CN101854090A - 适用于高压电机的减薄绝缘结构及绝缘处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于高压电机的减薄绝缘结构及其绝缘处理方法，包括绕包在电磁线圈(1)外的若干层少胶云母带(2)，其特征在于所述少胶云母带绕包后使用真空压力浸渍树脂真空浸渍处理，经烘培固化后形成绝缘厚度减薄的绝缘结构。该绝缘结构的击穿电压合格，常态介损、热态介损和介损增量均达到优等，电气强度达到优等。

Description

适用于高压电机的减薄绝缘结构及绝缘处理方法

技术领域

本发明属于电机绝缘技术领域，具体涉及一种适用于高压电机的减薄绝缘结构及其绝缘处理方法。

背景技术

为了电机可靠运行，需要在带电部件之间需要用绝缘材料加以隔绝，而绝缘材料的使用寿命与其材料本身的绝缘等级及使用温度有很大的关系。电机作为一个能量或信号转换元件，在运转过程中本身存在着能量损耗，有部分能量损耗造成自身温度升高。高压电机有发电机和电动机之分，随着发电容量增加发电机越造越大，对发电机技术要求也越来越高，大容量发电机的技术发展也带动了电动机技术发展。电机的产生虽有一百余年历史，但基本结构未显著变化，仅仅是冷却和绝缘技术进行改进。电机的寿命主要取决于绝缘的寿命。而且，大电机绝缘处理以VPI技术最为先进，技术含量很高，尽管如此电机VPI绝缘部分仍然很脆弱的，它的事故率约占电机事故率的30％以上。

在电机中有许多种绝缘材料，最重要的是大型高压电机定子绕组导体的对地绝缘，又称主绝缘。其性能取决于绝缘部分的材料性能、绝缘结构和制造工艺等方面。大电机绝缘技术的改进目前主要在主绝缘厚度和绕组固定这两个方面。电机在运行时产生的各种损耗转变成热使电机温升变大，绝缘材料都有规定的极限使用温度，超过了会加速绝缘老化，缩短使用寿命。例如，A级绝缘的使用极限温度为105℃，每超过极限温度8℃，绝缘的使用寿命就会减少一半，因此高压电机在保证绝缘安全可靠运行的前提下，如何降低电机运行中的温升，延长电机使用寿命，一直是电机制造、使用领域所面临的重大研究课题。

减薄主绝缘厚度可以提高主绝缘散热能力，降低电机温升，减少铜导线附近绝缘的因温升造成的老化。因此减薄绝缘厚度可以解决绝缘结构的散热，降低过热对绝缘材料的老化损坏。减薄绝缘厚度可以增加槽利用率，在同样的温升下缩小电机尺寸，铜耗和机械能耗减少。根据日本东芝公司的研究结果表明，绝缘的工作场强提高30％(即减薄绝缘厚度约20-30％)，电机的槽利用率提高17％-25％，效率增加0.1-0.3％，温升下降3-8K，重量减轻5-15％。可见，减薄主绝缘厚度能够大大降低电机制造成本，减小电机体积，解决运输、安装等一系列的问题。然而目前国内高压电机的绝缘厚度与国际先进水平有较大差距，现有技术6KV级绝缘层数为6层，绝缘厚度为1.60mm；10KV级绝缘层数为9～10层，绝缘厚度为2.40mm～2.60mm。本发明由此而来。

发明内容

本发明目的在于提供一种适用于高压电机的减薄绝缘结构，可以减少高压电机绝缘结构云母带的绕保层数，减薄绝缘厚度，缩小电机的尺寸，减少铜耗和机械能耗，降低电机温升，进而提高电机的使用寿命。

本发明提供的技术方案是：

一种适用于高压电机的减薄绝缘结构，包括绕包在电磁线圈外的若干层少胶云母带，其特征在于所述少胶云母带绕包后使用真空压力浸渍树脂真空浸渍处理，经烘培固化后形成具有减薄绝缘厚度效果的绝缘结构。

