高壓電機少膠云母VPI絕緣體系對比分析

呂朝帥，陳中洋，曹佳冉

(中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶400000)

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高壓電機少膠云母VPI絕緣體系對比分析

呂朝帥，陳中洋，曹佳冉

(中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶400000)

摘要介紹了三種高壓電機用少膠云母VPI絕緣體系，通過試驗對三種絕緣體系的樣棒進行產品質量等級評定，并分別從介質損耗和擊穿試驗兩個方面進行對比分析，根據不同的工藝保證能力得出三種絕緣體系的優先選用等級。

關鍵詞高壓電機；絕緣體系；工藝保證能力

0引言

隨著工業的迅猛發展，電機行業也朝著大容量、高性能方向發展，而絕緣的可靠性正是保障電機使用壽命的關鍵，這勢必推動電機絕緣體系向高耐熱等級、高電氣性能、高機械性能、減薄絕緣等方向發展。

少膠粉云母帶VPI真空壓力浸漆絕緣體系云母含量高、絕緣厚度小、絕緣內無氣隙、機械性能優良、電氣性能優越，為增加電機容量、降低電機溫升、延長電機使用壽命提供了可靠的保障，正如上述趨勢所述，少膠粉云母帶VPI絕緣體系正在逐步代替傳統的多膠粉云母帶模壓絕緣體系和中膠粉云母帶VPI絕緣體系成為目前6kV、10kV高壓電機主流絕緣體系。

1少膠粉云母帶VPI工藝的三種不同結構絕緣體系

少膠粉云母帶是以粉云母紙為基材，為了提高云母帶中云母的含量和云母帶的機械強度以單面補強的方式增加補強材料，用含量在4%～8%的環氧膠粘漆為膠黏劑粘結而成的，經用與之相容的浸漬樹脂經真空壓力浸漆絕緣工藝處理后最終固化的粉云母帶。

根據補強材料的不同可以分為若干種云母帶，其中玻璃布少膠粉云母帶和聚酯薄膜少膠粉云母帶以其良好的柔軟性、優異的電氣、機械強度作為主絕緣大量的應用在6kV、10kV高壓電機上。但是在這兩種云母帶中玻璃布少膠粉云母帶在機械強度方面占優，聚酯薄膜少膠粉云母帶具有良好電氣性能，具體區別見表1。

表1　玻璃布少膠粉云母帶和聚酯薄膜少膠粉

在不同的工藝過程中，使用哪種云母帶作為電機的主絕緣，才能使整體絕緣性能最優化是問題的關鍵，故在此主要分析由以上兩種少膠粉云母帶組合而成的三種不同結構絕緣體系的絕緣性能。由于玻璃布少膠粉云母帶的介電強度遠小于聚酯薄膜少膠粉云母帶的介電強度，所以不將單純由玻璃布少膠粉云母帶構成的絕緣體系列入驗證范圍。

1.1　聚酯薄膜少膠粉云母帶VPI絕緣體系

聚酯薄膜少膠粉云母帶采用介電強度高、吸濕性低的聚酯薄膜作為補強材料，提高整體絕緣的介電強度、增加其防潮性，為電機減薄絕緣提供基礎。此種絕緣體系為本文所討論的三種絕緣體系中理論電氣性能最優的一種絕緣體系，但由于聚酯薄膜少膠粉云母帶拉伸強度低、滲透性低容易導致后續繞包云母帶出現斷裂和VPI浸漆不完全等問題造成絕緣內部缺陷，所以此種絕緣體系對工藝保證能力相對要求較高。

1.2　聚酯薄膜少膠粉云母帶與玻璃布少膠粉云母帶混包VPI絕緣體系

由于單純由聚酯薄膜少膠粉云母帶組成的絕緣體系(以下簡稱厚少膠云母帶混包絕緣體系)，對繞包云母帶環節和VPI工藝保證能力相對要求較高，所以考慮增加一種拉伸強度高、滲透性比較好的玻璃布少膠粉云母帶，其與聚酯薄膜少膠粉云母帶進行交叉疊包組成厚少膠云母帶混包絕緣體系來改善整體的拉伸強度和滲透性，放寬對工藝保證能力的要求，降低工藝波動對整體絕緣性能的影響，提高生產效率。

1.3　薄聚酯薄膜少膠粉云母帶與薄玻璃布少膠粉云母帶混包VPI絕緣體系

簡稱薄少膠云母帶混包絕緣體系。由于不同電壓等級對應主絕緣厚度不同，對于厚少膠云母帶混包絕緣體系可能出現疊包奇數層的情況，在疊包最后一層的時候需要將整合云母帶改為單種云母帶，這將降低生產效率。薄少膠云母帶混包絕緣體系是在厚少膠云母帶混包絕緣體系的基礎上適當減薄云母帶厚度以保證相同主絕緣厚度情況下疊包層數為偶數，避免最后一層更換云母帶的環節，提高生產效率。

2試驗數據及對比分析

為了驗證以上三種絕緣體系對工藝保證能力的受限程度，將其分別以6kV、10kV兩個電壓等級共做6組試驗，且每種絕緣體系中電壓等級的絕緣厚度應保持一致。根據JB/T 50133《中型高壓電機少膠整浸線圈產品質量分等》進行產品質量水平評定，試驗數據及質量等級見表2。

表2　試驗數據及產品質量水平評定

2.1　從介質損耗方面分析

介質損耗是介質中存在電流而產生的損耗。理想的絕緣介質內部沒有自由電荷，實際的電介質內部總是有少量的自由電荷存在，除此之外，電介質中也存在著束縛電荷，在外電場的作用下束縛電荷的局部移動導致宏觀上顯示出電性，在電介質表面和內部不均勻的地方出現電荷，它們是造成電介質漏電的原因。

