CN108736672B - 空冷水轮发电机真空压力浸渍定子线棒制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空冷水轮发电机真空压力浸渍定子线棒的制造方法。导线表面内屏蔽层能降低导线内部局部放电几率。线棒包扎完VPI主绝缘层后，直线段半叠绕包扎一层低阻防晕材料，然后进行VPI浸渍环氧酸酐树脂，浸渍结束后在端部分别半叠绕包扎中阻、中高阻、高阻段，端部防晕段表面再包扎两层附加绝缘层；防晕层处理好后线棒装至热压模具中加好压力，放入烘炉中加热固化成型；主绝缘固化成型后，在防护层外刷一层高阻防晕漆和表面覆盖漆，即得到成品VPI定子线棒。其主要技术性能指标：(1)成品线棒击穿电压≥5.5UN；(2)线棒耐电老化试验，3.0 UN电压下寿命大于40h，2.0 UN电压下寿命大于1100h。

Description

空冷水轮发电机真空压力浸渍定子线棒制造方法

技术领域：

本发明涉及一种空冷水轮发电机真空压力浸渍定子线棒的制造方法。

背景技术：

真空压力浸渍(Vacuum Pressure Impregnating,VPI)绝缘体系是世界上两种主要的绝缘体系之一。目前国外已制造额定电压为22kV，单机容量为800MW的水轮发电机VPI定子线棒，这是目前国际上容量最大额定电压最高的水电机组，此机组定子线棒交流耐压试验时端部防晕部位经常出现闪络、电晕、过热等问题，需要安装分流装置才能进行试验。大型水轮发电机定子线棒数量多，一般一台份至少有1000多根线棒，安装分流装置进行交流耐压试验，试验工作量大、操作时间长，影响生产周期。在额定电压24kV以上的空冷水轮发电机VPI定子线棒，其交流耐压试验时交流电压更高，为了避免交流耐压试验时不安装分流装置而出现闪络、电晕、过热等问题，对防晕结构重新设计。另外，额定电压的提高增加了VPI定子线棒的绝缘厚度、增大了导线截面尺寸，在制造过程中还存在以下技术问题：导线直线转角和阴线转角较难保证达到图纸要求、绝缘厚度较大难于浸透浸渍漆、绝缘层固化性能较难控制等问题。采用本发明制造的水轮发电机VPI定子线棒，将解决以上存在的技术问题，保证机组对定子线棒的耐击穿性能、耐电老化性能的要求，保证机组运行稳定性，将为世界首台白鹤滩水电站巨型空冷水轮发电机成功运行奠定基础。

发明内容：

本发明提供了一种空冷水轮发电机真空压力浸渍定子线棒的制造方法，本方法可靠性好，能满足24KV及以上电压等级的定子线棒主绝缘与防晕层的一次成型的技术要求，同时采用静电容量计算法可准确确定浸渍是否完成。本发明的技术方案为：一种空冷水轮发电机真空压力浸渍定子线棒的制造方法，空冷水轮发电机真空压力浸渍，定子线棒由直线部分和两个端部组成，具体制造步骤如下：

1)直线部分包括：导线窄面绝缘垫条(1)、换位绝缘层(2)、由电磁线(3)组成的导线、导线排间绝缘(5)、线棒主绝缘层(6)、低阻防晕层(7)、内屏蔽层(8)；

2)端部包括导线窄面绝缘垫条(1)、电磁线(3)组成的两排或四排导线、导线排间绝缘(5)、线棒主绝缘层(6)、端部防晕层(9)；

3)线棒结缘结构为：导线窄面绝缘垫条(1)在线棒直线段窄面上不但填满换位凹坑还抚平窄面，换位绝缘层(2)为线棒直线换位弯处的绝缘，防止此处电磁线绝缘层(4)破损而造成股间短路，导线排间绝缘(5)位于两排导线或多排导线之间，避免排间电磁线短路，导线窄面绝缘垫条(1)在线棒窄面上，线棒主绝缘层(6)为多层的真空压力浸渍少胶云母带，低阻防晕层(7)在主绝缘层(6)外层，线棒导线窄面的内屏蔽层(8)为低阻防晕漆涂层，端部防晕层(9)由中阻段、中高阻段、高阻段构成，各段防晕段之间搭接长度为20mm；

4)线棒导线使用的耐热等级为F级的电磁线经过端头去丝、压制换位弯、编织换位、直线段电磁线粘接在一起、然后进行端部弯形成型处理、再进行端部电磁线粘接在一起制造而成；

