1147-2真空压力浸渍用环氧浸渍树脂及其在高压电机上的应用

1、1147-2 真空压力浸渍用环氧浸渍树脂及其在高压电机上的应用杨杰 1,2,张奕黄 2,李雪 3,陈红生 4,薛长志 4(1.国电联合动力技术(宜兴有限公司，江苏宜兴 214203; 2.北京交通大学,北京100044;3.上海同立电工材料有限公司，上海 201605;4.南车株洲电机有限公司，湖南株洲412001概要:主要介绍了 1147-2 真空压力浸渍用环氧浸渍树脂的性能指标、常规电性 能及其在高压电机上的应用情况，结果表明 1147-2 浸渍树脂是一种更适宜国内工艺 技术条件的环保型高性能浸渍树脂。关键词:环氧酸酐；真空压力浸渍；高压电机1147-2 Epoxy VPI Resin a

2、nd Its Application on High Voltage MotorYang Jie 1,2, Zhang Yi-huang2,Li Xue 3, Chen Hong-sheng 4, Xue Chang-zhi 4(1.Guodia n Uni ted Power Techno logy (Yixi ng Compa ny LTD., Yixi ng 214203, China; 2. Beiji ng Jiaot ong Un iversity, Beiji ng 100044, Chi na; 3. Sha nghai To ngli ElectricMaterial CO.

3、, LTD,Shanghai 201605, China; 4. CSR Zhuzhou Electric CO.,LTD. , Zhuzhou412001,Chi naAbstract: The performa nces and conven ti onal electrical properties of 1147-2 epoxyVPI res in and its applicati ons on high voltage motors were in troduced mainly. Resultsshow that 1147-2 impreg nated resi n is a k

4、i nd of en vir onmen tal frie ndly impreg natedres in with high performa nee, which is more suitable for the domestic tech no logy con dition.Key words: epoxy an hydride; vacuum pressure impreg nati on; high voltage motor1 前言目前高压电机定子主绝缘系统可以分为两条技术路线：一是以美国 GE 公司Micadur 绝缘和法国 A-A 公司 isotenax-N 绝缘为代表的环氧

5、粉云母带多胶体系,采用 液压或模压成型的连续式绝缘；另一是以美国西屋公司 Thermalastic 绝缘和瑞士 ABB 公司Micadur 绝缘为代表的环氧粉云母少胶体系，采用真空压力浸渍（VPI 的连 续式绝缘。对于高压电机而言，采用真空压力浸渍（VPI 绝缘结构，云母含量显著提高，有利于提高绝缘的电气性能、耐电晕性和耐电寿命；绝缘内部无气隙，整体性良好，导热性提 高，从而提高电机的技术指标、运行寿命及运行可靠性；同时大大简化线圈制造工艺，缩短生产周期，降低制造成本,有利于提高线圈绝缘质量的稳定性。根据 VPI 整浸浸渍树脂来划分，目前 VPI 技术线路有三类，一类是环氧酸酐-苯乙 烯树脂（

6、典型产品为 Thermalastic 绝缘体系 53841WS 和 53841PU 树脂,第二类是纯环 氧-酸酐树脂（典型产品为西门子 Micalastic 绝缘体系 ET884 树脂，第三类为其它类树 脂,主要包括一般耐热不饱和聚酯树脂（如吴江太湖 1149-2 树脂、改性不饱和环氧酯 树脂（如苏州巨峰 JF9950 树脂、改性不饱和聚酯亚胺树脂（如哈绝 H9110 树脂等。其中，除第二类纯环氧酸酐无溶剂浸渍树脂外，其它树脂都含有苯乙烯、甲基苯乙烯 等溶剂作为稀释剂，在烘焙过程中，树脂中的活性稀释剂普遍存在沸点较低、易挥发 的现象，可能会使绝缘存在气隙和尺寸收缩，只有纯环氧酸酐无溶剂浸渍树脂

