新闻中心 新闻资讯

小容量10kV级高压电动机(散崁绕组)绝缘结构的工艺研制与实践

发布:重庆赛力盟电机  |  发布时间:2020-07-24 09:42:07  |  点击率:

 

摘要:一般高压电机的三相绕组的制造过程和绝缘结构是这样完成的。首先制作单个高压线圈,单个高压线圈经过耐电压和尺寸等检测后,再按工艺规则嵌入电机定子槽内,然后将单个线圈按一定规则联结成三相绕组,再进行VPI真空压力浸汲专用树脂,最后在烘炉中进行绝缘固化,完成高压电机的定子三相绕组制造和定子绝缘结构

但高压电机绕组的制造过程复杂,制造成本较高,高压线圈的主要绝缘材料少胶粉云母带价格较贵VPI真空压力浸汲设备和运行成本也较高。绝缘处理工艺较难,工时费用较多。对于小容量高压电机和特殊电气性能要求的电机仍然采用一般的高压绝缘结构,造成电机的制造成本较高或者不能满足电气性能要求。通过多台特殊高频高压电机试制,从而找到一种既能满足电机高压绝缘性能,又能降低生产成本的电机绝缘结构。

本研究介绍了小容量10kV级高压电动机(散嵌绕组)绝缘结构研制和工艺实现”。通过样机样品的高压线圈组的制作,线圈组的检查测试,线圈组嵌入定子槽内的工艺制作,VPI真空压力浸漆和绝缘烘焙工艺处理等工序。同时对制造样机样品的对地耐电压测试,相间耐压试验,电机定子电晕试验等。验证了小容量10kV级高压电动机(散嵌绕组)绝缘结构是可行可靠的,在小容量10kV级高压电动机的制造上有成本和电机性能的优势。

关键词:高压电机   散嵌绕组   高压绝缘

一、问题的提出

根据我国电机行业的10kV级高压电动机的产品技术标准《YKK全封闭高压电动机产品技术条件》JB/T XXX,驱动风机,水泵,压缩机等平稳负载的高压电动机产品规定的最小容量在500kW以上,电机的中心高450以上。这是基于目前10kV级高压电动机绝缘结构与材料供应的合理选择。

但对于需要的容量较小(比如220kW以下),电动机体积(中心高355以下有要求的10kV高压电动机,就需要采用新的高压绝缘结构与工艺措施来解决。另外对于某些特殊用途的高压高频电机产品,由于对电机的电阻电抗值有特殊要求,也需要采用新的高压绝缘结构与工艺措施来解决。鉴于现实的技术和产品需求,重庆赛力盟电机有限责任公司通过好几年的技术与工艺攻关,研制开发了《10kV级散嵌绕组高压电机绝缘结构与工艺方案》,很好地解决了特殊高压电机的绝缘技术问题,并成功用于特殊高频高压电机产品上,有的产品已经正常使用5年以上。目前《10kV级散嵌绕组高压电机绝缘结构与工艺方案》正在用于重庆赛力盟电机有限责任公司《YGS系列10kV级防水电动机(IP67)》高压电动机的设计中。

二.10kV级散嵌绕组高压电机绝缘结构基本情况:

绝缘材料选择:

1.电磁线采用聚酰亚胺烧结圆铜线MYF-S2.材料执行标准JB/T XXX《潜油电机用特种聚酰亚胺薄膜绕包铜圆线》。

2.槽内主绝缘采用0.13×25少胶环氧玻璃粉云母薄5442-1DC5442-1T

3.防电晕材料采用0.1低阻薄与槽内喷涂低阻漆。

4.绕组端部绝缘采用0.13X25多胶粉云母带。

5.相间绝缘采用0.13少胶环氧玻璃粉云母薄5442-1DC

6.绝缘漆采用VPI环氧酸酐真空压力JF9955绝缘树脂。

7.引出线绝缘采用0.13X25多胶粉云母带与热收缩管。

绝缘材料的选择原则是沿用原高压电机的绝缘材料,这些材料成功运用多年,材料采购与储存带来便利,容易控制绝缘材料成本与保障电机的制造质量。

10kV级散嵌绕组高压电机绝缘工艺:

线圈的制造:

电机电磁设计采用同槽同相绕组,线圈可按单层绕组绕制或双层绕组绕组。电机绕组跨距为整距,保证是同槽同相绕组,可以不进行层间绝缘。

按电磁设计的绕组匝数绕制完成后,将绕组放置在水槽中,在绕组与水之间施加一定的电压进行绕组针孔检测。如果发现绕组针孔必须对绕组针孔进行修补,才能进行绕组嵌线工序。

绕组方案的选择

1.单层链式绕组

单层绕组,端子链式排列。该绕组方案是经典的单层绕组方案之一,平常称“单层交叉式绕组”。

2.单层同心式绕组

单层绕组,端子分层排列。该绕组方案也是经典的单层绕组方案之一,平常称“单层同心式绕组”。

两种单层绕组的线圈组相同

3.双层链式绕组

   该绕组方案也是经典的双层绕组方案之一,它与单层绕组型式相比,它的线圈数量比单层绕组多一倍。一般的高压电机均采用这种绕组形式。

单个线圈组形式如下:

通过单个线圈的联结组成为线圈组,再将线圈组经过一定规则联结后就组成相绕组,电机一般为三相绕组,分别标记为U、V、W

线圈组必须嵌入定子槽内才能联结成为相绕组,如何嵌线如何联结对不同的绕组形式的绝缘处理有不同优缺点。

 

三种绕组方案主要优缺点的比较

 

