分子蒸馏环氧酸酐VPI树脂的性能及其在风电上的应用

分子蒸馏环氧酸酐VPI树脂的性能及其在风电上的应用陶纯初;宁方为;李翠翠;刘波【摘要】对三大系列JF-9955分子蒸馏环氧酸酐VPI树脂的性能进行了详细的对比性研究，表明该系列树脂均具有优异的综合性能.文章还对环氧酸酐VPI树脂三大系列的各自特点进行了介绍.针对风电运行环境的特殊性，进行了模拟线棒冷热循环试验，结果表明JF-9955系列VPI树脂具有极其优异的耐冷热循环冲击性能，完全满足风力发电机的极端运行环境.【期刊名称】《电器工业》【年(卷)，期】2012(000)006【总页数】3页(P55-57)【关键词】分子蒸馏双酚A环氧树脂;环氧酸酐VPI树脂;风力发电【作者】陶纯初;宁方为;李翠翠;刘波【作者单位】苏州巨峰电气绝缘系统股份有限公司;苏州巨峰电气绝缘系统股份有限公司;苏州巨峰电气绝缘系统股份有限公司;苏州巨峰电气绝缘系统股份有限公司【正文语种】中文1前言风能因具有清洁环保、可再生、蕴藏量大、分布广泛等特点而受到越来越多的开发利用，风力发电是风能利用最主要的方式之一[1]。相比于其它新能源，风力发电技术相对成熟、发电成本更低，使得风电成为目前最具开发利用前景的新能源。近年来，在国家政策的大力支持下，我国的风力发电事业得到迅速发展。目前风力发电机的单机容量也越来越大，兆瓦级风力发电机已成为主流,5MW、10MW风力发电机已进入应用阶段。但是，由于风速的多变性，使得目前99%的风电需要依靠逆变器变频、变流后方能接入电网，而在变频脉宽调制过程中会产生2~5倍于额定电压的高频尖峰脉冲，对变频电机绝缘造成连续性重大冲击。随着风力发电机单机容量和电压的不断增加，由高频脉冲引发局部放电造成的风力发电机绝缘失效问题，特别是匝间绝缘和端部绝缘失效也日益突显出来［2-4］。风力发电机多在沙漠、草原、海边或海中等恶劣环境中长期运行，因此对绝缘材料及绝缘技术提出更高的要求，对绝缘整体致密性、绝缘寿命、耐电晕、局放、长期电热老化、耐水、耐盐雾、耐霉菌等方面的性能也要求越来越高。VPI技术是当今世界上最先进的绝缘处理技术。VPI技术应用于发电机定子线圈的制造，可以最大限度地减少定子线圈主绝缘内部的气隙，从而降低线圈的介质损耗，减少局部放电的可能性，增加主绝缘的电气强度，提高主绝缘的导热性、耐电晕性，减少环境、化学等外因对主绝缘的损伤，延长绝缘寿命［5］。环氧酸酐树脂体系是国夕卜三大主流VPI树脂之一，是真正的无溶剂VPI树脂，VOC排放几乎为零、闪点高、饱和蒸汽压低、固化时挥发份小于1%，绝缘整体结构致密性好，无气隙，可有效降低高频脉冲引发的局部放电，延长风力发电机绝缘系统的耐变频能力和绝缘寿命。因此，在国外，环氧酸酐VPI树脂除广泛应用于大中型高压发电机外，也广泛应用于兆瓦级以上风力发电机的制造。苏州巨峰电气绝缘系统股份有限公司于2007年成功研发出双酚A环氧树脂的分子蒸馏技术，首先实现双酚A单分子环氧（n”0）的国产化。经过多年在电机生产企业的大面积推广应用，为满足不同电机生产企业生产应用的不同需求，目前JF-9955环氧酸酐VPI树脂已经发展为三大系列满足大型高压电机生产使用的加热型JF-9955-1树脂；满足中高压电机、风电电机生产使用的常温型JF-9955-2树脂；满足风电电机、重型电机生产使用的含促进剂JF-9955-3树脂。加热型和常温型树脂必须与含有特定促进剂的云母带配合使用，区别在于浸渍温度、生产产品种类不同；含促进剂JF-9955-3树脂用于室温浸渍，对配合使用的云母带是否含有促进剂没有要求，生产厂家可选择范围较广。本文对JF-9955三大系列的环氧酸酐VPI树脂的常规性能、固化物的力学性能、电气绝缘性能进行对比研究。并针对风电运行环境的特殊性，进行2.5MW风电模拟线棒冷热循环试验，结果表明JF-9955系列VPI树脂具有极其优异的耐冷热循环冲击性能，完全满足风力发电机的极端运行环境。2实验2.1原材料双酚A分子蒸馏环氧树脂，自制；低粘度活性环氧稀释剂，工业品；固化剂，液体酸酐，工业品；潜伏性固化促进剂，工业品。2.2测试仪器CAP2000+旋转粘度计；电子万能材料试验机KQL；JBL-5简支梁冲击试验机；QS30型高压电桥；ZC36型高阻计；HT-50C型击穿电压测试仪。2.3测试方法JF-9955三大系列树脂体系储存稳定性对比环氧酸酐重量比1:1（即JF-9955-1型树脂）为基础，加入活性稀释剂即命名为JF-9955-2树脂，加入潜伏性固化促进剂命名为JF-9955-3树脂，混合均匀。采用250ml玻璃瓶装入200ml（大约230g）树脂，在规定温度下密封存放°JF-9955-1储存稳定性对比实验温度为60°C±2°C,JF-9955-2和JF-9955-3实验温度为40C±2CO采用Brookfield2000+旋转粘度计测试各树脂在23C下的粘度，4天为一个测试周期。