浅谈定子线棒绝缘浸渍树脂体系

[摘 要]电气绝缘是电气设备结构设计的重点，为电气设备安全运行提供保障。真空压力浸渍（简称VPI）绝缘作为当前最为先进的绝缘处理技术[4-5]，已在各电机、电器制造行业获得广泛应用，目前国内外所开发的大多数环保型浸渍树脂均可应用于VPI浸渍工艺。

[关键词]绝缘技术；真空压力浸渍；树脂老化；受潮

中图分类号：TM303.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）06-0155-01

1 前言

随着我国大型水电站如三峡电站的大力兴建，对于大型水轮发电机的单机容量与额定电压也随之不断地提高，这些对发电机的核心部件――定子线圈也即定子线棒提出更高的要求。由于发电机始终处在运转状态中，无法如同其它电气设备一般采用液态绝缘，而必须使用固体绝缘，就带来了发热、放电以及机械性能差、制造工艺复杂等诸多困难。定子线棒作为发电机定子的重要组成部分，在整个发电机系统中是最重要的部件之一，定子线棒的安全对发电机，乃至整个机组来说都是至关重要的，因为一旦定子线棒出现问题，就会威胁到整个发电机组的安全、发电设备的安全，而且定子线棒的维修时间较长一旦出现问题就可能影响整个机组运营。而定子线棒的安全正是由主绝缘性能决定的，现今流行的主绝缘通常采用B级环氧粉云母带搭配较先进的VPI真空压力浸渍技术的生产工艺。

2 构成定子线棒的绝缘材料

绝缘材料或绝缘系统在运行过程中受到电、热、机械和环境老化因子的联合中，通过热、电、机械力、光、氧、潮气、化学药品、高能辐射线以及微生物等因素长时间作用下，性能逐渐下降直至最后完全丧失使用价值，其性能发生不可逆变化的现象称之为老化。在实际生产工艺中真空浸渍定子线棒的环氧树脂在长期的浸渍循环中会发生老化，理化性能发生变化，而导致其浸渍的定子线棒电气性能发生变化。

天然材料――云母主要成分是铝硅酸盐，具有极好的基面剥离性，很容易从一个方向剥离成大量薄而韧的弹性叠层，其比重约为3.电机绝缘中主要采用以下2种云母材料：①白云母H2KAl3（SiO4）3，其耐热温度约550℃；②金云母[H， K（MgF）3]Mg3Al（SiO4）3，其耐热温度可达980℃。粉云母纸厚度均匀，与片云母相比厚度精度可提高约300%，即达到同样绝缘性能所需的云母总量少，且厚度减小。在绝缘厚度一定的情况下，云母含量提高，绝缘层的电气强度、导热性提高。另外，片云母总利用率只有4%～10%，而粉云母总利用率则可达75%以上。少胶云母带，该产品原为美国GE公司，现已被瑞士VonRoll公司收购，少胶云母带由玻纤布作为单面补强材料、高定量鳞片粉云母纸和粘合树脂组成，树脂含量小，挥发性极低，基本无毒、无味、无飞粉，环境污染极小。

环氧树脂是制备高性能复合材料重要的基体材料之一， 赋予复合材料良好的力学性能和物理性能。环氧树脂属于高聚物，而高聚物老化的表现特征一般体现在以下几个方面。外观的变化；介电性能的变化；力学性能的变化；物理化学性能的变化。高聚物在其老化过程中，上述所有老化现象不可能同时出现，往往只是其中某些性能指标发生改变。通常也只是通过观察或测量其中几个主要的性能指标，即可判断高聚物是否老化及老化程度。高分子材料的老化有两方面的原因：首先是它的内因，即高聚物本身的结构状态以及高分子材料内部各组分的性质、比例等（包括化学结构的影响，链结构的影响，物理结构的影响）；另一个就是外因，指周围的环境因素，如阳光、氧、臭氧、热、水分、机械应力、电场作用等。