5)在端部胶化后进行切头，保证线棒导线长度符合图纸要求，然后端头去丝部位进行中频焊接，将线棒连接块焊接在线棒端头；

6)将导线窄面绝缘垫条(1)的棱角部位进行倒角处理，使棱角部位的倒角R大于2mm，每隔200mm左右在导线直线段窄面上钻出直径5mm～10mm的孔，露出铜体，在导线直线段的窄面上涂刷低阻防晕漆至高阻末端，低阻防晕漆在室温下干燥24h，然后在涂刷低阻防晕漆部位并绕包一层低阻防晕带，制作成导线的内屏蔽层；

7)包扎完主绝缘层后，在线棒直线段表面先1/2绕包一层低阻防晕带，然后在低阻防晕带表面1/3绕包一层带孔的聚四氟乙烯薄膜带，再并绕一层不带孔的聚四氟乙烯薄膜带，端头系紧；线棒先在烘炉中80℃预热4h，将不带孔的聚四氟乙烯薄膜带去掉，放入VPI罐中，罐密封后抽真空到10pa，输入环氧酸酐树脂，真空浸渍时间以电容测量值为准；

8)主绝缘层浸渍好后，线棒从浸渍漆罐中取出，拆除聚四氟乙烯薄膜，端部进行防晕处理，分别按照中阻、中高阻、高阻段进行包扎，每段之间搭接长度为20mm，然后包扎两层至三层多胶云母带作为附加绝缘；线棒防晕处理好后，整个线棒表面1/2绕包一层聚四氟乙烯薄膜带；

9)线棒端部高度方向的两侧大面先垫一层0.5mm厚的铁皮或铜皮，然后垫两层橡胶皮，橡胶皮厚度为3mm～5mm，使用1/2绕包方式至少包扎5层聚酯热收缩薄膜，薄膜厚度0.1mm；

10)线棒放入80℃的热压模具中，一次放置至少8根线棒；直线段先加侧压后加上压，加的压力以模具上压条与侧板之间没有缝隙为准；

11)线棒引线在引线夹具内，调整好引线位置后夹紧引线夹，以保证线棒引线空间尺寸符合图纸要求；

12)真空压力浸渍线棒模具加压好后放入烘炉中，烘炉的升温速度为1℃/min～3℃/min匀速升温至165℃～170℃之间，线棒保温加热8h固化成型后，待线棒温度冷却到80℃时从热压模具中取出线棒，清除表面的聚四氟乙烯薄膜、端部铜皮或铁皮、端部橡胶皮、聚酯热收缩薄膜等，然后线棒端部表面从低阻层末端至距离绝缘末端100mm处涂刷一层高阻防晕漆，室温固化24h后，再涂刷一层表面覆盖漆，从低阻层末端至绝缘末端，室温固化24h后，真空压力浸渍定子线棒制造完毕。

线棒导线使用的电磁线绝缘为F级电磁线，即漆包单涤纶玻璃丝烧结线。

导线直线与端部之间的转角弯型时，在自动弯型设备的控制程序中编制的弯型角度比图纸要大2～3度，使线棒弯型的端部回弹后能满足图纸形状要求，电磁线(3)组成导线为两排或者四排。

主绝缘时包扎转角处内R部位隔两层剪一层云母带，剪的尺寸为云母带宽度的1/3，避免内R增厚。

热压模具使用前需要喷涂脱模剂，方便清理模具。

其主要技术性能指标：(1)成品线棒击穿电压≥5.5UN，其中UN为线棒的额定电压；(2)线棒耐电老化试验，3.0UN电压下寿命大于40h，2.0UN电压下寿命大于1100h。

技术效果：

本发明在制造VPI定子线棒过程中，利用窄面绝缘垫条填满直线段换位部位的凹坑，能避免主绝缘固化成型时窄面出现缝隙，换位绝缘能避免电磁线在换位弯处出现短路问题，排间绝缘经过直线胶化和端部胶化，不但隔开两排导线或多排导线，还能将导线粘接成一体，利于导线进行绝缘包扎；在导线成型时将转角弯曲角度扩大2～3度，使线棒弯型处回弹后能满足图纸形状要求，解决了大型电机线棒形状超差问题；导线表面的内屏蔽层能平衡线棒导线表面的电位差，降低线棒介质损耗和局部放电；为了保证浸渍漆能浸透绝缘层，真空浸渍系统保证真空浸渍罐真空度≤26pa，真空浸渍时间以电容测量值达到恒定值为准，不同厚度绝缘层电容测量值不同，以浸渍时间达到工艺要求后电容值稳定为准；主绝缘升温至165℃～170℃，保温时间8h，保证主绝缘层充分固化；额定电压高于24kV的定子线棒，交流耐压试验时极易产生放电或电晕现象，本发明的防晕体系从不同防晕段的材料阻值匹配性、不同防晕段长度、内屏蔽层与防晕外层结构优化等方面重新设计防晕结构，避免了交流耐压试验出现放电或电晕问题；采取端部垫铜皮或铁皮、橡胶皮，再包热收缩薄膜，才能保证下线后定子绕组端部之间距离、引线形状符合图纸要求。

