大型發電機多膠主絕緣與試驗分析

張影

【摘 要】發電機定子線棒主絕緣性能決定了電機運行的穩定性和可靠性。目前世界上有兩種定子線棒的主絕緣體系，分別為多膠模壓體系和少膠VPI體系，我國的發電設備制造企業從上個世紀60年代起開始研究主絕緣多膠模壓絕緣技術，實際運行經驗和科研試驗及可靠性試驗證明，多膠模壓絕緣與少膠VPI絕緣一樣，都具有優異的性能，可保證發電機安全穩定運行。本文對發電機定子線棒主絕緣體系、主絕緣材料、主絕緣材料的檢驗以及主絕緣的電氣性能試驗做了分析介紹。

【關鍵詞】定子線棒 主絕緣 多膠模壓體系 少膠VPI體系

1概述

大型發電機定子線棒主絕緣是發電機和高壓大電機絕緣系統中最重要的部分 ， 它直接影響電機的技術經濟指標 ， 也在很大程度上決定了電機的運行可靠性和使用壽命。云母帶等主絕緣材料是定子主絕緣的基礎 ， 在一定程度上材料的水平決定了定子主絕緣的水平。隨著發電機單機容量的增大，額定電壓的提高，對于云母帶等主絕緣材料要求更高。

2 研究現狀

目前世界上高壓電機定子線棒主絕緣系統歸納起來可分為兩大技術體系，一種是少膠粉云母帶真空壓力浸漬的少膠絕緣體系。 一種是環氧多膠粉云母帶模壓（或液壓）連續式絕緣體系。少膠云母帶真空壓力浸漬（VPI）體系制造的定子線棒主絕緣材料是采用環氧膠粘劑或不飽和聚酯亞胺樹脂膠粘劑等粘合生云母紙和補強材料而成；環氧多膠粉云母帶模壓（液壓）體系制造的定子線棒主絕緣體系是以熟云母紙為基材，采用環氧膠粘劑粘合熟云母紙和補強材料而成。還有一些派生出來的主絕緣材料，其一是介于少膠和多膠之間的中膠粉云母帶，它主要通過真空壓力浸漬工藝應用于高壓電機中，歸屬于真空壓力浸漬絕緣體系；還有三合一粉云母帶等特殊的主絕緣材料等，這些歸屬于多膠模壓絕緣系統。

云母帶材料主要由 3 部分組成 ： 云母材料、 補強材料和膠粘劑。白云母具有很高的電絕緣性能和較低的介電損耗角正切、抗電弧和耐電暈等特性，又具有力學性能高、耐高溫及耐腐蝕等物理化學性能，又能分剝成具有彈性的透明薄片。金云母電性能僅次于白云母，但耐熱性較好，是良好的耐熱絕緣材料。

粘合劑在云母制品中起著將片云母或粉云母紙粘接在補強材料上，使之成為一個整體的作用。粘合劑除決定云母帶的電氣力學性能之外，還是決定云母制品耐熱等級的重要因素。

云母帶用膠粘劑在經歷了以天然樹脂蟲膠和瀝青之后目前云母帶材料大都采用環氧樹脂作為膠粘劑的主體成份，主要因為環氧樹脂固化后粘結性好 ， 固化收縮率小 ， 并且具有良好的電氣、 機械性能和耐潮性耐化學性。 環氧桐油酸酐膠是20世紀60年代初我國用于幾個材料廠家聯合研制的B級粉云母帶，用于大型發電機主絕緣，開始了粉云母代替片云母，B級主絕緣代替A級主絕緣。TOA（桐油酸酐）易于吸水而使得制造的定子線圈出現發空。

云母帶用補強材料主要有云母帶紙、絲綢、無堿玻璃布和薄膜。云母帶補強材料一般采用電工用無堿玻璃布。補強材料提高了云母帶的機械強度 ， 使其能夠承受包扎過程中較大的張力 ， 避免云母帶受到大的損傷，同時它也成為固化后絕緣的骨架。