环氧树脂（Epoxy Resin）是一种综合性能优良的热固性树脂，具有粘结性强、收缩率低、力学性能较好等优点，在工业领域尤其是电气电子行业得到广泛的应用。但是环氧树脂的分子结构中含有大量的羟基等极性基团，存在耐湿热老化、尺寸稳定性和介电性能以及耐热性不足等缺点。环氧树脂素有“万能胶”之称，大量应用于制造各种类型的电绝缘材料，例如云母带粘合剂、绝缘浸渍漆等量大面广的绝缘材料都大量采用了环氧树脂。绝缘材料采用的固化剂主要有酸酐、酚醛及胺类等类型，前两种固化剂在主绝缘、浸渍树脂、层压材料、浇注材料应用较多，采用的品种很多。酸酐类固化体系的导热系数普遍低于酚醛类和胺类固化体系的导热系数，且随温度上升的趋势也比较缓慢。

对定子线棒浸渍绝缘树脂而言，它的老化表征通常由粘度和酸值来体现。而影响浸渍树脂老化的因素主要为水分和热。在高聚物表面的水能够渗入材料内部，是高分子材料的某些水溶性物质、增塑剂和亲水性基团等物质被水所溶解、抽提或吸收，逐渐改变材料的组成和比例，进而加速老化。所以相对湿度提高，材料老化加剧。随着温度升高热量增加，使分子热运动加强，因而引起某些高聚物发生降解或交联，热还会加速氧化反应的进行。

3 定子线棒浸渍绝缘树脂发展现状

现代交流高压电动机在向缩小体积、减轻重量和增大单机容量方向发展的同时，还要求其绝缘在恶劣的运行环境和严酷的运行条件下可靠的运行。这对电机绝缘提出了新的要求，促进了高压电机绝缘技术的快速发展。

纯树脂型VPI浸渍树脂是解决绝缘应用工序VOC排放和环保问题的有效途径。环氧-酸酐浸渍树脂作为一类纯树脂环保型浸渍树脂，便于绝缘结构无气隙；低饱和蒸汽压，便于高真空VPI实施；综合性能（电气、机械）优异。环氧-酸酐体系通过高分子蒸馏器剔除高分子环氧和低分子环氧，保证了环氧树脂的高纯度，从而有效地降低了浸渍树脂的粘度。

环氧-酸酐型浸渍树脂面临的问题则是普遍存在耐热性有限、耐湿稳定性不足等特点。要解决这一问题，必须重点关注其性能、工艺应用性、适应特种绝缘结构等要求。

双酚A型环氧树脂/酸酐体系在电气绝缘材料领域应用十分广泛，一般的固化剂虽然克服了体系固化温度高和固化时间长的弊病，但使环氧/酸酐体系液态适用期明显缩短，理想的潜伏性促进剂应满足如下条件：（1）在某一临界温度下，能延长体系的贮存期，即抑制反应进行；在临界温度以上，加速反映进行，缩短胶化时间；（2）固化体系要有很好的力学性能；（3）保持优异的电性能（如较低的介质损耗因子等）。

对浸渍树脂进行绝缘性能检测对于定子线棒来讲有着重要的意义，尽早发现缺陷，以及探索一种简便、可靠、对绝缘无损的方法对于提高发电机的运行安全性有着重要意义，粘度测量是目前较有效的且成熟运用的一种。

大型高压交流电动机和变频调速电机的绝缘技术目前处于多胶型和少胶型两种绝缘体系并存的局面。但以西门子公司Micalastic绝缘体系为代表的少胶粉云母VPI浸渍环氧酸酐无溶剂的绝缘体系更受青睐。

电机绝缘技术就是研发能在较高温度和较高电场下安全可靠运行的电机绝缘系统。尽可能地减薄厚度、缩小电机体积、增大单机容量、降低成本。优选低挥发或无挥发、无毒或少毒的环保绝缘材料。优选绝缘制造工艺，降低制造过程中的能源消耗、减少对环境的污染。当今电机绝缘技术发展方向应为低能源消耗、清洁能源、再生能源等的电机产品设计新型的环保绝缘系统，为新产品设计提供依据。

参考文献

[1] 刘其昶，电气绝缘结构设计原理[M]，机械工业出版社，1988.

[2] 吴南屏，电工材料学，机械工业出版社，1993.

[3] 张.绝缘浸渍树脂现状和发展方向电机技术[J]，2006（1）：3-7.

[4] 朱兴俭，胡兆楠，李锦牛浅谈浸渍漆的发展动向[J]. 中小型电机，2005，32（5）：49-51.