高壓電機(jī)新型云母帶繞包線研究

1、高壓電機(jī)新型云母帶繞包線研究陸蕓（上海電機(jī)廠有限公司，上海 200240摘要:介紹了新型云母導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)和優(yōu)點(diǎn)，通過大量的試驗(yàn)論證了該導(dǎo)線的性 能和與絕緣系統(tǒng)的相容性。關(guān)鍵詞:匝問絕緣；云母導(dǎo)線1前言2004年，我公司引進(jìn)了日本T ME I C公司的技術(shù)。電機(jī)繞組的質(zhì)量是高壓電機(jī) 質(zhì)量的關(guān)鍵，其中，匝間絕緣質(zhì)量是繞組質(zhì)量的關(guān)鍵。匝間絕緣在實(shí)際運(yùn)行中常常要 承受峰值極高的瞬態(tài)過電壓沖擊，其值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于匝間正常工作電壓，對匝間絕緣威脅 極大。匝間絕緣相對較薄，制造中容易受機(jī)械損傷。匝間過電壓在繞組中分布極其 復(fù)雜，要從給定的電機(jī)結(jié)構(gòu)來計(jì)算它目前還沒找到規(guī)律。由于匝問質(zhì)量的重要性,1EC關(guān)于匝間耐沖擊電

2、壓標(biāo)準(zhǔn)最新版提出了更高的要求。要提高電機(jī)的可靠性，就要有高水平的匝間絕緣以利于提高電機(jī)的可靠性。但是可靠性和先進(jìn)性是一對矛盾。 一方面，要求增加匝間絕緣厚度，使之具有足夠抵抗越來越高的浪涌過電壓的襲擊 ，確 ?？煽啃裕涣硪环矫?，受到電機(jī)的槽形尺寸限制，不允許匝間絕緣厚度隨電壓增高按比 例增加。因此，在開發(fā)新型絕緣導(dǎo)線時(shí)必須兼顧兩者的平衡。2試驗(yàn)2.1 匝間絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般地說匝間絕緣受到的沖擊電壓，有來自外界的雷電波，也有來自電機(jī)的開關(guān) 過程。這類的過電壓的數(shù)值可以達(dá)到相電壓的 45倍，而且波頭時(shí)間很短，波頭很 陡。如果這過電壓是均勻分布的，則匝間電壓并不高。但由于沖擊波不是均勻分布 于各個(gè)線

3、圈的各個(gè)線匝，而是集中于首末線圈的首末線匝上，即有80%的波幅落在相 頭或相尾第一線圈的首匝或末匝。通過對國內(nèi)導(dǎo)線用云母帶的研究，決定采用上海新藝絕緣材料廠的薄膜云母帶 作為導(dǎo)線的絕緣材料。該薄膜云母帶技術(shù)指標(biāo)見表1。表1薄膜云母帶的技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目 5441-1P標(biāo)稱厚度/mm0.07厚度偏差平均值/mmt 0.01個(gè)別值/mmt 0.015總質(zhì)量/g m-2105 10云母含量/%> 50聚酯薄膜定量/g m-235 3膠粘劑J含量/%)< 15揮發(fā)物含量/%)< 1.0介電強(qiáng)度/MVm- 150拉伸強(qiáng)度/Nc m-1>302.2 云母導(dǎo)線的絕緣結(jié)構(gòu)根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，對于6

4、kV電機(jī)和10kV電機(jī)的絕緣導(dǎo)線采用如下結(jié)構(gòu)：6k V電機(jī)用薄膜云母導(dǎo)線由薄膜云母帶繞包 3層而成，云母帶的云母面緊貼導(dǎo) 線，薄膜朝外。10kV電機(jī)用薄膜云母導(dǎo)線由薄膜云母帶繞包 4層而成，云母帶的云母面緊貼導(dǎo) 線，薄膜朝外。2.3國產(chǎn)導(dǎo)線的技術(shù)要求及實(shí)測性能通過對國內(nèi)較有實(shí)力的電磁線廠協(xié)商，在A廠和B廠試制了以上兩種結(jié)構(gòu)的電 磁線,其技術(shù)要求和實(shí)測性能見表2、表3。2008.NO.2高壓電機(jī)新型云母帶繞包線研究表2 6kV電機(jī)導(dǎo)線的技術(shù)要求、實(shí)測性能序號項(xiàng) 目技術(shù)要求A廠實(shí)測性能B廠實(shí)測性能1外觀表面光潔、色澤正常云母帶繞包平整，搭接均勻，表面無缺陷云母帶繞包平整，搭接均勻,表面無缺陷2絕緣