7、才能真 正做到无溶剂、基本零挥发、零气隙,VPI 后绝缘整体性好，代表着当前世界最先进 的 VPI 水平。目前国外纯环氧酸酐无溶剂浸渍树脂典型代表 -西门子公司 ET884 树脂，其主 要由低粘度环氧树脂和液态酸酐组成，不含其他稀释剂，固化挥发物小，比较符合环保 要求，因而在国内逐渐得到应用和认可。但 ET884 树脂的室温粘度大，在使用时要加 热到60C70C时粘度才能达到使用要求，在树脂不用时需要冷却至 10C以下储存,在工业生产中，浸渍树脂反复加热冷却，不仅会增加很多电能消耗和工时消耗，而且在 反复使用过程中不可避免的会有部分杂质和促进剂流入浸渍树脂中，在热的作用下，浸渍树脂的使用寿命会

8、大幅度缩短，严重的会导致树脂提前报废。加上 ET884 树脂 从国外进口，价格较高,极大的限制了 ET884 浸渍树脂的在国内进一步推广和普及。2 1147-2 树脂性能介绍上海同立电工材料有限公司在对国外各种浸渍树脂深入研究的基础上，进行了一些有益的改进，开发出了 1147-2 真空压力浸渍用环氧浸渍树脂，经过产品鉴定和反复验证试验表 明其性能基本达到了 ET884 树脂的水平。与 ET884 树脂相比,其室温粘度有明显下 降，可以满足常温下浸渍的工艺条件，缩短了浸渍树脂的加热时间和制冷时间，减少能 源消耗，并且大幅度减缓了由于促进剂流失到树脂中造成的树脂粘度快速增长，有利于延长浸渍树脂的使

9、用寿命。此外,1147-2 与 ET884 树脂同样都不含任何易挥发性 成分,相对于其他含苯乙烯类稀释剂的无溶剂浸渍树脂，减少了在真空和烘培过程中 挥发物气体的排放，有利于改善环境,是更适宜国内工艺条件的环保型高性能 VPI 浸 渍树脂。表 1 为西门子 ET884 树脂与上海同立 1147-2 树脂的性能对比。表 1 两种浸渍树脂的性能对比序号检测项目单位 1147-2 ET884(实测值1 外观一淡黄色透明液体，无机械杂质、不溶粒子无色透明液体2粘度(23CC,旋转粘度计mPa-s 13916.0-17.0(70C3固化挥发份(140C/10h%554 密度 g/cm3 1.1501.16

10、015 树脂在闭口容器中的稳定性(60CC /96h粘度增长倍数 1X1012 5.3X浸水 2 48h 1X1012 5.2X10127 表面电阻率常态Q 1X1014 3.0X浸水 3 48h 3X1013 1.8X10128 介质损耗因数 一W1.0X-20.0019 相对介电常数 一w3.5 3.110电气强度（快速升压常态MV/m 2223.2 155 20浸水 48h 201147-2 真空压力浸渍用环氧浸渍树脂是由高纯度环氧树脂与酸酐固化剂配制 而成的高压电机（VPI 无溶剂浸渍树脂。与国外西门子 ET884 树脂、Von Roll ISOLA 3407同属环氧酸酐类低挥发无溶剂

11、绝缘浸渍树脂。与国外同类型产品相比，其最大的优点在于采用独创的降粘技术，降低了树脂体系的粘度，实现了室温浸渍，节约了大 量能源，缩短生产周期,提高经济效益，填补国内空白。2.1 1147-2 树脂固化挥发份为验证含苯乙烯类活性稀释剂的浸渍树脂和 1147-2 树脂在固化过程中质量损 失的巨大差异，采用105 的钢盘浇注 1.0mm 厚的胶片方法，比较不同种类的浸渍树 脂所产生的挥发份的大小程度。实验数据分别见下表 2 所示。试验只是间接地反映浸渍树脂的固化挥发物水平，无法正确反映电机定子在VPI 处理过程中的真正挥发物水平。考虑到敞口浇片都是在烘箱中进行，升温速率较快，使树脂体系能在较短的时间

