 常規(guī)性能 和老化試驗(yàn) , 并將其與國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品進(jìn)行綜合比較 ; 結(jié)果表明 , 該浸漬樹(shù)脂低溫快固化、 成本較低、 性能良好 , 能夠滿足高 壓電機(jī)少膠云母帶配套 VPI 絕緣結(jié)構(gòu)的性能及工藝要求。 關(guān)鍵詞 :高壓電機(jī) ; 少膠 VPI 工藝 ;

2、浸漬樹(shù)脂 ; 不飽和聚酯亞胺 中圖分類號(hào) :TM215. 41; TQ323. 42文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A文章編號(hào) :1009-9239(2004 0007-04Research and p re p aration of VPI resinfor dr y mica ta p e for hi g h_voltag e motorsCAI Ju _min 1, ZHANG Xiu _li 1, ZHOU Jian2(1.Harbin Qin g Y uan Electrical Material Stock Co. , Ltd, Harbin 150040, China; 2. Guilin El

3、ectrical E q ui p ment Scienti f ic Research Institute, Guilin 541004, ChinaAbstract :The compositing route, manufacturing process, routine perform ances and ageing tests of H9110unsaturated polyester _imideimpregnating resin are introduced. Compared com prehensively with that of the similar p roduc

4、ts of China and abroad and the results show that the im p re g natin g resin has ver y g ood p erformances, can be cured q uickl y at lower tem p erature, has a lower cost and can meet the technical re q uirements of VPI insulation for dr y mica ta p e for hi g h _voltag e motors.Ke y words :hi g h

5、_voltag e motor; dr y mica ta p e; im p re g natin g resin; unsaturated p ol y ester _imide收稿日期 :2003-01-25作者簡(jiǎn)介 :蔡巨敏 , 男 , 油漆分廠廠長(zhǎng) , 主要從事絕緣油漆的開(kāi)發(fā)研 究 及管理工作 。論文聯(lián)系人 :周健 (Tel。1前 言目前真空壓力浸漬 (簡(jiǎn)稱 VPI 作為最先進(jìn)的絕 緣處理技術(shù)之一 , 在國(guó)外高、 低壓電機(jī)領(lǐng)域都已得到 廣泛應(yīng)用。 我國(guó) VPI 技術(shù)起步雖早 , 但進(jìn)步很慢 , 尤其 是高壓電機(jī)少膠 VPI 絕緣技術(shù)發(fā)展更慢。 隨著我國(guó)加 入

6、 WTO, 國(guó)內(nèi)少膠 VPI 技術(shù)應(yīng)用發(fā)展迅速 , 每年都有 數(shù)家電機(jī)廠加入這一行列。 這對(duì)少膠 VPI 絕緣使用的 關(guān)鍵材料提出了更多、 更嚴(yán)格的要求。作為少膠 VPI 絕緣最關(guān)鍵的材料之一 少膠 VPI 浸漬樹(shù)脂 , 國(guó)內(nèi) 多年來(lái) , 一直以環(huán)氧樹(shù)脂體系為主導(dǎo) , 隨著瑞士依索 拉公司進(jìn)入中國(guó) , 3308不飽和聚酯亞胺少膠 VPI 浸漬 樹(shù)脂展現(xiàn)在人們面前 , 其優(yōu)異的性能、 穩(wěn)定的貯存期 和低溫快固化的特點(diǎn) , 促使人們開(kāi)始研制新型少膠 VPI 浸漬樹(shù)脂。2試驗(yàn)部分 2. 1主要原材料185樹(shù)脂 :自制 152樹(shù)脂 :自制 210樹(shù)脂 :自制 苯乙烯 :工業(yè)品 過(guò)氧化二異丙烯 :工業(yè)品