5、厚度/mm0.380.420.410.420.410.42 4彎曲10a絕緣層不開裂絕緣層不 開裂絕緣層不開裂5彎曲10b絕緣層不開裂絕緣層不開裂絕緣層不開裂6彎曲6a絕緣層不開裂絕緣層不開裂絕緣層不開裂7彎曲6b絕緣層不開裂絕緣層不開裂絕緣層不開裂8熱沖性能6a,6b彎曲后180c 0.5h后冷至室溫，絕緣層不開裂絕緣層不開裂絕緣層不開裂9擊穿電壓/k V6a >4.57.17.27.2 6.710擊穿電壓/k V6b >4.55.85.96.0 4.8表3 10kV電機(jī)導(dǎo)線的技術(shù)要求、實(shí)測性能序號項(xiàng) 目技術(shù)要求A廠實(shí)測性能B廠實(shí)測性能1外觀表面光潔、色澤正常云母帶繞包平整，搭接

6、均勻，表面無缺陷云母帶繞包平整，搭接均勻,表面無缺陷2絕緣厚度/mm0.520.560.530.550.530.55 4彎曲10a絕緣層不開裂絕緣層不 開裂絕緣層不開裂5彎曲10b絕緣層不開裂絕緣層不開裂絕緣層不開裂6彎曲6a絕緣層不開裂絕緣層不開裂絕緣層不開裂7彎曲6b絕緣層不開裂絕緣層不開裂絕緣層不開裂8熱沖性能6a,6b彎曲的試樣，180C 0.5h后冷至室溫，絕緣層不開裂絕緣層不開裂絕緣層不開裂9 擊穿電壓/k V6a >68.87.98.5 7.4 10擊穿電壓/k V6b >66.96.36.0 5.82.4 模擬線棒試驗(yàn)2.4.1 線棒的制作將1.9mnm< 7

7、.1mm云母導(dǎo)線落料洪長度為1000mm。取落料好的云母線20 根，采用雙排10匝結(jié)構(gòu)，在兩排之間居中位置放置長度為 800mm的環(huán)氧玻璃坯布，然 后用粘帶固定，再熱壓成型。2.4.2 線棒匝間耐壓試驗(yàn)表4 6kV電機(jī)用導(dǎo)線的擊穿電壓和擊穿部位 kV序號擊穿值擊穿部位序號擊 穿值擊穿部位125直線部928直線部220分離處1024直線部328直線部1128直線部421靠近分離處1228直線部520分離處1328直線部627直線部1428直線部728直線部1528直線部828直線部1628直線部將制成的線棒端部分開，在分開處墊上聚芳纖維紙，以防在線匝分開時(shí)絕緣 受到損傷導(dǎo)致無效擊穿。在相鄰線匝施

8、加脈沖 (1.2/50峰值0.65 (4UN+5的沖擊電壓，全部通過。對以上線匝實(shí)施脈沖擊穿。 6k V電機(jī)用導(dǎo)線的擊穿 電壓及擊穿部位見表4,10k V電機(jī)用導(dǎo)線的脈沖擊穿電壓均大于 30k V(設(shè)備的最高 電壓。2.5 線圈試驗(yàn)電機(jī)運(yùn)行中，過電壓是直接加在繞組上的，電壓分布受侵入波形狀、繞組尺寸、 匝數(shù)及排列方式等多種因素影響，進(jìn)線端第一只線圈將受到最高的電應(yīng)力沖擊。實(shí) 際的匝間擊穿多發(fā)生在首尾線匝之間沿線匝周邊閃絡(luò)擊穿。在實(shí)際電機(jī)繞組中，整只線圈內(nèi)部線匝之間的擊穿水平除和基礎(chǔ)匝間絕緣水平相關(guān)外，還受到線匝周邊絕 緣狀態(tài)的影響。因此，要掌握匝間絕緣的水平，除掌握相鄰線匝之間的耐電壓上海大中

