高压电机定子铁心用硅钢片漆_隋银德

2009. N o . 2高压电机定子铁心用硅钢片漆

高压电机定子铁心用硅钢片漆

隋银德

(哈尔滨电机厂有限责任公司, 黑龙江　哈尔滨　150040)

摘　要:本文对高压电机定子铁心用硅钢片漆的性能、研发和应用情况进行了介绍, 并阐述了高压电机定子铁心用硅钢片漆的发展趋势。关键词:高压电机; 定子铁心; 硅钢片漆

1　前言

在高压电机中, 定子铁心绝缘占有非常重要的地位。它在很大程度上决定着高压电机的使用寿命和运行可靠性。而定子铁心的性能则主要取决于所用硅钢片漆的类型和性能。一方面, 随着高压电机容量的不断增大、额定电压的提高、铁心长度也在逐渐加长, 这就对硅钢片漆的性能提出了更高的要求; 另一方面, 由于环境保护和职业健康的要求越来越高, 急需改善硅钢片漆对人和环境的不良影响。所以高压电机用硅钢片漆的研发和应用成为了电机行业关注的热点, 开发和应用性能优异且符合健康环保要求的硅钢片漆是一个必然的趋势。2　硅钢片漆的性能及研发应用情况

在国外, 硅钢片漆的研发与应用经历了三个阶段:第一阶段是纯有机硅钢片漆; 第二阶段是水溶性半无机硅钢片漆; 第三阶段是纯无机硅钢片漆。目前, 纯有机硅钢片漆和水溶性半无机硅钢片漆均有使用, 但水溶性半无机硅钢片漆使用的更为广泛。

在国内, 硅钢片漆的研发与应用经历了四个阶段:第一阶段是纯有机硅钢片漆; 第二阶段是水溶性半无机硅钢片漆, 但因工艺性等问题而停止使用; 第三阶段是半无机硅钢片漆; 第四阶段是水溶性半无机硅钢片漆的再次研发与试应用。目前, 纯有机硅钢片漆、半无机硅钢片漆和水溶性半无机硅钢片漆均在生产及使用, 但水溶性半无机硅钢片漆是从国外进口的。2. 1　纯有机硅钢片漆

纯有机硅钢片漆一般由有机树脂和有机溶剂等组成。它是较早使用的一种硅钢片漆, 而且现在仍然在一定范围内使用。按纯有机硅钢片漆漆基所用树脂的类型划分, 可分为油性漆、醇酸树脂漆、改性醇酸树脂漆和环氧酚醛漆等类型。

一种典型的纯有机硅钢片漆的性能如下:(1) 外观:深棕色液体;

(2) 粘度(4号粘度计, 20℃±1℃):30～70s ; (3) 固体含量(105℃±1℃/2h ) :≥50%;(4) 干燥时间(210℃±1℃):≤12m i n ; (5) 耐油性(105℃变压器油中) :24h 不起泡、不脱落;

(6) 体积电阻率(常态) :≥1. 0×10M Ψ·m ; (7) 介电强度:≥70k V /mm ; (8) 储存期:≥6个月。这种漆的特点是:

(1) 成膜后的附着性和柔韧性好, 这样即可保证工艺操作或运行时冲片变形不致造成漆膜开裂或脱落;

(2) 冲片断面覆盖率高, 有利于保护冲剪断面不生锈;

(3) 可满足F r a n k l i n 测试要求(在150℃+5℃/5. 2M P a /0. 5V (D C ) 下测得的泄漏电流平均值不大于0. 15A , 最大值不大于0. 6A , 见表1) , 以保证铁心正常运行时片间可靠绝缘而不短路;

(4) 涂漆工艺简单容易控制, 对涂漆设备的要求不高, 一般采用双毛毡辊涂漆机既可满足;