JF-9955三大系列树脂体系力学和电学性能测制样方法:按照JF-9955三大系列树脂体系配方，在JF-9955-1和JF-9955-2树脂中添加树脂质量0.5%的N,N-二甲基苄胺，将树脂混合均匀，浇注测试力学性能的拉伸样条、弯曲样条和冲击样条，低温段70°C时抽真空去除样条内气泡；浇注测试电学性能的漆片；按照各自规定固化工艺进行固化。实验方法:按照《GB/T15022.2-2007电气绝缘用树脂基活性复合物第2部分试验方法》规定。电子万能材料试验机火。「速度2mm/min，测试拉伸性能和弯曲性能；JBL-5简支梁冲击试验机测试冲击强度；QS30型高压电桥测试介质损耗因素和相对介电常数；ZC36型高阻计测试体积电阻率和表面电阻率；HT-50C型击穿电压测试仪测试电气强度。JF-9955三大系列树脂体系2.5MW风电模拟线棒冷热循环试验对某电机厂制作的2.5MW风电线圈直线部分模拟线棒进行了冷热循环试验，测试不同循环周期后的电气性能。冷热循环试验条件:从常温降温至-40C/2小时；-40C保持2小时；从-40C升至155C/4小时；155C保温2小时；从155C降温至常温/3小时，一个循环需要13小时。3结果与讨论JF-9955三大系列树脂体系储存稳定性对比根据实验方案，3个周期的粘度变化和粘度增长倍率列于表1。结果显示JF-9955三大系列树脂体系在规定的存储温度下都具有非常优异的稳定性。JF-9955三大系列树脂体系力学和电学性能对比按照实验方案，制作试样，测试结果如表2。结果显示，JF-9955三大系列树脂体系的力学性能和电学性能都非常优异，仅有微小的差别。JF-9955三大系列树脂体系2.5MW风电模拟线棒冷热循环试验模拟线棒的常态电性能数据见表3,-40C/155C冷热循环不同周期后的电性能数据见表4。测试结果表明，树脂体系的常规性能满足2.5MW风力发电机的设计使用要求；经过冷热循环试验后的介损和绝缘电阻变化不大，具有非常优异的耐冷热交变性能，满足风力发电设备在气温急剧变化、昼夜温差大的沙漠、海上等恶劣环境下的运行要求。4结论1、JF-9955三大系列环氧酸酐VPI树脂的存储稳定性、力学性能和电学性能相差不大，都非常优异。2、风电线圈模拟线棒冷热循环实验结果表明JF-9955三大系列环氧酸酐VPI树脂具有非常优异的耐冷热交变性能，能够满足风力发电设备在气温急剧变化、昼夜温差大的沙漠、海上等恶劣环境下的运行要求。表1环氧酸酐体系规定温度下储存粘度变化及增长倍率时间，天04812粘度变化mPa.sJF-9955-1398.4443.6462.1478.2JF-9955-2119.2137.5140.1145.7JF-9955-3402.3463.6482.1502.2增长倍率，倍(相对于初始粘度)JF-9955-1——0.110.160.20JF-9955-2——0.150.180.22JF-9955-3——0.150.200.25表2环氧酸酐体系力学和电学性能型号JF-9955-1JF-9955-2JF-9955-3拉伸强度，MPa68.473.767.3断裂伸长，%1.551.561.55弯曲强度，MPa128.4127.5冲击强度，kJ/m222.828.521.5体积电阻率,Q・m(25°C±2°C)测试25°C±2°C7.6x10146.7x10146.8x1014浸水50°C,48h6.5x10146.1x10146.2x101450°C,750h5.5x10145.4x10145.3x1014表面电阻率,Q・m(25±2)°C测试25°C±2°C6.8x10156.8x10156.8x101550C浸水48h6.1x10156.1x10156.1x1015电气强度，常态，油(快速升压法),kV/mm31.030.830.7介质损耗因数，(50Hz),%25°C±2°C0.180.280.30155°C±2°C1.81.952.94表3模拟线棒的常规性能序号常态介损，％155C热态(1000V)击穿场强kV绝缘电阻Q500V800V1000V1500VJF-9955-10.34970.34970.34970.35124.7543.45.51x10120.35790.36040.36360.36484.2542.44.17x1012JF-9955-20.34320.34940.35150.36174.2143.15.34x10120.34970.34740.36730.37244.8542.45.48x1012JF-9955-30.35790.32440.33460.34084.5442.14.36x10120.34320.34730.36510.37014.3242.94.97x1012表4模拟线棒冷热循环测试数据？参考文献：曾凡辉，姜其斌，陈宪宏，王红利.风力发电机用表面绝缘涂料的研究.绝缘材料.2010,4