CN105048681A

CN105048681A - 一种核电机组用电机绝缘系统

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Publication number: CN105048681A
Application number: CN201510373442.5A
Authority: CN
Inventors: 刘壮业; 袁世臻; 贾仪兵; 刘来江; 胡彩霞
Original assignee: PENGLAI SPECIAL INSULATING MATERIAL PLANT
Current assignee: PENGLAI SPECIAL INSULATING MATERIAL PLANT
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2035-06-30
Also published as: CN105048681B

Abstract

本发明涉及一种核电机组用电机绝缘系统，其包括由耐核辐射高温电磁线绕制而成的电磁线圈、槽绝缘、槽楔、绝缘套管、绑扎带、引接线以及整体浸渍导热的耐核辐射高温绝缘浸渍漆而成。本发明所述核电机组用电机绝缘系统具有良好的耐高温、耐核辐射性能，可应用于军工、航空航天、核电电机等绝缘技术领域，特别适合于额定电压1140V及以下的核电主泵用电机绝缘系统。

Description

一种核电机组用电机绝缘系统

技术领域

本发明属于电机绝缘的技术领域，具体的涉及一种核电机组用电机绝缘系统。

背景技术

绝缘系统是多种绝缘材料相互搭配从而达到一定耐温等级的材料组合体。通常组成绝缘系统的材料有：漆包线，绝缘漆，骨架，绝缘胶带，绝缘导管，封装材料等，绝缘系统广泛应用于电机、变压器和电子元器件等。电机绝缘的目的是使定子和转子线圈中的电流按规定路径流动，同时还具有固定支撑的作用。电机绝缘系统不仅直接影响电机的技术经济指标，而且也影响电机的运行可靠性与寿命。

在国家节能减排、大力发展新能源的政策背景下，核电因其优质高效、技术成熟、持续供应能力强、经济性好、低碳环保成为重点发展的新能源之一。众所周知，核电机组要求长寿命、高可靠性，电机绝缘系统作为核电主泵电机的主要组成部分，起着异乎寻常的作用。核电机组用电机绝缘系统除要求具有优异的耐高温性能外，还要求具有优异的耐辐射性能。

目前市场上还没有针对核电主泵电机等核电机组的耐高温绝缘系统，现有核电机组的耐核辐射性能以及耐高低温冷热冲击性能有待提高、长期使用温度偏低、耐热性差；还存在成本高、工艺性差、可靠性不高等不足，制约着军工、航空航天、核电机组绝缘性能的提高。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在的缺陷而提供一种核电机组用电机绝缘系统，该绝缘系统针对核电机组而设计，采用具有优良耐高温、耐核辐射以及耐高低温冲击性能的电磁线与绝缘浸渍漆的主绝缘材料，满足核电机组耐高温以及耐核辐射的要求。

本发明的技术方案为：一种核电机组用电机绝缘系统，包括由耐核辐射高温电磁线绕制而成的电磁线圈、槽绝缘、槽楔、套设在所述电磁线圈的绕组出线端的绝缘套管、绑扎固定用的绑扎带、与所述绕组出线端焊接的引接线以及整体浸渍导热的耐核辐射高温绝缘浸渍漆而成，其特征在于，所述耐核辐射高温电磁线包括漆包铜圆线和包设在漆包铜圆线外周的绝缘层，其中漆包铜圆线为芳族耐高温聚酰亚胺漆包线；绝缘层由单或双玻璃丝包后外涂硼酸或钛酸丁酯改性耐高温有机硅树脂构成；所述耐核辐射高温绝缘浸渍漆由以下重量份的原料组成：耐高温改性有机硅树脂溶液30～70份，其中耐高温改性有机硅树脂溶液由硼酸改性或钛酸丁酯改性而成，该耐高温改性有机硅树脂溶液的固含量为40％～60％；高导热填料20～50份；分散助剂0.1～1.0份。

所述芳族耐高温聚酰亚胺漆包线的原料包括芳香族四元胺、芳香族二元胺和芳香族二元酐，合成高枝化聚酰胺酸，经亚胺化得到聚酰亚胺漆包线漆，按模具法涂线工艺涂制而得芳族耐高温聚酰亚胺漆包线；其中芳族耐高温聚酰亚胺漆包线漆的制备具体步骤如下：