定子线棒采用F级电磁线(漆包单涤纶玻璃丝烧结线)，因此种电磁线不但绝缘层薄还具有拉伸强度高、击穿场强高的特点，适合大容量机组的定子线棒运行电压高的特点。自动包扎定子线棒绝缘层时存在内R增厚的问题，进行内R部位剪掉隔两层剪一层1/3宽度的云母带，可以解决此类问题。VPI热压模具可以循环使用，每次线棒放入热压模具前须将模具表面喷涂脱模剂，线棒热压成型后方便清理模具存留的胶，备下一次使用。

经过采取以上技术措施，本发明利用VPI绝缘技术制造空冷水轮发电机定子线棒，各项技术指标达到国外先进水平：1)线棒介电损耗值tanδ0.2U_N(U_N为线棒额定电压)＜1.0％，tanδ0.6U_N-tanδ0.2U_N＜0.5％；2)热态介质损耗(0.6U_N，155℃)＜5.0％；3)定子线圈击穿电压大于5.5U_N；4)定子线圈2U_N电老化寿命均大于1100h，3U_N电老化寿命均大于40h。

本发明可推广到24kV及以上更高耐压等级的火电或核电VPI定子线棒主绝缘结构上，具有广泛的应用前景，为水电百万、火电百万、核电百万机组的VPI定子线棒制造奠定了可靠的技术基础。

附图说明：

图1两排导线VPI定子线棒直线截面绝缘结构示意图；

图2两排导线VPI定子线棒端部截面绝缘结构示意图；

图3四排导线VPI定子线棒直线截面绝缘结构示意图；

图4四排导线VPI定子线棒端部截面绝缘结构示意图。

具体实施方式：

本发明是一种空冷水轮发电机真空压力浸渍定子线棒的制造方法，VPI定子线棒由直线部分和两个端部组成。

直线部分(如图1或图3所示)，包括：导线窄面绝缘垫条(1)、换位绝缘层(2)、由电磁线(3)组成的导线、导线排间绝缘(5)、线棒主绝缘层(6)、低阻防晕层(7)、内屏蔽层(8)；

端部(如图2或图4所示)包括：导线窄面绝缘垫条(1)、电磁线(3)组成的两排或四排导线、导线排间绝缘(5)、线棒主绝缘层(6)、端部防晕层(9)；

线棒结缘结构(如图1～图4所示)为：导线窄面绝缘垫条(1)在线棒窄面上不但填满换位凹坑还抚平窄面，换位绝缘层(2)为线棒直线换位弯处的绝缘，防止此处电磁线绝缘层(4)破损而造成股间短路，导线排间绝缘(5)位于两排导线或多排导线之间，避免排间电磁线短路，导线窄面绝缘垫条(1)在线棒窄面上，线棒主绝缘层(6)为多层的真空压力浸渍少胶云母带，低阻防晕层(7)在主绝缘层(6)外层，线棒导线窄面的内屏蔽层(8)为低阻防晕漆涂层，端部防晕层(9)由中阻段、中高阻段、高阻段构成，各段防晕段之间搭接长度为20mm；

线棒导线使用的耐热等级为F级的电磁线经过端头去丝、压制换位弯、编织换位、直线段电磁线粘接在一起、然后进行端部弯形成型处理、再进行端部电磁线粘接在一起制造而成；

在端部胶化后进行切头，保证线棒导线长度符合图纸要求，然后端头去丝部位进行中频焊接，将线棒连接块焊接在线棒端头；

将导线窄面绝缘垫条(1)的棱角部位进行倒角处理，使棱角部位的倒角R大于2mm，每隔200mm左右在导线直线段窄面上钻出直径5mm～10mm的孔，露出铜体，在导线直线段的窄面上涂刷低阻防晕漆至高阻末端，低阻防晕漆在室温下干燥24h，然后在涂刷低阻防晕漆部位并绕包一层低阻防晕带，制作成导线的内屏蔽层；