7、對(duì)苯二酚 :試劑 穩(wěn)定劑 :試劑2. 2合成工藝按配方量加入 185樹(shù)脂和 152樹(shù)脂 , 在催化劑作 用下 , 嚴(yán)格按照給定工藝參數(shù)反應(yīng)至終點(diǎn)。加入 210樹(shù)脂進(jìn)行封端反應(yīng)。降溫加入對(duì)苯二酚 , 在溫度低于 80 時(shí) , 用苯乙烯稀釋 , 然后加入其余助劑 , 在適當(dāng)溫 度下攪拌均勻并過(guò)濾包裝 , 即得 H9110不飽和聚酯亞 胺無(wú)溶劑浸漬樹(shù)脂。蔡巨敏等 :高壓電機(jī)少膠云母帶配套用 VPI 浸漬樹(shù)脂的研制8絕緣材料 2004No. 23結(jié)果與討論3. 1H9110浸漬樹(shù)脂的常規(guī)性能此項(xiàng)試驗(yàn)由機(jī)械工業(yè)電工材料產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢 測(cè)中心完成 , 如表 1所示。試驗(yàn)結(jié)果表明 , H9110浸 漬樹(shù)脂的

8、貯存穩(wěn)定性和介質(zhì)損耗因數(shù)能夠滿足高壓 電機(jī)少膠 VPI 浸漬樹(shù)脂的要求 ; 而厚層固化性和粘 結(jié)力完全達(dá)到絕緣漆標(biāo)準(zhǔn)的要求。表 1H9110浸漬樹(shù)脂的常規(guī)性能序號(hào) 試驗(yàn)項(xiàng) 目 合 格標(biāo)準(zhǔn)值 試 驗(yàn)結(jié)果 1粘度 (23 1 ; 4號(hào)杯式粘度計(jì) , s 354037 2膠凝時(shí)間 (135 1 , min 8 39. 0 3密閉容器中的貯存穩(wěn)定 性 (60 2 , 96h 粘度增大不大于 0. 8倍 0. 01倍 4厚層固化性 (150 2 , 2h 不次于 S 1、 U1、 I3. 2均勻 S 1、 U1、 I2. 1均勻 5體積電阻率 (23 2 , m 1. 0 10121. 8 1014 6

9、電氣強(qiáng)度 (快速升壓方式 :23 2 , MV /m 2023. 6 7介質(zhì)損耗因數(shù)23 2 0. 016. 2 10-3 155 2 0. 032. 6 10-2 8密度 (23 2 , g /cm31. 05 0. 0031. 053 9粘結(jié)力 (線束法 , 23 2 , N 1152蔡巨敏等 :高壓電機(jī)少膠云母帶配套用 VPI 浸漬樹(shù)脂的研制3. 2溫度對(duì)粘度的影響粘度是決定浸漬樹(shù)脂流動(dòng)性和滲透性的主要因 素。 圖 1為 H9110浸漬樹(shù)脂的粘度隨 溫度的變化曲線。圖 1粘度 -溫度變化曲線從圖 1可知 , H9110浸漬樹(shù)脂的粘度隨溫度升高 而大幅度 下降 , 具有 良好的粘度溫度特性

10、 , 用其浸漬電 機(jī)繞組 , 滲透 性、 填充性優(yōu)異 。3. 3溫度對(duì)膠化時(shí)間的影響膠化時(shí)間是確定烘焙工藝參數(shù)的主要依據(jù)之一 , 圖 2為 H9110浸漬樹(shù)脂的膠化時(shí)間隨溫度的變化曲 線。從圖 2可知 , H9110浸漬樹(shù)脂的膠化時(shí)間隨溫度 升高而大幅度縮短 , 具有良好的膠化時(shí)間溫度特性。 在 150 時(shí)的膠化時(shí)間僅為 3min, 因而在高溫烘 焙 時(shí) , 樹(shù)脂的流失量小 , 線圈有較高的掛漆量、 絕緣飽 滿。確保了高壓電機(jī)少膠 VPI 絕緣結(jié)構(gòu)的樹(shù)脂含量 , 使其具有優(yōu)異的整體性。圖 2膠化時(shí)間隨溫度變化曲線3. 4貯存穩(wěn)定性試驗(yàn)3. 4. 1閉口貯存試驗(yàn)閉口貯存條件 :30天 /40 ,

