高压电机新型云母带绕包线研究

1、高压电机新型云母带绕包线研究陆芸（上海电机厂有限公司，上海 200240摘要:介绍了新型云母导线的结构和优点，通过大量的试验论证了该导线的性 能和与绝缘系统的相容性。关键词:匝问绝缘；云母导线1前言2004年，我公司引进了日本T ME I C公司的技术。电机绕组的质量是高压电机 质量的关键，其中，匝间绝缘质量是绕组质量的关键。匝间绝缘在实际运行中常常要 承受峰值极高的瞬态过电压冲击，其值远远高于匝间正常工作电压，对匝间绝缘威胁 极大。匝间绝缘相对较薄，制造中容易受机械损伤。匝间过电压在绕组中分布极其 复杂，要从给定的电机结构来计算它目前还没找到规律。由于匝问质量的重要性,1EC关于匝间耐冲击电

2、压标准最新版提出了更高的要求。要提高电机的可靠性，就要有高水平的匝间绝缘以利于提高电机的可靠性。但是可靠性和先进性是一对矛盾。 一方面，要求增加匝间绝缘厚度，使之具有足够抵抗越来越高的浪涌过电压的袭击 ，确 保可靠性；另一方面，受到电机的槽形尺寸限制，不允许匝间绝缘厚度随电压增高按比 例增加。因此，在开发新型绝缘导线时必须兼顾两者的平衡。2试验2.1 匝间绝缘结构设计一般地说匝间绝缘受到的冲击电压，有来自外界的雷电波，也有来自电机的开关 过程。这类的过电压的数值可以达到相电压的 45倍，而且波头时间很短，波头很 陡。如果这过电压是均匀分布的，则匝间电压并不高。但由于冲击波不是均匀分布 于各个线

3、圈的各个线匝，而是集中于首末线圈的首末线匝上，即有80%的波幅落在相 头或相尾第一线圈的首匝或末匝。通过对国内导线用云母带的研究，决定采用上海新艺绝缘材料厂的薄膜云母带 作为导线的绝缘材料。该薄膜云母带技术指标见表1。表1薄膜云母带的技术指标项目 5441-1P标称厚度/mm0.07厚度偏差平均值/mmt 0.01个别值/mmt 0.015总质量/g m-2105 10云母含量/%> 50聚酯薄膜定量/g m-235 3胶粘剂J含量/%)< 15挥发物含量/%)< 1.0介电强度/MVm- 150拉伸强度/Nc m-1>302.2 云母导线的绝缘结构根据使用经验，对于6

4、kV电机和10kV电机的绝缘导线采用如下结构：6k V电机用薄膜云母导线由薄膜云母带绕包 3层而成，云母带的云母面紧贴导 线，薄膜朝外。10kV电机用薄膜云母导线由薄膜云母带绕包 4层而成，云母带的云母面紧贴导 线，薄膜朝外。2.3国产导线的技术要求及实测性能通过对国内较有实力的电磁线厂协商，在A厂和B厂试制了以上两种结构的电 磁线,其技术要求和实测性能见表2、表3。2008.NO.2高压电机新型云母带绕包线研究表2 6kV电机导线的技术要求、实测性能序号项 目技术要求A厂实测性能B厂实测性能1外观表面光洁、色泽正常云母带绕包平整，搭接均匀，表面无缺陷云母带绕包平整，搭接均匀,表面无缺陷2绝缘

5、厚度/mm0.380.420.410.420.410.42 4弯曲10a绝缘层不开裂绝缘层不 开裂绝缘层不开裂5弯曲10b绝缘层不开裂绝缘层不开裂绝缘层不开裂6弯曲6a绝缘层不开裂绝缘层不开裂绝缘层不开裂7弯曲6b绝缘层不开裂绝缘层不开裂绝缘层不开裂8热冲性能6a,6b弯曲后180c 0.5h后冷至室温，绝缘层不开裂绝缘层不开裂绝缘层不开裂9击穿电压/k V6a >4.57.17.27.2 6.710击穿电压/k V6b >4.55.85.96.0 4.8表3 10kV电机导线的技术要求、实测性能序号项 目技术要求A厂实测性能B厂实测性能1外观表面光洁、色泽正常云母带绕包平整，搭接