包扎完主绝缘层后，在线棒直线段表面先1/2绕包一层低阻防晕带，然后在低阻防晕带表面1/3绕包一层带孔的聚四氟乙烯薄膜带，再并绕一层不带孔的聚四氟乙烯薄膜带，端头系紧；线棒先在烘炉中80℃预热4h，将不带孔的聚四氟乙烯薄膜带去掉，放入VPI罐中，罐密封后抽真空到10pa，输入环氧酸酐树脂，真空浸渍时间以电容测量值为准；

主绝缘层浸渍好后，线棒从浸渍漆罐中取出，拆除聚四氟乙烯薄膜，端部进行防晕处理，分别按照中阻、中高阻、高阻段进行包扎，每段之间搭接长度为20mm，然后包扎两层至三层多胶云母带作为附加绝缘；线棒防晕处理好后，整个线棒表面1/2绕包一层聚四氟乙烯薄膜带；

线棒端部高度方向的两侧大面先垫一层0.5mm厚的铁皮或铜皮，然后垫两层橡胶皮，橡胶皮厚度为3mm～5mm，使用1/2绕包方式至少包扎5层聚酯热收缩薄膜，薄膜厚度0.1mm；

线棒放入80℃的热压模具中，一次放置至少8根线棒；直线段先加侧压后加上压，加的压力以模具上压条与侧板之间没有缝隙为准；

线棒引线在引线夹具内，调整好引线位置后夹紧引线夹，以保证线棒引线空间尺寸符合图纸要求；

真空压力浸渍线棒模具加压好后放入烘炉中，烘炉的升温速度为1℃/min～3℃/min匀速升温至165℃～170℃之间，线棒保温加热8h固化成型后，待线棒温度冷却到80℃时从热压模具中取出线棒，清除表面的聚四氟乙烯薄膜、端部铜皮或铁皮、端部橡胶皮、聚酯热收缩薄膜等，然后线棒端部表面涂刷一层高阻防晕漆(从低阻层末端至距离绝缘末端100mm处)，室温固化24h后，再涂刷一层表面覆盖漆，从低阻层末端至绝缘末端，室温固化24h后，真空压力浸渍定子线棒制造完毕。

本发明中线棒导线使用的电磁线绝缘为F级电磁线，即漆包单涤纶玻璃丝烧结线。

本发明中导线直线与端部之间的转角弯型时，在自动弯型设备的控制程序中编制的弯型角度比图纸要大2～3度，使线棒弯型的端部回弹后能满足图纸形状要求，电磁线(3)组成导线为两排或者四排。

本发明中主绝缘时包扎转角处内R部位隔两层剪一层云母带，剪的尺寸为云母带宽度的1/3，避免内R增厚。

本发明中热压模具使用前需要喷涂脱模剂，方便清理模具。

利用本发明制造的空冷水轮发电机VPI定子线棒，其主要技术性能指标：(1)成品线棒击穿电压≥5.5UN，其中UN为线棒的额定电压；

(2)线棒耐电老化试验，3.0UN电压下寿命大于40h，2.0UN电压下寿命大于1100h。

Claims (6)

1.一种空冷水轮发电机真空压力浸渍定子线棒的制造方法，其特征是：空冷水轮发电机真空压力浸渍，定子线棒由直线部分和两个端部组成，具体制造步骤如下：

1)直线部分包括：导线窄面绝缘垫条(1)、换位绝缘层(2)、由电磁线(3)组成的导线、导线排间绝缘(5)、线棒主绝缘层(6)、低阻防晕层(7)、内屏蔽层(8)；

2)端部包括导线窄面绝缘垫条(1)、电磁线(3)组成的两排或四排导线、导线排间绝缘(5)、线棒主绝缘层(6)、端部防晕层(9)；

3)线棒结缘结构为：导线窄面绝缘垫条(1)在线棒窄面上不但填满换位凹坑还抚平窄面，换位绝缘层(2)为线棒直线换位弯处的绝缘，防止此处电磁线绝缘层(4)破损而造成股间短路，导线排间绝缘(5)位于两排导线或多排导线之间，避免排间电磁线短路，导线窄面绝缘垫条(1)在线棒窄面上，线棒主绝缘层(6)为多层的真空压力浸渍少胶云母带，低阻防晕层(7)在主绝缘层(6)外层，线棒导线窄面的内屏蔽层(8)为低阻防晕漆涂层，端部防晕层(9)由中阻段、中高阻段、高阻段构成，各段防晕段之间搭接长度为20mm；