优选的，所述少胶云母带绕包电磁线圈的方式为单一或组合式半叠包4-8层。

优选的，所述少胶云母带选自玻璃布补强少胶云母带、聚酯薄膜补强少胶云母带、聚酰亚胺薄膜补强少胶云母带和耐电晕聚酰亚胺薄膜补强少胶云母带的一种或两种以上的任意组合。

优选的，所述减薄绝缘结构用于6kV高压电机时，少胶云母带绕包半叠包层数为4～5层，厚度为1.04mm～1.30mm；所述减薄绝缘结构用于10kV高压电机时，少胶云母带绕包半叠包层数为8层，厚度为2.08mm。

优选的，所述真空压力浸渍树脂选自不饱和环氧酯体系或环氧酸酐体系的绝缘树脂。

本发明还提供了一种适用于高压电机的减薄绝缘结构的处理方法，其特征在于所述方法包括在电磁线圈外侧绕包若干层少胶云母带，然后使用真空压力浸渍树脂真空浸渍处理，经烘培固化后形成具有减薄绝缘效果的绝缘结构。

优选的，所述少胶云母带绕包电磁线圈的方式为单一或组合式半叠包4-8层。

优选的，所述少胶云母带选自玻璃布补强少胶云母带、聚酯薄膜补强少胶云母带、聚酰亚胺薄膜补强少胶云母带和耐电晕聚酰亚胺薄膜补强少胶云母带。

优选的，所述真空压力浸渍树脂选自不饱和环氧酯体系或环氧酸酐体系的绝缘树脂。

优选的，所述方法中烘焙条件为低温段烘培温度控制在110℃-140℃范围内，烘培时间为1～4小时；高温段烘培温度控制在160℃～170℃范围内，烘培时间为8～10小时。

本发明还提供了一种适用于高压电机的减薄绝缘结构的绝缘处理方法。

本发明技术方案适用于大中型高压电机的减薄绝缘结构，其绝缘处理方式为真空压力浸渍。该高压电机的绝缘结构主要由少胶云母带和浸渍树脂组成。电磁线圈绕包若干层少胶云母带后，经过真空压力浸渍工艺(VPI)浸渍绝缘树脂，再经烘焙固化形成绝缘结构整体。其特点是使用的少胶云母带可以是玻璃布、聚酯薄膜、聚酰亚胺薄膜增强，单用或者混包；使用的浸渍树脂可以是不饱和环氧酯体系或环氧酸酐体系。上述方法制备的绝缘结构可以减薄绝缘厚度；有利于增加槽满率，降低电机温升，增加电机寿命，缩小电机体积，增加电机容量。

具体的，本发明适用于大中型高压电机的减薄绝缘结构，包括少胶云母带和浸渍树脂两个方面，还包括绝缘处理的方法为真空压力浸渍。电磁线圈绕包若干层少胶云母带后，经过真空压力浸渍工艺(VPI)浸渍绝缘树脂，再经烘焙固化形成绝缘结构整体。其特点是使用的少胶云母带可以是玻璃布、聚酯薄膜、聚酰亚胺薄膜增强，单用或者混包；使用的浸渍树脂可以是不饱和环氧酯体系或环氧酸酐体系。

本发明技术方案中，所述不饱和环氧酯体系由环氧改性聚酯亚胺和活性稀释剂苯乙烯或乙烯基甲苯组成，具体型号可以为JF-9950K、JN1148K等。所述环氧酸酐体系由高纯度双酚A型分子蒸馏环氧树脂和液体酸酐组成，具体型号可以为JF-9955。