6、均匀，表面无缺陷云母带绕包平整，搭接均匀,表面无缺陷2绝缘厚度/mm0.520.560.530.550.530.55 4弯曲10a绝缘层不开裂绝缘层不 开裂绝缘层不开裂5弯曲10b绝缘层不开裂绝缘层不开裂绝缘层不开裂6弯曲6a绝缘层不开裂绝缘层不开裂绝缘层不开裂7弯曲6b绝缘层不开裂绝缘层不开裂绝缘层不开裂8热冲性能6a,6b弯曲的试样，180C 0.5h后冷至室温，绝缘层不开裂绝缘层不开裂绝缘层不开裂9 击穿电压/k V6a >68.87.98.5 7.4 10击穿电压/k V6b >66.96.36.0 5.82.4 模拟线棒试验2.4.1 线棒的制作将1.9mnm< 7

7、.1mm云母导线落料洪长度为1000mm。取落料好的云母线20 根，采用双排10匝结构，在两排之间居中位置放置长度为 800mm的环氧玻璃坯布，然 后用粘带固定，再热压成型。2.4.2 线棒匝间耐压试验表4 6kV电机用导线的击穿电压和击穿部位 kV序号击穿值击穿部位序号击 穿值击穿部位125直线部928直线部220分离处1024直线部328直线部1128直线部421靠近分离处1228直线部520分离处1328直线部627直线部1428直线部728直线部1528直线部828直线部1628直线部将制成的线棒端部分开，在分开处垫上聚芳纤维纸，以防在线匝分开时绝缘 受到损伤导致无效击穿。在相邻线匝施

8、加脉冲 (1.2/50峰值0.65 (4UN+5的冲击电压，全部通过。对以上线匝实施脉冲击穿。 6k V电机用导线的击穿 电压及击穿部位见表4,10k V电机用导线的脉冲击穿电压均大于 30k V(设备的最高 电压。2.5 线圈试验电机运行中，过电压是直接加在绕组上的，电压分布受侵入波形状、绕组尺寸、 匝数及排列方式等多种因素影响，进线端第一只线圈将受到最高的电应力冲击。实 际的匝间击穿多发生在首尾线匝之间沿线匝周边闪络击穿。在实际电机绕组中，整只线圈内部线匝之间的击穿水平除和基础匝间绝缘水平相关外，还受到线匝周边绝 缘状态的影响。因此，要掌握匝间绝缘的水平，除掌握相邻线匝之间的耐电压上海大中

9、型电机2008.NO.2水平外，还必须掌握整只线圈的水平。结合电机实际生产情况，采用两个生产厂家生产的电磁线制作了模拟线圈。2.5.1线圈的制作采用1.9mm X7.1mm的线规，按图纸进行绕线，线圈为双排10匝梯形线圈结构。匝问胶化材料采用0.21No mex上胶纸，垫在直线居中位置，用粘带固定。匝间胶化完 成后，再将线圈按图纸尺寸拉型，共制得28个线圈。2.5.2匝间耐压试验2.5.2.1测 试情况对以上制彳的线圈，在线圈两引线之间按JB /T 10098-2000标准进行脉冲(1.2/50人细直0.65(4U N +5施加冲击电压，所有28个线圈全部通过。2.5.2.2匝问 击穿电压试验

10、将所有28个线圈在斜边中间锯开，分成4个部分，再将各个部分的端面导线分开 确保不损伤绝缘。在分开处垫上聚芳纤维纸，在相邻匝间进行工频电压的击穿试验， 升压速度1000V /s。 A厂两种电磁线的各个部位的击穿值见表 5(6k V、表6(10©k V 。 B厂两种电磁线的各个部位的击穿值见表7(6k V、表8(10k V表5 A厂6kV电磁线击穿值kV种类A厂7只线圈直线+R部14个鼻部14个最大值15.820.0最小值9.09.9平均值12.714.3表6 A厂10kV电磁线击穿值kV种类A厂7只线圈直线+R部14个鼻部14个最大值19.321.9最小值8.310.8平均值16.01