(5) 不能耐受F r a n k l i n 烧损测试(用火焰将涂好冲片的漆膜烧掉后, 在150℃+5℃/5. 2M P a /

—5

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0. 5V (D C ) 下测得的泄漏电流平均值不大于0. 2A , 最大值不大于0. 6A ) 。这样就不能保证铁心过热时片间仍保持良好的绝缘状态, 也不能有效地阻止片间短路的扩大;

(6) 耐热性差导致热压收缩率高长度较短的铁心;

(7) 由于有机溶剂在漆的生产和应用过程中都会挥发, 所以会对人身和环境造成危害。2. 2　半无机硅钢片漆

半无机硅钢片漆一般由有机树脂、无机填料和有机溶剂等组成。它是针对纯有机硅钢片漆热压收缩率高的缺点, 在纯有机硅钢片漆的基础上改进而成的。这种类型的硅钢片漆始用于1997年前后, 目前也有较广泛的使用氧酚醛漆等类型。

这类半有机硅钢片漆的性能如下:

(1) 粘度(4号粘度计, 20℃±1℃):35～50s ; (2) 固体含量(105℃±1℃/2h ) :≥50%;(3) 固体中无机成份含量:5%～30%;(4) 无机成份细度:2～5μm ;

(5) 干燥时间(210℃±1℃):≤12m i n ; (6) 耐油性(105℃变压器油中) :24h 不起泡、不脱落;

(7) 体积电阻率(常态) :≥1. 0×10M Ψ·m ; (8) 母漆粘度(4号粘度计, 20℃±1℃) :30～45s ;

批次

纯有机和半无机漆F r a n k l i n 试验

电流

半无机漆F r a n k l i n 烧损

试验电流

100. 011

200. 035

300. 025

5

[2-3]

[1]

(9) 母漆中固体含量(105℃±1℃/2h ) :≥52%;(10) 储存期:≥6个月。这种漆的特点是:

(1) 成膜后的附着性和柔韧性都比较好, 可满足弯曲测试要求(试样在直径38m m 的棒上弯曲后, 漆膜不开裂不脱落) , 这样即可保证工艺操作或运行时冲片变形不致造成漆膜开裂或脱落;

(2) 冲片断面覆盖率较高, 有利于保护冲剪断面不生锈;

(3) 涂漆工艺相对简单也比较容易控制, 对涂漆设备的要求不高但需搅拌装置, 一般采用双毛毡辊涂漆机可满足;

(4) 可满足F r a n k l i n 测试要求(在150℃+5℃/5. 2M P a /0. 5V (D C ) 下测得的泄漏电流平均值不大于0. 15A , 最大值不大于0. 6A , 见表1) , 以保证铁心正常运行时片间可靠绝缘而不短路;

(5) 可较好地满足F r a n k l i n 烧损测试(用火焰将涂好冲片的漆膜烧掉后, 在150℃+5℃/5. 2M P a /0. 5V (D C ) 下测得的泄漏电流平均值不大于0. 2A , 最大值不大于0. 6A , 见表1) 。这样就能保证铁心过热时片间仍保持良好的绝缘状态, 可有效地阻止片间短路的扩大;

(6) 耐热性较好使得热压收缩率较低(见图1) , 会在一定程度上改善电机运行过程中铁心松动现象, 所以与有机漆相比适用于更长的铁心;

(7) 由于有机溶剂在漆的生产和应用过程中都会挥发, 所以会对人身和环境造成危害。

A

600. 03

700. 015

800. 036

900. 012

1000.