采用本发明减薄绝缘处理技术，6KV级绝缘层数为4～5层，绝缘厚度为1.04mm～1.30mm；10KV级绝缘层数为8层，绝缘厚度为2.08mm。

相对于现有技术中的方案，本发明的优点是：

本发明技术方案经电气试验证实，减薄绝缘结构具有优良的电气强度。在实际应用中，本发明绝缘结构应用于6kV线棒试验，云母带由6层减薄到4～5层，厚度由1.60mm减薄到1.04mm～1.30mm，玻璃布增强云母带和薄膜增强云母带混包时，半叠包层数分别为3层和2层；薄膜增强云母带单用时半叠包层数为4层。经过VPI，预定固化程序固化后，绝缘结构的击穿电压合格，常态介损、热态介损和介损增量均达到优等，电气强度达到优等，其值＞40kV/mm。本发明绝缘结构用于10kV线棒试验，云母带由9～10层减薄到8层，厚度由2.40mm～2.60mm减薄到2.08mm，玻璃布增强云母带和薄膜增强云母带混包，交叉半叠包层数分别为4层。经过VPI，预定固化程序固化后，绝缘结构的击穿电压合格，常态介损、热态介损和介损增量均达到优等，电气强度达到优等，其值＞35kV/mm。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明实施例高压电机绝缘结构截面图。

其中：1为电磁线圈；2为对地绝缘；3为保护绝缘。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

实施例1：6kV高压电机减薄绝缘结构及其电气性能测定

本实施例的高压电机线圈减薄绝缘结构如图1所示，包括电磁线圈1、对地绝缘2、保护绝缘3；所述的对地绝缘2中包括少胶粉云母带和VPI浸渍树脂；所述的电磁线圈1是绕包扁铜线；所述的对地绝缘是聚酯薄膜补强的少胶粉云母带和真空压力浸渍树脂；所述的保护绝缘是低阻防晕带。

该减薄绝缘结构由电磁线绕线、涨型、胶化之后形成电磁线圈，再绕包各种结构的少胶云母带和防晕带，经过真空压力浸渍，烘焙、固化而成。其中具体采用的材料和工艺如表1所示：

表1  6kV高压电机减薄绝缘结构材料工艺

试验线圈用聚酯薄膜补强少胶粉云母带，规格为0.13×25mm，在半自动包带机绕包，4层半叠包，控制单边厚度至理论的1.04mm绝缘尺寸后真空压力浸渍JF-9950K绝缘树脂，烘焙固化，测试结果如表2、表3。

表2  常态介损、增量及评判

表3  热态介损、电气强度及评判

实施例2：6kV高压电机减薄绝缘结构及其电气性能测定

本实施例的高压电机线圈减薄绝缘结构如图1所示，包括电磁线圈1、对地绝缘2、保护绝缘3；所述的对地绝缘2中包括少胶粉云母带和VPI浸渍树脂；所述的电磁线圈1是绕包扁铜线；所述的对地绝缘是由单面玻璃布补强少胶粉云母带与单面聚酯薄膜补强少胶粉云母带混包和真空压力浸渍树脂组成；所述的保护绝缘是低阻防晕带。

该减薄绝缘结构由电磁线绕线、涨型、胶化之后形成电磁线圈，再绕包各种结构的少胶云母带和防晕带，经过真空压力浸渍，烘焙、固化而成。以下为6kV高压电机减薄绝缘结构材料工艺的列表。

表4  6kV高压电机减薄绝缘结构材料工艺

试验线圈用聚酯薄膜补强少胶粉云母带，规格为0.13×25mm，在半自动包带机绕包，3层单面玻璃布补强少胶粉云母带和2层单面聚酯薄膜补强少胶粉云母带交叉半叠包，控制单边厚度至理论的1.04mm绝缘尺寸后真空压力浸渍JF-9950K绝缘树脂，烘焙固化，测试结果如表5、表6。

表5  常态介损、增量及评判

表6  热态介损、电气强度及评判

实施例3：10kV高压电机减薄绝缘结构

本实施例的高压电机线圈减薄绝缘结构如图1类似，包括电磁线圈1、对地绝缘2、保护绝缘3；所述的对地绝缘2中包括少胶粉云母带和VPI浸渍树脂；所述的电磁线圈1是绕包扁铜线；所述的对地绝缘是单面玻璃布补强少胶粉云母带和单面聚酯薄膜补强少胶粉云母带和真空压力浸渍树脂；所述的保护绝缘是低阻防晕带。