(1)组分甲的合成：按摩尔比1:1:2的比例将4，4'-二氨基-4-羟基三苯甲烷、2，2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷和3,3',4,4'-二苯甲酮四酸二酐加入反应瓶中，加入上述单体总重4倍质量的二甲基甲酰胺溶剂，室温下搅拌使其溶解完全，在0℃～5℃下搅拌反应2h，得到紫色粘稠透明的枝化聚酰胺酸溶液；

(2)组分乙的合成：按摩尔比1:1的比例将4,4'-二氨基二苯醚和均苯四甲酸二酐加入反应瓶中，加入上述单体总重2倍质量的二甲基甲酰胺溶剂，室温下搅拌使其溶解完全，在15℃～20℃下搅拌反应5h，得到金色粘稠透明的聚酰胺酸溶液；

(3)将组分甲与组分乙按重量比2:1的比例混合，室温下搅拌均匀，用二甲基甲酰胺调整固体含量至20％，制得芳族耐高温聚酰亚胺漆包线漆。

所述耐高温改性有机硅树脂溶液采用有机硅氧烷在混合溶剂存在下，于40℃～60℃下水解，其中混合溶剂由丙酮与甲苯按重量份比1:10混合而成；然后加入改性剂硼酸或钛酸丁酯反应，减压蒸馏除去小分子物得到；具体为：按有机硅氧烷重量2倍的比例称取蒸馏水加入反应釜中，滴加有机硅氧烷及混合溶剂，在40℃～60℃下进行水解反应1h，然后加入改性剂硼酸或钛酸丁酯反应0.5～1.5h，其中改性剂硼酸或钛酸丁酯用量为树脂质量的10％～15％；最后进行水洗至中性；于100Pa下真空减压浓缩30min而得；其中有机硅氧烷为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷和二苯基二乙氧基硅烷中的至少一种。

所述高导热填料为氧化铝、氮化铝或氮化硼中的至少一种；所述分散助剂为有机硅烷类偶联剂。

所述槽绝缘其材质为聚芳酰胺纤维纸聚酰亚胺薄膜柔软复合材料、TufQUIN-110耐热绝缘纸聚酰亚胺薄膜柔软复合材料、聚酰亚胺薄膜有机硅树脂玻璃漆布柔软复合材料和聚酰亚胺薄膜中的至少一种。

所述槽楔为聚酰亚胺玻璃布板或聚胺-酰亚胺玻璃布板。

所述绝缘套管为硅橡胶玻璃纤维软管或有机硅树脂玻璃纤维软管中的一种。

所述绑扎带为无碱玻璃纤维绑扎带。

所述引接线为JG硅橡胶电缆引接线。

本发明的有益效果为：本发明核电机组用电机绝缘系统特别适合于额定电压1140V及以下的核电主泵用电机绝缘系统。将所述耐核辐射高温电机绝缘系统按GB/T17948.1-2000《旋转电机绝缘结构功能性评定散绕绕组试验规程热评定与分级》附录A制作模型线圈，将该模型线圈浸渍上述耐核辐射高温绝缘浸渍漆并按规定条件固化，按以下方法进行耐核辐射试验：采用⁶⁰Co-γ射线进行静态辐照试验，由中科院上海原子核研究所辐射技术中心完成，辐照时间250h，辐照剂量1000KGy。辐照试验完成后，进行规定的绝缘电阻、耐电压性能检测，均通过试验。

本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明解决了现有技术中存在的电机绝缘系统耐核辐射性能、耐高低温冷热冲击性能不高、长期使用温度偏低、成本高、工艺性差、可靠性低的缺陷，得到一种具有良好耐核辐射性能、耐高温的电机绝缘系统。该绝缘系统可应用于军工、航空航天、核电主泵电机的绝缘技术领域。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明进行详细的说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不是限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体使用的不同要求做进一步调整，未注明的实施条件为常规实验中的条件。