12、内实现固化。而电机定子体积、重量较大，烘房的空间又很大，很难实现在同样短的时间内达到与上述方法类似的升温效果。如果使 用传统的苯乙烯为活性稀释剂的浸渍树脂，势必会出现在升温过程中，苯乙烯在未达 到固化温度点时大量挥发，就树脂体系而言，这种挥发量应该比上述试验所测的数值 还要大许多。但是，1147-2 树脂的挥发份指标都不会超过 5%,这对于提高主绝缘的 致密性、电气强度和机械强度都是至关重要的。 1147-2 树脂在固化过程中可以达 到极低的排放量，从环保角度来考虑 1147-2 树脂是真正的无溶剂浸渍树脂。表 2 几种树脂固化后挥发份对比名称固化条件粘度/涂 4 杯 23C(s固化前重量(g

13、固化后重量(g挥发份(%国内 T 厂树脂150C/10h40s9.8546 6.6026 33.0% 9.9784 6.5630 34.2% 1147-2 14C、8h3335s10.8028 10.6452 1.5% 10.8636 10.6198 2.2%11.3203 11.1008 1.9% 11.6172 11.3728 2.1%进口树脂16.0-17.0 mP.s (70C11.5567 11.4088 1.3%11.0782 10.8911 1.7%10.9890 10.7023 2.6% 11.9844 11.6539 2.7%备注:浇铸模具为直径 105mm，深度为 5mm，

14、涂有均匀脱模剂的铁质模具，将其 放置于烘箱中调至水平并预热至 90C。将树脂倒入预热好的模具中，升温至浸渍树 脂固化温度并开始计时。烘箱升温速率 1C/min。2.2 温度对 1147-2 树脂粘度的影响粘度是决定浸渍树脂流动性和渗透性的主要因素。图1 为 1147-2 树脂的粘度温度关系曲线。温度/o C粘度/m P a s -图 1 1147-2 与国外浸渍树脂粘温关系由图 1 可知,1147-2 树脂具有良好的粘度温度特性，在 23C到 30C范围内足以满 足电机绕组的浸渍要求，树脂的渗透性填充性十分优异；与国外树脂相比，1147-2 树脂 的室温粘度大幅度下降，在 20C30C时粘度处

15、于 200mPas80mPas 之间，完全可以 满足电机电气设备的绝缘浸渍，节约了大量能源，缩短生产周期，提高经济效益，填补国内空白。2.3 1147-2 树脂胶化时间由于 1147-2 树脂中没有促进剂成份，所以胶化时间的长短直接取决于少胶粉云 母带中所含促进剂的种类与份量。测试胶化时间时在树脂中另外加入占环氧树脂重 量份的1/100 的 BDMA 作为固化促进剂。在电机实际生产过程中，可以使用含有不 同种类促进剂的少胶粉云母带，具体烘培固化时间因促进剂含量和种类的不同而不同。2.4 1147-2 树脂储存稳定性试验正是因为 1147-2 树脂中没有固化促进剂，所以树脂的储存稳定性十分优异。

16、图 2为 1147-2 树脂在 60C下储存的粘度变化曲线。图 3 为 1147-2 树脂在 30C下储存 的粘度变化曲线。图 2 60C储存粘度-温度曲线图 3 30C储存粘度-温度曲线从图 2 可以看出,1147-2树脂在 60C下储存28天后,其粘度仍低于300mPa.s仍可以满足实际使用 的粘度要求。而在图 3 中,树脂在 30T下储存 120 天后其粘度只有 200 mPa.s 左 右。综上可知,1147-2 树脂的储存稳定性十分优异。3 1147-2 树脂的应用3.1 线棒结构应用对比试验3.1.1 线棒常规电性能对比B为验证 1147-2 树脂绝缘体系，针对 1147-2 树脂绝