02

400. 03

500. 01

(见图1) ,

会在电机运行过程中加剧铁心松动, 所以只适用于

。按半有机硅钢片漆漆基

所用树脂的类型划分, 可分为改性醇酸树脂漆和环

表1　纯有机漆和半无机漆典型试验结果

2. 3　水溶性半无机硅钢片漆

水溶性半无机硅钢片漆一般由有机树脂、无机填料和水等组成。它是针对纯有机硅钢片漆和半无机硅钢片漆的缺点(热压收缩率高和安技环保性能差等) 而开发的。它最根本的改变在于:提高了漆中无机填料的含量, 并用水替代有机溶剂。在国外这种类型的硅钢片漆已经广泛应用。国内在1988～

图1　收缩率与周期的关系

1998年期间也进行了水溶性半无机硅钢片漆的开

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发和研制, 并在一定范围内应用, 后来由于材料和工艺的稳定性等原因而停止了应用。国内目前所使用的水溶性半无机硅钢片漆全部依靠进口。水溶性半无机硅钢片漆新一轮的开发和研制已经展开, 并已开始试应用。按水溶性半有机硅钢片漆漆基所用树脂的类型划分, 可分为醇酸树脂和酚醛树脂等类型。　

水溶性半有机硅钢片漆的典型性能如下:(1) 粘度:40～100s ; (2) 固体含量:≥50%;(3) 无机物含量:40%～80%;(4) 细度:≤3. 2μm ; (5) 密度:1. 7～1. 9g /cm ; (6)F r a n k l i n 试验电流:≤0. 05A ; (7)F r a n k l i n 烧损试验电流:≤0. 13A ; (8) 漆膜的附着性:Ⅰ级; (9)P H 值:8～9; (10) 保质期:6个月。它的特点是:

(1) 成膜后的附着性和柔韧性比较好, 可满足弯曲测试要求(试样在直径38m m 的棒上弯曲后, 漆膜不开裂不脱落) , 这样即可保证工艺操作或运行时冲片变形不致造成漆膜开裂或脱落;

(2) 冲片断面覆盖率较低, 在储存、运输和使用过程中容易导致冲剪断面生锈, 从而影响铁心叠装过程中铁心的压紧程度, 尽而造成运行后铁心的松动;

(3) 涂漆工艺相对比较复杂也比较难控制, 对涂漆设备的要求较高同时需要搅拌装置, 一般采用四橡胶辊涂漆机才可满足要求;

(4) 可满足F r a n k l i n 测试要求(在150℃+5℃/5. 2M P a /0. 5V (D C ) 下测得的泄漏电流平均值不大于0. 15A , 最大值不大于0. 6A , 见表2) , 以保证铁心正常运行时片间可靠绝缘而不短路;

(5) 可很好地满足F r a n k l i n 烧损测试(用火焰将涂好冲片的漆膜烧掉后, 在150℃+5℃/5. 2M P a /0. 5V (D C ) 下测得的泄漏电流平均值不大于0. 2A , 最大值不大于0. 6A , 见表2) 。这样就能保证铁心过热时片间仍保持良好的绝缘状态, 可有效地阻止片间短路的扩大;

(6) 耐热性好使得热压收缩率较低

[4]

3

2) , 会在很大程度上改善电机运行过程中铁心松动现象, 所以与有机漆和半无机漆相比适用于不同长度的铁心;

(7) 由于采用水作溶剂在漆的生产和应用过程中都不会挥发出大量的有害气体, 所以不会对人身和环境造成危害。

表2　Fr a n k l i n 试验及F r a n k l i n 烧损试验数据试样序号标准值12345

F r a n k l i n 试验

电流≤0. 050. 0010. 0010. 0210. 0040. 025

F r a n k l i n 烧损试验

电流

≤0. 130. 0010. 0010. 0480. 0150.