我國建國后時定子線圈主絕緣使用的材料是黑絕緣（瀝青片云母絕緣）。這種絕緣為熱塑性材料，由前蘇聯引進，污染重、質量差。此外，由于國內白云母片匱乏，需從印度進口，消耗大量外匯，由于當時國家困難，必須開發新的主絕緣材料。

國內從 60 年代初開始進行環氧粉云母絕緣的開發研究 ， 在很短的時間內就研制了以雙酚 A 環氧樹脂為主體 ， 桐油酸酐為固化劑的云母帶材料，并進行了全面的應用試驗。 80 年代中后期開發研制的桐馬絕緣，以其較高的機械、電氣和熱性能及良好的工藝性， 受到了國內各方面的關注 ， 迅速得到推廣應用。

3 材料檢驗

多膠模壓主絕緣技術的關鍵是多膠主絕緣材料，而材料的性能檢驗又是保證多膠模壓主絕緣材料的關鍵，材料性能檢驗是保證多膠模壓主絕緣材料質量的關鍵手段。從原理來分類，多膠模壓主絕緣材料檢驗分為絕緣材料理化性能檢驗，絕緣材料機械性能檢驗，絕緣材料電性能檢驗，其中理化性能檢驗又包括揮發物含量、云母含量、膠含量、粘度、固體量等參數；電性能檢驗包括擊穿強度、介質損耗因數、表面電阻率和體積電阻率等參數。

4 電氣性能試驗

眾所周知，絕緣性能試驗仍是研究大型發電機多膠主絕緣質量的重要手段，通常使用以典型的電氣性能試驗對多膠主絕緣的性能進行檢驗，也可以使用其他的方法，如疲勞試驗進行檢驗。

4.1 疲勞試驗方法

采用三點或者四點彎曲試驗法進行試驗，關鍵在于應變片的粘貼。引伸計和應變片是位移、撓度、形變測試常用的傳感器，為有效感知絕緣表面的微觀變化及內部分層情況，本項試驗中使用應變片作為表面狀況的測量傳感器。在試驗開始前需要將應變片粘貼到試驗線棒的中點表面。

應變片粘貼的是否牢固以及與焊接點接觸電阻的大小都將對試驗過程及結果產生影響，必須保證在粘合涂層盡量薄的前提下將應變片牢固的粘貼到絕緣表面上，同時不能使應變片引腳沾有膠質材料，保證在標定時的總電阻值（包含應變片珊格電阻）與標準電阻的差值在50Ω以內。具體流程包括量取應變片的粘貼位置（線棒的中點），并用鉛筆進行位置標記；在粘貼位置表面薄薄的噴涂酒精，用砂紙進行緩慢磨蝕，直至表面平整；用紗布及脫脂棉簽沿一個方向擦拭待粘貼的表面；用小鉗子將應變片及引線片小心的從聚酯薄膜中取出，并放置（粘貼面朝上并需擺正）在酒精擦拭過的載玻片上；將膠粘劑以極薄的方式涂刷到應變片及引線片的表面上，并干燥1min后，用紗布將應變片及引線片按壓到試驗線棒表面，并用手指按壓5min以上；小心焊接應變片引腳與引出片，引出片與連接線。

4.2 電暈與防暈區監測

主絕緣在包至成線棒后的溫度測量也是一個關鍵步驟，可以使用紅外測溫技術在電氣性能試驗，如耐電壓試驗和起暈試驗過程中進行檢測，在耐電壓試驗和電暈試驗過程中，定子線圈主絕緣及放電暈系統的端部將發熱，并可能發生過熱現象，可以使用紅外熱像儀觀測耐電壓試驗和起暈試驗中定子線圈的溫度，由于具有十分完善的后處理功能，可以實時顯示被測部位的溫度分布。除此之外，由于光線具有耐腐蝕、電絕緣、不受電磁干擾的特點，在高壓電機絕緣測試領域將具有非常廣泛的應用前景。目前許多的高壓多膠模壓主絕緣測試設備都是應用光纖遠傳技術從高壓側提取信號進行接地試品高壓端測試。