4)线棒导线使用的耐热等级为F级的电磁线经过端头去丝、压制换位弯、编织换位、直线段电磁线粘接在一起、然后进行端部弯形成型处理、再进行端部电磁线粘接在一起制造而成；

5)在端部胶化后进行切头，保证线棒导线长度符合图纸要求，然后端头去丝部位进行中频焊接，将线棒连接块焊接在线棒端头；

6)将导线窄面绝缘垫条(1)的棱角部位进行倒角处理，使棱角部位的倒角R大于2mm，每隔200mm左右在导线直线段窄面上钻出直径5mm～10mm的孔，露出铜体，在导线直线段的窄面上涂刷低阻防晕漆至高阻末端，低阻防晕漆在室温干燥24h，然后在涂刷低阻防晕漆部位并绕包一层低阻防晕带，制作成导线的内屏蔽层；

7)包扎完主绝缘层后，在线棒直线段表面先1/2绕包一层低阻防晕带，然后在低阻防晕带表面1/3绕包一层带孔的聚四氟乙烯薄膜带，再并绕一层不带孔的聚四氟乙烯薄膜带，端头系紧；线棒先在烘炉中80℃预热4h，将不带孔的聚四氟乙烯薄膜带去掉，放入真空压力浸渍罐中，罐密封后抽真空保证真空度≤26pa，输入环氧酸酐树脂，真空浸渍时间达到工艺要求后当电容测量值稳定时结束浸渍；

8)主绝缘层浸渍好后，线棒从浸渍漆罐中取出，拆除聚四氟乙烯薄膜，端部进行防晕处理，分别按照中阻、中高阻、高阻段进行包扎，每段之间搭接长度为20mm，然后包扎两层至三层多胶云母带作为附加绝缘；线棒防晕处理好后，整个线棒表面1/2绕包一层聚四氟乙烯薄膜带；

9)线棒端部高度方向的两侧大面先垫一层0.5mm厚的铁皮或铜皮，然后垫两层橡胶皮，橡胶皮厚度为3mm～5mm，使用1/2绕包方式至少包扎5层聚酯热收缩薄膜，薄膜厚度0.1mm；

10)线棒放入80℃的热压模具中，一次放置至少8根线棒；直线段先加侧压后加上压，加的压力以模具上压条与侧板之间没有缝隙为准；

11)线棒引线在引线夹具内，调整好引线位置后夹紧引线夹，以保证线棒引线空间尺寸符合图纸要求；

12)真空压力浸渍线棒模具加压好后放入烘炉中，烘炉的升温速度为1℃/min～3℃/min，匀速升温至165℃～170℃之间，线棒保温加热8h固化成型后，待线棒温度冷却到80℃时从热压模具中取出线棒，清除表面的聚四氟乙烯薄膜、端部铜皮或铁皮、端部橡胶皮、聚酯热收缩薄膜，然后线棒端部表面从低阻层末端至距离绝缘末端100mm处涂刷一层高阻防晕漆，室温固化24h后，再涂刷一层表面覆盖漆，从低阻层末端至绝缘末端，室温固化24h后，真空压力浸渍定子线棒制造完毕。

2.根据权利要求1所述的空冷水轮发电机真空压力浸渍定子线棒的制造方法，其特征是：线棒导线使用的电磁线绝缘为F级电磁线，即漆包单涤纶玻璃丝烧结线。

3.根据权利要求1所述的空冷水轮发电机真空压力浸渍定子线棒的制造方法，其特征是：导线直线与端部之间的转角弯型时，在自动弯型设备的控制程序中编制的弯型角度比图纸要大2～3度，使线棒弯型的端部回弹后能满足图纸形状要求，电磁线(3)组成导线为两排或者四排。

4.根据权利要求1所述的空冷水轮发电机真空压力浸渍定子线棒的制造方法，其特征是：主绝缘时包扎转角处内R部位隔两层剪一层云母带，剪的尺寸为云母带宽度的1/3，避免内R增厚。

5.根据权利要求1所述的空冷水轮发电机真空压力浸渍定子线棒的制造方法，其特征是：热压模具使用前需要喷涂脱模剂，方便清理模具。

6.根据权利要求1所述的空冷水轮发电机真空压力浸渍定子线棒的制造方法，其特征是：其主要技术性能指标：(1)成品线棒击穿电压≥5.5UN，其中UN为线棒的额定电压；(2)线棒耐电老化试验，3.0UN电压下寿命大于40h，2.0UN电压下寿命大于1100h。

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