水輪發(fā)電機(jī)定子線圈VPI絕緣工藝探索

何曉娥，吳 洋，何兆榮

(1.重慶水輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，重慶402283；2.哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040)

0 引 言

目前水輪發(fā)電機(jī)定子線圈制作采用多膠和少膠兩種工藝，少膠即真空壓力浸漬(vacuum pressure impregnation，VPI)工藝，其中圈式定子線圈多采用單只多膠或嵌裝后整體VPI，單只VPI工藝尚未成型[1-2]。VPI工藝相比多膠工藝具有以下優(yōu)勢(shì)：絕緣整體性更優(yōu)，線圈電氣性能更好，單邊絕緣減薄，定子重量減輕，利于散熱，更環(huán)保，工人勞動(dòng)強(qiáng)度降低，工作效率提高，工裝數(shù)量減少，成本降低等[3]。

高壓電機(jī)VPI已成為未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，為了適應(yīng)市場(chǎng)，公司積極開展了VPI絕緣系統(tǒng)行業(yè)調(diào)研、絕緣材料廠調(diào)研、VPI行業(yè)學(xué)習(xí)、絕緣工藝規(guī)范制定及完善、工裝模具設(shè)計(jì)、產(chǎn)品工藝試驗(yàn)等。 經(jīng)過(guò)前期技術(shù)準(zhǔn)備和調(diào)研，已具備研發(fā)水輪發(fā)電機(jī)定子線圈單只VPI的能力。合同技術(shù)協(xié)議要求定子線圈(圈式)采用單只VPI工藝，并在電站現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行整體疊片下線。為了滿足這一要求，開展了圈式定子線圈單只VPI工藝研發(fā)。

1 浸漬樹脂選型

通過(guò)前期調(diào)研，綜合考慮到環(huán)保、長(zhǎng)期貯存穩(wěn)定性、性能、應(yīng)用管理等因素，在浸漬漆選型上排除了帶苯乙稀等具有污染的體系以及難于管理的環(huán)氧酸酐絕緣體系(易吸潮、黏度增長(zhǎng)快、加熱至60 ℃)，擬選擇近年國(guó)內(nèi)應(yīng)用較為成熟的低黏度純環(huán)氧體系[4-5]。

優(yōu)選A公司和B公司兩家供應(yīng)商，分別采用1 169低黏度高純度環(huán)氧樹脂和 9 965純環(huán)氧樹脂進(jìn)行工藝試驗(yàn)，并進(jìn)行兩家浸漬漆性能的綜合比較分析和評(píng)估。根據(jù)本公司提供的VPI絕緣技術(shù)要求，兩家供應(yīng)商采用不同的絕緣結(jié)構(gòu)，進(jìn)行線棒的絕緣包扎、真空壓力浸漬烘焙，并進(jìn)行相應(yīng)的電氣性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表1和表2。

表1 A公司提供樣棒測(cè)試結(jié)果Table 1 Sample bar test results provided by company A

表2 B公司提供樣棒測(cè)試結(jié)果Table 2 Sample bar test results provided by company B

根據(jù)A公司和B公司提供的樣棒測(cè)試平均數(shù)據(jù)，與公司多膠系統(tǒng)絕緣厚度、介質(zhì)損耗值及擊穿強(qiáng)度等進(jìn)行對(duì)比，具體見表3。

表3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比Table 3 Comparison of test data

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比可知：

1) 采用A公司和B公司低黏度高純度環(huán)氧樹脂和少膠帶，常態(tài)介損均能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，特別是介損增量較小，可以滿足一些用戶的較高要求。

2) 平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)均較高，能達(dá)到優(yōu)等品水平(10.5 kV級(jí)水發(fā)圈式定子線圈擊穿電壓分等標(biāo)準(zhǔn)：合格品EB≥20 kV/mm；一等品EB≥24 kV/mm；優(yōu)等品EB≥28 kV/mm)，采用較薄的絕緣即能達(dá)到較高的擊穿電壓，并滿足國(guó)標(biāo)要求，有利于機(jī)組絕緣減薄，降低制造成本。

3) B公司提供的樣棒試驗(yàn)數(shù)據(jù)整體優(yōu)于A公司，最終浸漬漆選擇B公司9 965純環(huán)氧樹脂。

2 工藝試制

2.1 工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖1所示為設(shè)計(jì)的浸漆工裝(包含浸漆內(nèi)膽、瀝漆支架等)，其既能保證產(chǎn)品生產(chǎn)周期，又能最大限度地降低成本。

圖1 浸漆工裝Fig.1 Paint dipping engineering decoration

2.2 線圈制作

依據(jù)合同技術(shù)協(xié)議、結(jié)合圈式線圈傳統(tǒng)VPI工藝[6]，首先對(duì)這兩種圈式線圈VPI制作工藝從不同角度進(jìn)行對(duì)比分析，具體見表4。

表4 不同工藝對(duì)比分析Table 4 Comparative analysis of different processes

經(jīng)過(guò)不同工藝對(duì)比分析，單只圈式線圈只能采用優(yōu)化VPI工藝[7-8]，才能滿足技術(shù)協(xié)議。經(jīng)過(guò)不斷地摸索與試驗(yàn)，得出線圈制作工藝流程，如圖2所示。

圖2 工藝流程圖Fig.2 Technological process flow chart

考慮到圈式線圈下線方式為“階梯形”，特別是提槽部分，需要線圈本身具備一定的柔韌性，才能確保順利進(jìn)行提槽和下線。

1) 匝間絕緣、主絕緣采用5442-1玻璃補(bǔ)強(qiáng)少膠云母帶包扎。

2) 匝間及主絕緣包扎后均進(jìn)行1次VPI浸漆。

3) 嚴(yán)格控制后處理的溫度和時(shí)間。

3 試驗(yàn)分析

經(jīng)過(guò)試制，隨機(jī)抽檢其中一部分線圈進(jìn)行常態(tài)介質(zhì)損耗正切及其增量試驗(yàn)和擊穿試驗(yàn)，結(jié)果見表5。

表5 試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Test results

由表5可知，采用單只圈式線圈改良VPI工藝，常態(tài)介損及增量、 擊穿場(chǎng)強(qiáng)均能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求， 且能達(dá)到優(yōu)等品10.5 kV級(jí)水發(fā)圈式定子線圈常態(tài)介損及增量分等標(biāo)準(zhǔn)，即合格品tanδ0.2UN≤3.0，Δtanδ≤2.0；一等品tanδ0.2UN≤2.0，Δtanδ≤1.0；優(yōu)等品tanδ0.2UN≤1.5，Δtanδ≤0.5。

為確保采用該工藝制作的成品線圈運(yùn)至電站現(xiàn)場(chǎng)后能順利提槽下線，在廠內(nèi)鐵心試疊片后進(jìn)行了模擬提槽下線，以驗(yàn)證線圈是否具有足夠的柔韌性，是否能夠正常提槽下線。經(jīng)驗(yàn)證，采用該工藝批量制作的線圈具有足夠的柔韌性，能夠正常提槽下線，并且絕緣層不受損傷。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)水輪機(jī)圈式定子線圈單只VPI浸漬樹脂選型、工藝試制、試驗(yàn)分析等方面進(jìn)行研究，結(jié)果表明，在水輪發(fā)電機(jī)中，圈式定子線圈采用單只VPI工藝能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

從電機(jī)繞組整體考慮，需要嚴(yán)格控制后處理的溫度和時(shí)間，才能保證線圈具有一定的柔韌性，便于提槽下線。