電機的絕緣缺陷分為集中式缺陷和分布式缺陷，集中式缺陷指絕緣局部損傷、受潮、存在氣泡等一點或幾點缺陷，而分布式缺陷是指絕緣老化變質、普遍受潮等整體缺陷。如果絕緣內部的缺陷不是分布性的而是集中性的，則測試介質損耗的方法就不是很靈敏，被試絕緣的體積越大就越不靈敏，而電機運行中的絕緣缺陷多是集中性的，且整體絕緣體積很大，測試介質損耗的方法反應絕緣缺陷的效果就很差，反之若介質損耗超標則意味著絕緣損壞比較嚴重，所以介質損耗是否合格是判定電機絕緣是否完好的重要指標。

2.1.1聚酯薄膜少膠粉云母帶VPI絕緣體系

6kV聚酯薄膜少膠粉云母帶VPI絕緣體系的0.2UN常態介損合格，而常態介損增量和每0.2UN間介損增量均不合格，是因為絕緣內部存在云母帶斷裂、局部氣泡等絕緣缺陷，當電壓較低時對介質損耗沒有太大影響，當電壓高于空氣起始電壓時空氣產生游離，導致極化電流上升介質損耗急劇增加。這就驗證了聚酯薄膜少膠粉云母帶拉伸強度低導致在疊包云母帶的環節容易出現疊包不緊密、云母帶斷裂，滲透性低導致VPI浸漆環節壓力不夠使絕緣內部存在過多氣泡，而10kV聚酯薄膜少膠粉云母帶VPI絕緣體系介損相關參數合格，更加說明此種絕緣體系更大程度的受限于工藝的波動性。

2.1.2少膠云母帶混包絕緣體系

后兩種絕緣體系均為少膠云母帶混包絕緣體系，區別只在于云母帶的厚度不同。這兩種絕緣體系在介質損耗參數方面均合格，且質量等級優等率大致相同，薄少膠云母帶混包絕緣體系此參數的質量等級優等率高于厚少膠云母帶混包絕緣體系，也可說明在相同絕緣厚度情況下，雖然薄少膠云母帶混包絕緣體系比厚少膠云母帶混包絕緣體系疊包的層數多，生產過程中出現絕緣缺陷的可能性更大，但前者玻璃布少膠云母帶的含量略高，拉伸強度高、滲透性更好，可通過增加繞包云母的拉力和提高相對VPI浸漆壓力來彌補絕緣內部容易存在缺陷的缺點。所以通過試驗數據可認為薄少膠云母帶混包絕緣體系和厚少膠云母帶混包絕緣體系絕緣性能為同一等級，可根據不同的主絕緣厚度進行選擇。

2.2　從擊穿試驗方面分析

絕緣被擊穿說明絕緣介質中自由電荷過多導致絕緣介質呈現導電性，使其失去絕緣能力，而擊穿電壓和擊穿場強的高低更直觀的體現了絕緣性能的強弱。聚酯薄膜少膠粉云母帶絕緣體系中6kV樣品的擊穿試驗數據合格，10kV樣品內部存在缺陷導致擊穿電壓不合格，而其他兩種絕緣體系擊穿試驗方面數據均合格，這也說明了聚酯薄膜少膠粉云母帶絕緣體系對工藝的保證能力要求很高。

除此之外，聚酯薄膜少膠粉云母帶絕緣體系的擊穿電壓為68.18kV，混包云母帶絕緣體系的擊穿電壓為72.16kV。從圖1可以看出雖然聚酯薄膜少膠粉云母帶絕緣體系的擊穿電壓低但是損壞嚴重，這說明了若工藝保證能力不強，電機的使用工況越惡劣，聚酯薄膜少膠粉云母帶絕緣體系就越容易受損，存在很大的安全隱患。所以從擊穿試驗方面來看聚酯薄膜少膠粉云母帶絕緣體系的性能遠不如其他兩種混包云母帶絕緣體系。

圖1　兩種云母帶擊穿電壓

3結語

通過以上試驗分析得出以下結論：三種絕緣體系中，聚酯薄膜少膠粉云母帶VPI絕緣體系理論絕緣性能最好，但需要成熟的工藝做支撐，否則適得其反，在工藝保證能力不是很成熟的條件下可選用聚酯薄膜少膠粉云母帶和玻璃布少膠粉云母帶混包而成的VPI絕緣體系，云母帶的厚度可根據實際主絕緣厚度和疊包云母帶環節工藝決定，對絕緣性能的影響可忽略。

參考文獻

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Contrastive Analysis on Less Resin Mica VPI Induction System

of High-Voltage Motor

LyuChaoshuai,ChenZhongyang,andCaoJiaran

(China Coal Technology Engineering Group Chongqing Research Institute, Chongqing 400000, China)

AbstractThis paper introduces three kinds of less resin mica VPI insulation systems for high-voltage motors. Quality grade of the product with these three kinds of insulation systems is evaluated by the test, and comparative analysis are made from aspects of dielectric loss and breakdown test separately. Priority of the three kinds of insulation systems are obtained by different technical assurance capabilities.

Key wordsHigh-voltage motor；insulation system；technical assurance capabilities

收稿日期：2015-09-21

作者簡介：呂朝帥男1986年生；畢業于哈爾濱理工大學電氣工程及其自動化專業，現從事高壓電機的設計研發工作.

中圖分類號：TM303.4

文獻標識碼：B

文章編號：1008-7281(2015)06-0037-004

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2015.06.12