11、 4天 /60 , 4號(hào)杯粘 度試驗(yàn)結(jié)果如表 2 所示。絕緣材料 2004No. 29蔡巨敏等 :高壓電機(jī)少膠云母帶配套用 VPI 浸漬樹(shù)脂的研制表 2閉口貯存試驗(yàn)結(jié)果貯存條件 貯存前粘度s貯存 后粘度s粘度增長(zhǎng)倍數(shù)外 觀30天 (40 37450. 22均勻 透明 4天 (60 3737. 40. 01均勻 透明從表 2可知 , 在閉口貯存條件下 , H9110浸漬樹(shù) 脂的粘度增長(zhǎng)十分緩慢 , 貯存穩(wěn)定性良好。3. 4. 2室溫貯存試驗(yàn)H9110浸漬樹(shù)脂在室溫下存放一年后 , 其 4號(hào)杯 粘度和膠化時(shí)間的變化情況如表 3所示。表 3室溫貯存試驗(yàn)結(jié)果測(cè)試時(shí)間 粘 度s粘度 增長(zhǎng)倍 數(shù)凝膠時(shí)間m

12、in外觀1999. 6. 536 10均勻透明 2000. 6. 6400. 117均勻透明結(jié)果表明 , H9110浸漬樹(shù)脂在室溫下存放一年后 , 其粘度和膠化時(shí)間變化很小 , 具有良好的貯存穩(wěn)定 性。實(shí)際使用時(shí) , 還采取定期補(bǔ)加新樹(shù)脂和阻聚劑的 方法 , 使其可以無(wú)限期使用 , 完全滿足了 VPI 浸漬樹(shù) 脂的基本要求。4絕緣結(jié)構(gòu)的老化試驗(yàn)4. 1試 樣H9110不 飽 和 聚 酯 亞 胺 無(wú) 溶 劑 浸 漬 樹(shù) 脂 和 9547-1單面玻璃布補(bǔ)強(qiáng)少膠粉云母帶 , 兩者均為哈 爾濱慶緣電工材料股份有限公司研制生產(chǎn)。全固化低阻防暈帶和半固化高阻防暈帶為 Isola 生產(chǎn)。4. 2線棒常態(tài)和熱

13、電老化試驗(yàn)試驗(yàn)方法 :參照美國(guó) GE 公司標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)溫度 :常態(tài)電老化為室溫 ; 熱電老化為 120 試驗(yàn)場(chǎng)強(qiáng) :10MV/m; 施加電壓 :25kV表 4常態(tài) 、 熱電老化試驗(yàn)結(jié)果線棒號(hào) 4042405740784040B274012221B120543B55347電壽命 , h 234843918>918>9185358559541098>1098>1098>1098備注 常態(tài)電老化 熱電老化電老化試驗(yàn)由桂林電器科學(xué)研究所完成。 試驗(yàn)結(jié) 果是常態(tài)電老化中值壽命大于 900h, 熱電老化中值 壽命大于 1000h, 按照中型高壓電機(jī)整浸線圈質(zhì)量分 等標(biāo)準(zhǔn) JB/T

14、B/50133-1999, 達(dá)到一等品水平。 表明該 絕緣結(jié)構(gòu)可以滿足 10kV 高壓電機(jī)的絕緣要求。5應(yīng)用情況哈爾濱慶緣電工材料股份有限公司研制生產(chǎn)的 H9110不飽和 聚酯亞胺無(wú)溶 劑浸漬樹(shù)脂與 9547-1 單面玻璃布補(bǔ)強(qiáng)少膠粉云母帶 (粘合樹(shù)脂是 H9110不 飽和聚酯亞胺無(wú)溶劑浸漬樹(shù)脂的漆基 配合構(gòu)成新型 主絕緣結(jié)構(gòu)的應(yīng)用試驗(yàn) , 由北京畢捷電機(jī)股份有限公 司、 濟(jì)南發(fā)電設(shè)備廠和南京汽輪電機(jī)集團(tuán)有限責(zé)任公 司分別完成。5. 1北京畢捷電機(jī)股份有限公司的應(yīng)用試驗(yàn) 北京畢捷電機(jī)股份有限公司的應(yīng)用試驗(yàn)結(jié)果如 表 5所示。應(yīng)用試驗(yàn)結(jié)果表明 , H9110浸漬樹(shù)脂與 9547-1少膠粉云母帶的

15、相容性良好 , 制得的主絕緣具有較 好 的電氣絕 緣性能。 用該漆所 制的兩 臺(tái) Y3557-6 (250kW, 6kV 和兩臺(tái) Y4501-4(355kW, 10kV 電機(jī) , 均 通過(guò)出廠質(zhì)量檢測(cè) , 各項(xiàng)指標(biāo)合格。表 5試驗(yàn)線圈的電氣性能線圈編號(hào)室溫 tan , %155 tan , %擊穿 電壓kV 0. 2Un 0. 4Un 0. 6Un 0. 8Un 1. 0Un tan 0. 4Un 0. 6Un10. 720. 760. 791. 502. 700. 0355. 005. 2050 20. 750. 820. 841. 102. 240. 0955. 005. 0550 30.