该高压电机由电磁线绕线、涨型、胶化之后形成电磁线圈，再绕包各种结构的少胶云母带和防晕带，经过真空压力浸渍，烘焙、固化而成。所述10kV高压电机减薄绝缘结构材料和工艺如表7所示。

表7  10kV高压电机减薄绝缘结构材料工艺

线圈用单面玻璃布补强少胶粉云母带和单面聚酯薄膜补强少胶粉云母带，规格为0.13×25mm，在半自动包带机绕包，玻璃布补强少胶粉云母带8层半叠包，控制单边厚度至理论的2.08mm绝缘尺寸后真空压力浸渍JF-9955环氧酸酐绝缘树脂，烘焙固化，测试性能如表8、表9。

表8  常态介损、增量及评判

序号	0.2Un	0.4Un	0.6Un	0.8Un	1.0Un	1.2Un	0.2U等级	Δtan	等级
										1	0.559	0.635	0.866	1.28	1.38	1.61	优等	0.154	优等
2	0.545	0.634	1.02	1.39	1.62	1.73	优等	0.238	优等
										3	0.55	0.635	0.821	1.07	1.57	1.77	优等	0.136	优等
4	0.548	0.616	0.72	1.07	1.28	1.56	优等	0.086	优等
										5	0.525	0.607	0.684	1.01	1.37	1.48	优等	0.080	优等
6	0.537	0.551	0.758	0.98	1.28	1.43	优等	0.110	优等

表9  热态介损、电气强度及评判

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适用于高压电机的减薄绝缘结构，包括绕包在高压电机电磁线圈外的若干层少胶云母带，其特征在于所述少胶云母带绕包后使用真空压力浸渍树脂真空浸渍处理，经烘培固化后形成绝缘厚度减薄的绝缘结构。

2.根据权利要求1所述的适用于高压电机的减薄绝缘结构，其特征在于所述少胶云母带绕包电磁线圈的方式为单一或组合式半叠包4-8层。

3.根据权利要求1所述的适用于高压电机的减薄绝缘结构，其特征在于所述少胶云母带选自玻璃布补强少胶云母带、聚酯薄膜补强少胶云母带、聚酰亚胺薄膜补强少胶云母带和耐电晕聚酰亚胺薄膜补强少胶云母带的一种或两种以上的任意组合。

4.根据权利要求3所述的适用于高压电机的减薄绝缘结构，其特征在于所述减薄绝缘结构用于6kV高压电机时，少胶云母带绕包半叠包层数为4～5层，厚度1.04～1.30mm；所述减薄绝缘结构用于10kV高压电机时，少胶云母带绕包半叠包层数为8层，厚度2.08mm。

5.根据权利要求1所述的适用于高压电机的减薄绝缘结构，其特征在于所述真空压力浸渍树脂选自不饱和环氧酯体系或环氧酸酐体系的绝缘树脂。

6.一种适用于高压电机的减薄绝缘处理方法，其特征在于所述方法包括在电磁线圈外绕包若干层少胶云母带，然后使用真空压力浸渍树脂真空浸渍处理，经烘培固化后形成减薄绝缘结构。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述少胶云母带选自玻璃布补强少胶云母带、聚酯薄膜补强少胶云母带、聚酰亚胺薄膜补强少胶云母带和耐电晕聚酰亚胺薄膜补强少胶云母带。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述真空压力浸渍树脂选自不饱和环氧酯体系或环氧酸酐体系的绝缘树脂。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述方法中烘焙条件为低温段烘培温度控制在110℃-140℃范围内，烘培时间为1～4小时；高温段烘培温度控制在160℃～170℃范围内，烘培时间为8～10小时。

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