17、缘体系和传统的环氧苯乙烯绝 缘体系分别制作线棒，并测试线棒试样的介质损耗和电场强度。模拟线棒制备：采用 7.1 20800 铜排，按相同绝缘厚度分别包扎不同少胶云母带和分别 VPI 浸渍 1147-2 和传统环氧苯乙烯绝缘漆包扎。试样绝缘结构:5 种不同绝缘结构，其中 A1 结构:国产含促进剂薄膜补强少胶 带和玻璃布补强少胶带混包+1147-2 树脂 VPI 浸渍;A2 结构:国产含促进剂纯薄膜补 强少胶带+1147-2树脂 VPI浸渍;a1结构和 a2结构:两家国外知名绝缘材料供应商生 产的含促进剂纯薄膜补强少胶带+1147-2 树脂 VPI 浸渍,B 结构:国产玻璃布补强少 胶带+环氧苯乙

18、烯浸渍漆 VPI 浸渍。线棒经 VPI 处理 1 次之后烘干固化。试样检测：试样检测数据如表 3 所示。表 3 试样检测数据试样常态介损tanS热态介损(0.6U n电气强度(kV/mm 0.2U n 0.4U n 0.6U n 0.8U n 1.0U n 1.2U nA1 0.44 0.45 0.51 0.60 0.77 0.88 0.035 7.25 52.42A2 0.42 0.42 0.47 0.53 0.62 0.70 0.025 6.69 51.65a1 0.55 0.55 0.58 0.63 0.72 0.77 0.0167 7.50 46.94a2 0.44 0.44 0.46

19、 0.50 0.57 0.62 0.01 6.87 53.96B 1.51 1.57 1.70 2.00 2.36 2.57 0.09 14.2 31.51Un=4.2kV从表 3 数据来看根据 JB/T 50133-1999 中型高压电机少胶整浸线圈产品质量 分等评价标准，上述几种纯环氧酸酐体系结构的试验线棒测试结果表明，其几个关 键的电气性能指标：常态介质损耗 tan &热态介质损耗 tan 常态介损增量 tan、 电气强度 Eb等指标的实测数据全面优于传统少胶 VPI 绝缘体系，都能满足 4.2kV 额 定电压的高压电机要求，全面到达优等品要求，而传统少胶 VPI 绝缘体系试验数

20、据相对较差，影响绝缘寿命的介损水平，达不到优等品要求。含促进剂国产少胶 云母带和进口少胶云母带相比，国产材料并不处于劣势。两种体系对比，1147-2 纯环氧-酸酐体系全面优于环氧-苯乙烯胶 VPI 绝缘体系,特别是影响绝缘寿命的介质损耗水平优势非常明显。3.1.2 线棒结构电老化对比试验a 线棒制作:按照 3.1.1 中 A2 结构和 B 结构制造试样。b 试验检测项目：常规检测：测量试样常态和热态(155rtan (Un =4.2kV 和击穿电压 Ub;电老化：电老化试验参数：试验电压:2Un+1kV;试验时间:1200h;电老化之后检测试样常态和热态(155Ctan (Un =4.2k和击

21、穿电压 Ub。c 试验结果如表 4 所示。表 4 电老化试验结果对比项目 1147-2 体系传统少胶 VPI 体系常规性能常态介损 tanS（0.2Un0.61 0.9 热态介损 tanS（0.6Un 3.97 18.8 介损增 量 tanS0.02 0.06 气强度 kV/mm 40.24 38.16电老化后常态介损（0.2Un0.56 4.66 热态介损（0.6Un 1.80 21.70 介损增量 tan S 0.02 0 电 5强度 kV/mm 43.49 35.09从表 4 电老化试验数据来看,1147-2 纯环氧酸酐绝缘体系的试样，在（2Un+1kV 的高电压、155C的高温条件下经过 1200h 的电老化后，其常态介质损耗、热态介质 损耗和电气强度和电老化前基本保持一致，说明其绝缘性能没有劣化，而传统少胶 VPI 绝缘体系的试样，常态介质损耗和热态介质损耗上升、电气强度下降，说明此体系的绝缘性能已开始有明显劣化的迹象。通过比较实验数据,1147-2 纯环氧酸酐绝缘体系的性能全面优于传统环氧苯乙 烯少胶 VPI 绝缘体系，尤其是介质损耗水平,114