9、型電機(jī)2008.NO.2水平外，還必須掌握整只線圈的水平。結(jié)合電機(jī)實(shí)際生產(chǎn)情況，采用兩個(gè)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的電磁線制作了模擬線圈。2.5.1線圈的制作采用1.9mm X7.1mm的線規(guī)，按圖紙進(jìn)行繞線，線圈為雙排10匝梯形線圈結(jié)構(gòu)。匝問膠化材料采用0.21No mex上膠紙，墊在直線居中位置，用粘帶固定。匝間膠化完 成后，再將線圈按圖紙尺寸拉型，共制得28個(gè)線圈。2.5.2匝間耐壓試驗(yàn)2.5.2.1測 試情況對以上制彳的線圈，在線圈兩引線之間按JB /T 10098-2000標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行脈沖(1.2/50人細(xì)直0.65(4U N +5施加沖擊電壓，所有28個(gè)線圈全部通過。2.5.2.2匝問 擊穿電壓試驗(yàn)

10、將所有28個(gè)線圈在斜邊中間鋸開，分成4個(gè)部分，再將各個(gè)部分的端面導(dǎo)線分開 確保不損傷絕緣。在分開處墊上聚芳纖維紙，在相鄰匝間進(jìn)行工頻電壓的擊穿試驗(yàn)， 升壓速度1000V /s。 A廠兩種電磁線的各個(gè)部位的擊穿值見表 5(6k V、表6(10©k V 。 B廠兩種電磁線的各個(gè)部位的擊穿值見表7(6k V、表8(10k V表5 A廠6kV電磁線擊穿值kV種類A廠7只線圈直線+R部14個(gè)鼻部14個(gè)最大值15.820.0最小值9.09.9平均值12.714.3表6 A廠10kV電磁線擊穿值kV種類A廠7只線圈直線+R部14個(gè)鼻部14個(gè)最大值19.321.9最小值8.310.8平均值16.01

11、8.2表7 B廠6kV電磁線擊穿值kV種類B廠7只線圈直線+R部14個(gè)鼻部14個(gè)最大值14.016.3最小值7.79.8平均值9.312.4表8 B廠10kV電磁線擊穿值kV種類B廠7只線圈直線+R部14個(gè)鼻部14個(gè)最大值15.616.7最小值7.011.3平均值12.413.92.6 匝間絕緣與系統(tǒng)相容性的評估試驗(yàn) 2.6.1浸透性將以上兩廠各6只線圈按6kV規(guī)范和10k V規(guī)范包扎絕緣，線圈引出線部位用 自粘性硅橡膠帶封頭后進(jìn)行VP I浸漆。浸漆后剖開線圈絕緣，觀察導(dǎo)線絕緣材料的 浸透性。觀察結(jié)果表明12個(gè)線圈導(dǎo)線絕緣的云母帶層已浸透。表明導(dǎo)線絕緣的云 母帶浸透性良好 符合匝間絕緣結(jié)構(gòu)的設(shè)

12、計(jì)要求，實(shí)際情況見圖1、圖2。圖1 6k V導(dǎo)線浸漆后2008.No .2高壓電機(jī)新型云母帶繞包線研究|onun|產(chǎn):第遇 H11nd|l AH-*$f1453m4|KWNQipwu«r圖2 10k V導(dǎo)線浸漆后2.6.1 制作測試線棒將1.9mm >7.1mm云母導(dǎo)線落料，其長度為500mm。取落料好的云母線20根, 采用雙排10匝結(jié)構(gòu)，在兩排之間居中位置放置長度為 800mm的環(huán)氧玻璃坯布，然后 用粘帶固定。在150c左右進(jìn)行熱壓，熱壓時(shí)間20m in,自然冷卻后取出線棒pnbitMuv'cvirriKr VIgJipiRpriit 11MM)W5mi dim VE