11、8.2表7 B厂6kV电磁线击穿值kV种类B厂7只线圈直线+R部14个鼻部14个最大值14.016.3最小值7.79.8平均值9.312.4表8 B厂10kV电磁线击穿值kV种类B厂7只线圈直线+R部14个鼻部14个最大值15.616.7最小值7.011.3平均值12.413.92.6 匝间绝缘与系统相容性的评估试验 2.6.1浸透性将以上两厂各6只线圈按6kV规范和10k V规范包扎绝缘，线圈引出线部位用 自粘性硅橡胶带封头后进行VP I浸漆。浸漆后剖开线圈绝缘，观察导线绝缘材料的 浸透性。观察结果表明12个线圈导线绝缘的云母带层已浸透。表明导线绝缘的云 母带浸透性良好 符合匝间绝缘结构的设

12、计要求，实际情况见图1、图2。图1 6k V导线浸漆后2008.No .2高压电机新型云母带绕包线研究|onun|产:第遇 H11nd|l AH-*$f1453m4|KWNQipwu«r图2 10k V导线浸漆后2.6.1 制作测试线棒将1.9mm >7.1mm云母导线落料，其长度为500mm。取落料好的云母线20根, 采用双排10匝结构，在两排之间居中位置放置长度为 800mm的环氧玻璃坯布，然后 用粘带固定。在150c左右进行热压，热压时间20m in,自然冷却后取出线棒pnbitMuv'cvirriKr VIgJipiRpriit 11MM)W5mi dim VE

13、 味VJ ICMMiMI1。用以上制成的线棒，在外面半叠包4层0.13mm X25mm厚的5442-1P玻璃粉 云母带，在线棒中间200mm位置半叠包1层0.09mm X25mm厚的整浸低阻带，再 经 S D1149绝缘漆V P I处理后测试性能如下。2.6.2.1电压-tan6特性（见图3图3 电压-tan6曲线2.6.2.2温度-tan6特性（见图4图4 温度-tan特性（下转第47页上海大中型电机2008.No .2=1.08 106N;的具有斜度的锥形它在运行中产生了轴向电磁力。电动机两侧轴承均是单列向 心轴承，受轴向力能力较差。此轴向力易引起轴承的损坏。同时由于定转子气隙不 均匀,工

14、作中产生涡流损耗，造成电机发热与振动严重。图2电磁力分解示意从图2中可以看出：无锥度的转子和定子间产生的电磁力是垂直于转子表 面，形成转矩；而有锥度的转子和定子间产生的电磁力是垂直于转子表面，但与转动中心轴线有夹角，垂直于转动中心的分量形成转矩。而平行于转动中心轴线的分量也 是损坏负载侧轴承的原因之一。4处理办法鉴于以上两种原因，导致此风机电机两次扫膛事故发生。彻底的解决方法是：将转定子铁心拆散后，重新浸绝缘漆、排序、叠压，将已磨损处的硅钢片打乱原来的秩 序进行重新排列使其分散于整个长度，不形成某一处的锥度。由此可同时解决涡流发热和锥度产生轴向力的问 题。但抽轴和叠压矽钢片至少需要 100t以

15、上的冲压设备修理费用昂贵，不如购置新 机。在生产实际当中，解决该问题最经济有效的办法是：（1两半联轴器之间间隙 必 须大于最大热膨胀量£值0.48mm,一般预留0.51mm间隙为宜，以防止产生轴向热膨胀应力而损坏电 机轴承;（2在负荷侧将原轴承更换为止推轴承，可承受一定轴向电磁力（Nto（3将电机转子轴进行倒置，与轴承箱重新找正安装；（4确保油泵、冷却装置等附 属设备的正常工作，加强电机监护运行，以提高该台机组的最大利用率。5结语从此电动机在修理使用过程中，根据故障机理作一些简单的处理，虽不能从根本 上彻底解决问题，但基本可以满足生产的需要。参考文献1李贞权.维修电工技师手册M.北京:机械工业出版社，1999.2朱孝录.机械传动设计手册M.北京:电子工业出版社，2007.（上接第42页2.6.2.3热老化试验线棒一共20根初始状态热老化时间40天80天120天平均击穿电压/k V63.555.3954.0650.01 2.6.2.4电老化试验20k V电压下5点的电老化寿命为225、288、468、474、481h,中值点为468h。15k V电压下的电老化试验已进行了 12000多小时,5根线棒均没有击穿。2.6.2 测试结果通过以上测试表明该导线的使用与整个体系的相容性良好，完全满足匝间绝缘 设计的要