实施例1

所述核电机组用电机绝缘系统，包括由耐核辐射高温电磁线绕制而成的电磁线圈、槽绝缘、槽楔、套设在所述电磁线圈的绕组出线端的绝缘套管、绑扎固定用的绑扎带、与所述绕组出线端焊接的引接线以及整体浸渍导热的耐核辐射高温绝缘浸渍漆而成，所述耐核辐射高温电磁线包括漆包铜圆线和包设在漆包铜圆线外周的绝缘层，其中漆包铜圆线为按国家标准GB/T6109.1-2008表1规定的2级漆膜厚度的芳族耐高温聚酰亚胺漆包线；绝缘层由双玻璃丝包后外涂硼酸改性耐高温有机硅树脂构成；所述硼酸改性耐高温有机硅树脂为有机硅氧烷水解后与硼酸反应，经减压蒸馏得到的改性高耐热有机硅树脂；采用有机硅氧烷在混合溶剂存在下，于40℃～60℃下水解，其中混合溶剂由丙酮与甲苯按重量份比1:10混合而成；然后加入改性剂硼酸反应，减压蒸馏除去小分子物得到；具体步骤为：按有机硅氧烷重量2倍的比例称取蒸馏水加入反应釜中，滴加有机硅氧烷及混合溶剂，在40℃～60℃下进行水解反应1h，然后加入改性剂硼酸反应0.5～1.5h，其中改性剂硼酸用量为树脂质量的10％～15％；最后进行水洗至中性；于100Pa下真空减压浓缩30min而得；所述有机硅氧烷为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷和二苯基二乙氧基硅烷中的至少一种。

所述耐核辐射高温绝缘浸渍漆由以下重量份的原料组成：耐高温改性有机硅树脂溶液30～70份，其中耐高温改性有机硅树脂溶液由硼酸改性而成，该耐高温改性有机硅树脂溶液的固含量为40％～60％；高导热填料20～50份；分散助剂0.1～1.0份。

所述耐高温改性有机硅树脂溶液采用有机硅氧烷在混合溶剂存在下，于40℃～60℃下水解，其中混合溶剂由丙酮与甲苯按重量份比1:10混合而成；然后加入改性剂硼酸反应，减压蒸馏除去小分子物得到；具体为：按有机硅氧烷重量2倍的比例称取蒸馏水加入反应釜中，滴加有机硅氧烷及混合溶剂，在40℃～60℃下进行水解反应1h，然后加入改性剂硼酸反应0.5～1.5h，其中改性剂硼酸用量为树脂质量的10％～15％；最后进行水洗至中性；于100Pa下真空减压浓缩30min而得；其中有机硅氧烷为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷和二苯基二乙氧基硅烷中的至少一种。

所述槽楔为聚酰亚胺玻璃布板或聚胺-酰亚胺玻璃布板。

所述绑扎带为无碱玻璃纤维绑扎带。

所述引接线为JG硅橡胶电缆引接线。

核电机组用电机绝缘系统的制备方法如下：将绕制好的线圈仔细嵌入已放好槽绝缘的模型支架的槽内，楔入槽楔，绕组出线端套入绝缘套管，端部用绑扎带绑扎牢固，将引接线与绕组出线端焊接好，浸渍耐核辐射高温绝缘浸渍漆后按规定条件固化。该模型线圈经过⁶⁰Co-γ射线1000KGy剂量的静态辐照试验后，漆膜光滑、无气泡，颜色变化不大，用500v兆欧表遥测绕组对地绝缘电阻大于500兆欧，用工频击穿电压测试仪进行绕组对地耐电压检测，通过1760V、1min的耐电压试验。

实施例2

所述核电机组用电机绝缘系统，其结构和制备方法基本同实施例1，不同的是，其中，绕组线为耐核辐射高温电磁线，其包括漆包铜圆线和包设在漆包线外周的绝缘层，漆包铜圆线为按国家标准GB/T6109.1-2008表1规定的2级漆膜厚度的芳族耐高温聚酰亚胺漆包线，绝缘层由双玻璃丝包后外涂钛酸丁酯改性耐高温有机硅树脂构成。该模型线圈经过⁶⁰Co-γ射线1000KGy剂量的静态辐照试验后，漆膜光滑、无气泡，颜色变化不大，用500v兆欧表遥测绕组对地绝缘电阻大于500兆欧，用工频击穿电压测试仪进行绕组对地耐电压检测，通过1760V、1min的耐电压试验。