13、 味VJ ICMMiMI1。用以上制成的線棒，在外面半疊包4層0.13mm X25mm厚的5442-1P玻璃粉 云母帶，在線棒中間200mm位置半疊包1層0.09mm X25mm厚的整浸低阻帶，再 經(jīng) S D1149絕緣漆V P I處理后測試性能如下。2.6.2.1電壓-tan6特性（見圖3圖3 電壓-tan6曲線2.6.2.2溫度-tan6特性（見圖4圖4 溫度-tan特性（下轉(zhuǎn)第47頁上海大中型電機(jī)2008.No .2=1.08 106N;的具有斜度的錐形它在運(yùn)行中產(chǎn)生了軸向電磁力。電動機(jī)兩側(cè)軸承均是單列向 心軸承，受軸向力能力較差。此軸向力易引起軸承的損壞。同時(shí)由于定轉(zhuǎn)子氣隙不 均勻,工

14、作中產(chǎn)生渦流損耗，造成電機(jī)發(fā)熱與振動嚴(yán)重。圖2電磁力分解示意從圖2中可以看出：無錐度的轉(zhuǎn)子和定子間產(chǎn)生的電磁力是垂直于轉(zhuǎn)子表 面，形成轉(zhuǎn)矩；而有錐度的轉(zhuǎn)子和定子間產(chǎn)生的電磁力是垂直于轉(zhuǎn)子表面，但與轉(zhuǎn)動中心軸線有夾角，垂直于轉(zhuǎn)動中心的分量形成轉(zhuǎn)矩。而平行于轉(zhuǎn)動中心軸線的分量也 是損壞負(fù)載側(cè)軸承的原因之一。4處理辦法鑒于以上兩種原因，導(dǎo)致此風(fēng)機(jī)電機(jī)兩次掃膛事故發(fā)生。徹底的解決方法是：將轉(zhuǎn)定子鐵心拆散后，重新浸絕緣漆、排序、疊壓，將已磨損處的硅鋼片打亂原來的秩 序進(jìn)行重新排列使其分散于整個(gè)長度，不形成某一處的錐度。由此可同時(shí)解決渦流發(fā)熱和錐度產(chǎn)生軸向力的問 題。但抽軸和疊壓矽鋼片至少需要 100t以

15、上的沖壓設(shè)備修理費(fèi)用昂貴，不如購置新 機(jī)。在生產(chǎn)實(shí)際當(dāng)中，解決該問題最經(jīng)濟(jì)有效的辦法是：（1兩半聯(lián)軸器之間間隙 必 須大于最大熱膨脹量£值0.48mm,一般預(yù)留0.51mm間隙為宜，以防止產(chǎn)生軸向熱膨脹應(yīng)力而損壞電 機(jī)軸承;（2在負(fù)荷側(cè)將原軸承更換為止推軸承，可承受一定軸向電磁力（Nto（3將電機(jī)轉(zhuǎn)子軸進(jìn)行倒置，與軸承箱重新找正安裝；（4確保油泵、冷卻裝置等附 屬設(shè)備的正常工作，加強(qiáng)電機(jī)監(jiān)護(hù)運(yùn)行，以提高該臺機(jī)組的最大利用率。5結(jié)語從此電動機(jī)在修理使用過程中，根據(jù)故障機(jī)理作一些簡單的處理，雖不能從根本 上徹底解決問題，但基本可以滿足生產(chǎn)的需要。參考文獻(xiàn)1李貞權(quán).維修電工技師手冊M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1999.2朱孝錄.機(jī)械傳動設(shè)計(jì)手冊M.北京:電子工業(yè)出版社，2007.（上接第42頁2.6.2.3熱老化試驗(yàn)線棒一共20根初始狀態(tài)熱老化時(shí)間40天80天120天平均擊穿電壓/k V63.555.3954.0650.01 2.6.2.4電老化試驗(yàn)20k V電壓下5點(diǎn)的電老化壽命為225、288、468、474、481h,中值點(diǎn)為468h。15k V電壓下的電老化試驗(yàn)已進(jìn)行了 12000多小時(shí),5根線棒均沒有擊穿。2.6.2 測試結(jié)果通過以上測試表明該導(dǎo)線的使用與整個(gè)體系的相容性良好，完全滿足匝間絕緣 設(shè)計(jì)的要