16、 80 0. 901. 031. 600. 0504. 935. 034810絕緣材料 2004No. 2蔡巨敏等 :高壓電機(jī)少膠云母帶配套用 VPI 浸漬樹(shù)脂的研制5. 2濟(jì)南發(fā)電設(shè)備廠的應(yīng)用試驗(yàn)濟(jì)南發(fā)電設(shè)備廠的應(yīng)用試驗(yàn)如表 6和表 7所示 , 可以看出常態(tài) tan 、 tan , 每 0. 2Un tan 都達(dá)到優(yōu) 等品水平。手包線圈的擊穿電壓為 1#58. 5kV 、 50. 5kV; 2# 59. 0kV 、 49. 5kV 。 按照 JB/T 50133-1999中型高壓電 機(jī)少膠整浸線圈質(zhì)量分等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 , 6kV 級(jí)線圈瞬時(shí) 工頻擊穿電壓值 42kV, 所以可達(dá)到優(yōu)等品和一等品

17、水平。濟(jì)南發(fā)電設(shè)備廠少膠 VPI 絕緣系統(tǒng) , 6kV 電機(jī)主 絕緣單邊厚度為 1. 7mm, 10kV 電機(jī)主絕緣單邊厚度 為 2. 7mm, 比同電壓等級(jí)的多膠模壓結(jié)構(gòu)主絕緣減薄 了 20%, 這樣在功率不變的情況下 , 可以減小電機(jī)體 積和節(jié)省原材料 ; 在體積不變的情況下 , 可以增加效 率 , 降低生產(chǎn)成本 , 同時(shí)由于提高了定子的導(dǎo)熱性 , 從 而降低了運(yùn)行溫升 , 減弱了絕緣老化程度 , 從而提高 了電機(jī)的運(yùn)行壽命。到目前為止 , 使用 H9110浸漬樹(shù) 脂和 9547-1少膠粉云母帶 , 共計(jì)生產(chǎn)了 6kV 和 10kV 電機(jī)二百多臺(tái) , 全部達(dá)到 JB/T 7593-94標(biāo)準(zhǔn)

18、要求。 同 選用國(guó)外絕緣結(jié)構(gòu)相比 , 節(jié)省了幾十萬(wàn)元資金。表 6常態(tài)介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)試值線 圈 0. 2Un, %0. 4Un, %0. 6Un, %0. 8Un , %1. 0Un, % tan , %11. 11. 41. 411. 542. 00. 155每 0. 2Un tan 0. 30. 010. 130. 4621. 01. 111. 31. 31. 630. 15每 0. 2Un tan 0. 110. 1900. 33表 76kV 電機(jī)線圈介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)試值tan 0. 2Un , %0. 4U n, %0. 6Un, %0. 8Un, %1. 0Un, %標(biāo) 準(zhǔn) , %合格 一等 優(yōu)等常態(tài) 0. 8 0. 91. 031. 6 3. 0 2. 0 1. 5 tan 0. 05 0. 6 0. 4 0. 25每 0. 2Un tan 0. 130. 57 1. 0 0. 8 0. 5熱態(tài) 5. 05. 2 20 15 85. 3南京汽輪電機(jī)集團(tuán)有限責(zé)任公司的應(yīng)用試驗(yàn)電機(jī)型號(hào) :TK280-10/990, 280kW, 6kV; 單邊絕緣厚度約 1. 6mm, 9臺(tái) ; JY3-450-4, 355kW, 10kV;單邊絕緣厚度約 2. 5mm, 10臺(tái)。試驗(yàn)結(jié)果如表 8所示 , 可以看出 , 電機(jī)溫升很低。 H9110浸