实施例3

所述核电机组用电机绝缘系统，其结构和制备方法基本同实施例1，不同的是，其槽绝缘为TufQUIN-110耐热绝缘纸聚酰亚胺薄膜柔软复合材料(THT)。该模型线圈经过⁶⁰Co-γ射线1000KGy剂量的静态辐照试验后，漆膜光滑、无气泡，颜色变化不大，用500v兆欧表遥测绕组对地绝缘电阻大于500兆欧，用工频击穿电压测试仪进行绕组对地耐电压检测，通过1760V、1min的耐电压试验。

实施例4

所述核电机组用电机绝缘系统，其结构和制备方法基本同实施例2，不同的是，其槽绝缘为由一层厚度0.05mm聚酰亚胺薄膜和一层聚酰亚胺薄膜有机硅树脂玻璃漆布柔软复合材料构成，该模型线圈经过⁶⁰Co-γ射线1000KGy剂量的静态辐照试验后，漆膜光滑、无气泡，颜色变化不大，用500v兆欧表遥测绕组对地绝缘电阻大于500兆欧，用工频击穿电压测试仪进行绕组对地耐电压检测，通过1760V、1min的耐电压试验。

实施例5

所述核电机组用电机绝缘系统，其结构和制备方法基本同实施例4，不同的是，其绕组线为耐核辐射高温电磁线，其包括漆包铜圆线和包设在漆包线外周的绝缘层，漆包铜圆线为按国家标准GB/T6109.1-2008表1规定的3级漆膜厚度的芳族耐高温聚酰亚胺漆包线，绝缘层由单玻璃丝包后外涂硼酸改性耐高温有机硅树脂构成；，该模型线圈经过⁶⁰Co-γ射线1000KGy剂量的静态辐照试验后，漆膜光滑、无气泡，颜色变化不大，用500v兆欧表遥测绕组对地绝缘电阻大于500兆欧，用工频击穿电压测试仪进行绕组对地耐电压检测，通过1760V、1min的耐电压试验。

实施例6

所述核电机组用电机绝缘系统，其结构和制备方法基本同实施例5，不同的是，其绕组线为耐核辐射高温电磁线，其包括漆包铜圆线和包设在漆包线外周的绝缘层，漆包铜圆线为按国家标准GB/T6109.1-2008表1规定的3级漆膜厚度的芳族耐高温聚酰亚胺漆包线，绝缘层由单玻璃丝包后外涂钛酸丁酯改性耐高温有机硅树脂构成。该模型线圈经过⁶⁰Co-γ射线1000KGy剂量的静态辐照试验后，漆膜光滑、无气泡，颜色变化不大，用500v兆欧表遥测绕组对地绝缘电阻大于500兆欧，用工频击穿电压测试仪进行绕组对地耐电压检测，通过1760V、1min的耐电压试验。

采用上述实施例1～6所得到的核电机组用电机绝缘系统耐热性、耐核辐射性和耐冷热冲击性能，能较好的满足航空、航天、军工、核电机组对其电机绝缘性能的特殊要求。其关键技术性能指标如下表：

由此可见，本发明提供的核电机组用电机绝缘系统，除具有常规电机绝缘系统应有的优良性能外，还具有优异的耐高温、耐核辐射性能。用该绝缘系统制造的耐核辐射高温电机，具有良好的耐高温、耐核辐射性能，可应用于军工、航空航天、核电电机等绝缘技术领域，特别适合于额定电压1140V及以下的核电主泵用电机绝缘系统。

综上所述，本发明公开的耐核辐射高温电机绝缘系统可广泛应用于军工、航空航天、核电电机绝缘技术。

Claims

1.一种核电机组用电机绝缘系统，包括由耐核辐射高温电磁线绕制而成的电磁线圈、槽绝缘、槽楔、套设在所述电磁线圈的绕组出线端的绝缘套管、绑扎固定用的绑扎带、与所述绕组出线端焊接的引接线以及整体浸渍导热的耐核辐射高温绝缘浸渍漆而成，其特征在于，所述耐核辐射高温电磁线包括漆包铜圆线和包设在漆包铜圆线外周的绝缘层，其中漆包铜圆线为芳族耐高温聚酰亚胺漆包线；绝缘层由单或双玻璃丝包后外涂硼酸改性耐高温有机硅树脂构成；所述耐核辐射高温绝缘浸渍漆由以下重量份的原料组成：耐高温改性有机硅树脂溶液30～70份，其中耐高温改性有机硅树脂溶液由硼酸改性或钛酸丁酯改性而成，该耐高温改性有机硅树脂溶液的固含量为40%～60%；高导热填料20～50份；分散助剂0.1～1.0份。