001

A

图2　热压收缩率与周期关系

2. 4　无机硅钢片漆

无机硅钢片漆一般由无机填料和水等组成。它是通过烧结工艺来实现漆的固化, 因此对涂漆设备和烘干设备的要求均非常苛刻。国外曾经开发并使用这种类型的硅钢片漆, 但由于设备和工艺等方面的原因使其应用受到限制。同样的原因, 国内没有进行这方面的开发和研究。这种漆的优点是显而易见的:

(1) 由于它的漆膜是纯无机材料, 所以既可很好地满足F r a n k l i n 测试要求(在150℃+5℃/5. 2M P a /0. 5V (D C ) 下测得的泄漏电流平均值不大于0. 15A , 最大值不大于0. 6A ) , 保证铁心正常运行时片间可靠绝缘而不短路; 又可很好地满足F r a n k -l i n 烧损测试(用火焰将涂好冲片的漆膜烧掉后, 在150℃+5℃/5. 2M P a /0. 5V (D C ) 下测得的泄漏电

—(见图

上海大中型电机2009. N o . 2

流平均值不大于0. 2A , 最大值不大于0. 6A ) , 保证铁心过热时片间仍保持良好的绝缘状态, 可有效地阻止片间短路的扩大;

(2) 由于它的漆膜是纯无机材料, 使其具有极好的耐热性并具有极低的热压收缩率, 会极大地改善电机运行过程中铁心松动现象, 所以与其它漆相比适用于各类不同长度的铁心;

(3) 由于采用水作溶剂在漆的生产和应用过程中都不会挥发出大量的有害气体, 所以不会对人身和环境造成危害。3　硅钢片漆的发展趋势

从以上的叙述中可以了解到各种硅钢片漆的性能、特点、开发和应用情况。综合考虑硅钢片漆的各方面性能要求(特别是硅钢片漆的热收缩性能) 以及开发应用的可能性, 同时考虑环境保护和职业健康的要求, 水溶性半无机硅钢片漆是未来首选和长期可用的一类硅钢片漆(至于它的一些(上接第34页)

　　此设备可操作性强, 其稳定性完全可胜任大中型水轮机座环工地加工的工作。小湾水轮机座环就是采用此打磨设备来达到现场加工的目的, 其现场加工时的情形如图5所示

。

缺欠可采取其它有效措施弥补) 。随着水溶性半无机硅钢片漆的开发研制及试用的不断推进, 水溶性半无机硅钢片漆的应用是一个必然的发展趋势。

参　考　文　献

[1]隋银德. 硅钢片漆热压收缩性能试验[R ]. 哈尔滨大电机研究

科研报告, 2001.

[2]隋银德. 新型半无机硅钢片漆的研究与应用[C ]. 第七届绝缘材

料与绝缘技术学术会议论文集, 1999.

[3]隋银德. 耐受F r a n k l i n 烧损试验的半无机硅钢片漆的研究[J ].

大电机技术, 2002(01) .

[4]石霄峰. 大型发电机定子铁心用水溶性硅钢片漆的研究与应用

[R ]. 哈尔滨大电机研究科研报告, 2007.

作者简介:

　　隋银德, 男, 1963年生, 1987年西安交通大学学士毕业, 2004年哈尔滨理工大学硕士毕业, 高级工程师, 现任哈尔滨电机厂有限责任公司副总工艺师。一直从事高压电机绝缘系统的研究和开发。

达到机组的安装要求。以上座环工地加工设备在结构设计中, 对其通用性进行了周密的考虑, 相类似的水轮机座环的装配平面都可用此设备进行打磨。在以上设备现有的基础上稍加改造, 即可以继续使用于今后工地座环的加工。4　结语

座环工地加工受场地条件的限制, 操作起来非常困难。但是, 根据不同座环工地加工的要求, 研制相对应的加工设备, 采用有效的工艺措施, 完全能够满足加工以及安装的要求。利用座环的工地加工设备, 改变了从前落后的手工打磨方法, 工件的精度和工作效率大幅度提高, 机组安装工期可大大缩短。同时, 座环的平面经加工打磨后, 导水机构的装配精度有了可靠的保证, 使整个机组的综合发电效率大大提高。作者简介:

唐华, 男, 1978年生, 2002年毕业于长春工程学院, 工程师。

图5　座环工地加工现场图

3　使用情况

上述提到的各种水轮机座环加工方式均已顺利地应用于相应电站机组的安装, 各项精度指标全部