2.根据权利要求1所述核电机组用电机绝缘系统，其特征在于，所述芳族耐高温聚酰亚胺漆包线的原料包括芳香族四元胺、芳香族二元胺和芳香族二元酐，合成高枝化聚酰胺酸，经亚胺化得到聚酰亚胺漆包线漆，按模具法涂线工艺涂制而得芳族耐高温聚酰亚胺漆包线；其中芳族耐高温聚酰亚胺漆包线漆的制备具体步骤如下：

（1）组分甲的合成：按摩尔比1:1:2的比例将4，4'-二氨基-4-羟基三苯甲烷、2，2-双[4-（4-氨基苯氧基）苯基]丙烷和3,3',4,4'-二苯甲酮四酸二酐加入反应瓶中，加入上述单体总重4倍质量的二甲基甲酰胺溶剂，室温下搅拌使其溶解完全，在0℃～5℃下搅拌反应2h，得到紫色粘稠透明的枝化聚酰胺酸溶液；

（2）组分乙的合成：按摩尔比1:1的比例将4,4'-二氨基二苯醚和均苯四甲酸二酐加入反应瓶中，加入上述单体总重2倍质量的二甲基甲酰胺溶剂，室温下搅拌使其溶解完全，在15℃～20℃下搅拌反应5h，得到金色粘稠透明的聚酰胺酸溶液；

（3）将组分甲与组分乙按重量比2:1的比例混合，室温下搅拌均匀，用二甲基甲酰胺调整固体含量至20%，制得芳族耐高温聚酰亚胺漆包线漆。

3.根据权利要求1所述核电机组用电机绝缘系统，其特征在于，所述耐高温改性有机硅树脂溶液采用有机硅氧烷在混合溶剂存在下，于40℃～60℃下水解，其中混合溶剂由丙酮与甲苯按重量份比1:10混合而成；然后加入改性剂硼酸或钛酸丁酯反应，减压蒸馏除去小分子物得到；具体为：按有机硅氧烷重量2倍的比例称取蒸馏水加入反应釜中，滴加有机硅氧烷及混合溶剂，在40℃～60℃下进行水解反应1h，然后加入改性剂硼酸或钛酸丁酯反应0.5～1.5h，其中改性剂硼酸或钛酸丁酯用量为树脂质量的10%～15%；最后进行水洗至中性；于100Pa下真空减压浓缩30min而得；其中有机硅氧烷为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷和二苯基二乙氧基硅烷中的至少一种。

4.根据权利要求1所述核电机组用电机绝缘系统，其特征在于，所述高导热填料为氧化铝、氮化铝或氮化硼中的至少一种；所述分散助剂为有机硅烷类偶联剂。

5.根据权利要求1所述核电机组用电机绝缘系统，其特征在于，所述槽绝缘其材质为聚芳酰胺纤维纸聚酰亚胺薄膜柔软复合材料、TufQUIN-110耐热绝缘纸聚酰亚胺薄膜柔软复合材料、聚酰亚胺薄膜有机硅树脂玻璃漆布柔软复合材料和聚酰亚胺薄膜中的至少一种。

6.根据权利要求1所述核电机组用电机绝缘系统，其特征在于，所述槽楔为聚酰亚胺玻璃布板或聚胺-酰亚胺玻璃布板。

7.根据权利要求1所述核电机组用电机绝缘系统，其特征在于，所述绝缘套管为硅橡胶玻璃纤维软管或有机硅树脂玻璃纤维软管中的一种。

8.根据权利要求1所述核电机组用电机绝缘系统，其特征在于，所述绑扎带为无碱玻璃纤维绑扎带。

9.根据权利要求1所述核电机组用电机绝缘系统，其特征在于，所述引接线为JG硅橡胶电缆引接线。