序号

比较内容

单层链式

单层同心

双层绕组

1

嵌线难度

较难

2

槽内电压

3

层间绝缘

4

线圈数量

N

N

2N

5

端部交叉端部整齐度

较好

较差

6

端部绝缘处理状况

一般

7

端部漏抗

较大

较大

最小

8

绕组联接

 

三.高压散嵌绕组绝缘结构设计:

根据分析电机电磁设计采用单层同心式绕组,线圈可按单层绕组绕制电机绕组跨距为整距,保证是同槽同相绕组,可以不进行层间绝缘,解决散嵌绕组槽内相间电压绝缘处理的难点。

1. 线圈组制造:

按电磁设计的绕组匝数绕制完成后,将绕组放置在水槽中,在绕组与水之间施加一定的电压进行绕组针孔检测。如果发现绕组针孔必须对绕组针孔进行修补,才能进行绕组嵌线工序。

2.放置槽绝缘与防电晕处理:

将定子铁芯清理干净后,定子槽内喷涂低阻漆自然晾干。随后在槽底放置0.1低阻薄一层,再放置槽内主绝缘0.13少胶环氧玻璃粉云母薄5442-1DC5442-1T共八层。

3. 绕组嵌线工序

先嵌完U相4个线圈(8个槽)。处理好这8个槽的槽绝缘槽楔。包扎好该相的全部端部和连接线。

再以同样的工艺完成V相

再以同样的工艺完成W相

 

4.端部绝缘处理与绑扎固定

在绕组嵌入槽内后,绕组端部半叠包0.13×25多胶环氧玻璃粉云母带六层。在绕组嵌线完成之后,再在两相绕组的交接部分垫入四层0.13少胶环氧玻璃粉云母薄5442-1DC作为相间绝缘。随后将各相绕组用玻璃丝带(绳)绑扎固定在定子端箍上。

5.定子浸渍烘焙:

VPI真空压力浸漆工艺规定浸烘9955环氧酸酐漆,随后经155℃烘焙8小时固化,自然冷却到室温。

6. 绕组嵌线的电工环节的检查绕组尺寸的检查:

绕组嵌入定子槽内后的白坯耐电压试验:

 

 

项目

导线牌号

主绝缘层数

试验电压(工频)

1

MYF-M

五层以上

电压4000V/时间5秒

2

MYF-S2

八层以上

电压8700V/时间5秒

 

浸烘后10KV定子绕组的耐电压试验。按两倍额定电压加一千的标准进行测试

电机接法

相间耐电压

绕组对地耐电压

备注

Y

21000V

13000V

允许相间与对地耐压一同进行

Δ

21000V

21000V

 

三.高压电机散嵌绕组绝缘结构的讨论:

电机散嵌高压绕组的对地主绝缘由0.13(0.15)少胶环氧玻璃粉云母薄5442-1DC/5442-1T八层,采用VPI真空压力工艺方式浸渍JF-9955树脂经烘培固化后的绝缘组件承担,其主要材料的技术参数与指标见表:

JF-9955树脂固化后技术指标

序号

项目

单位

指标值

1

拉伸强度

MPa

40~50

2

断裂伸长

%

1~2

3

弹性模量

MPa

≥1012 

4

吸水率  24h/25°C

%

0.2~0.3

5

电气强度

kV/mm

≥ 22

6

体积电阻率

初始

Ω·m

1013

7

浸水24h/25°C

Ω·m

1012

8

tgδ

 25 °C

≤0.5

9

耐电弧性

 

CTI 600

 

0.13(0.15)少胶环氧玻璃粉云母薄5442-1DC/5442-1T技术指标

序号

指标名称

单位

指标值

1

外观

――

云母带胶粘剂应分布均匀,无外来杂质,无气泡、针孔,云母纸不允许有断裂,云母带在常态时有柔软性,无分层、玻璃布拉丝和带盘松动等现象。

2

厚度公差

0.13±0.02

0.15±0.02

 

3

组成成分

云母含量

玻璃布

胶含量

总质量

挥发物

 

g/㎡

g/㎡

g/㎡

 

160±13

23±3

5~11

190±16

≤0.5

 

180±14

23±3

5~11

217±22

≤0.5

4

拉伸强度

N/10㎜

≥80

5

击穿电压

V

≥1500

 

采用八层少胶环氧玻璃粉云母薄做主绝缘至少可以承担12000V对地耐电压。10kV级电动机在正常使用时,三相的相与相之间的电压为10kV,而对地的电压只有6kV。

散嵌绕组的匝间绝缘主要由JB/T XXX《潜油电机用特种聚酰亚胺薄膜绕包铜圆线》本身承担。该牌号的烧结圆铜线的耐电压技术指标:

 

 

项目

导线牌号

耐电压

击穿电压

1

MYF-M

4000V

10000V

2

MYF-S2

8700V

15000V

 

 

电机的防电晕的措施主要是采用定子铁芯内表面与槽内喷涂低阻漆一层,槽内底部放置一层0.1低阻薄。

电机绕组端部的相间绝缘,由半叠包六层0.13X25多胶粉云母带和垫入的四层0.13(0.15)少胶环氧玻璃粉云母薄5442-1DC/5442-1T承担。相间绝缘的粉云母厚度达到2.1(共16层)(理论的耐电压水平为24000V)。

四.10kV级高压电动机(散绕组)的样机试制

为了验证10kV级高压电动机(散绕组)的可靠性重庆赛力盟电机有限公司专门安排了一台YGS355-4  220kW 10kV/6kV的电机定子绝缘结构试制与试验,试制与试验的情况如下:

1. YGS355-4  220kW 10kV/6kV的电机定子制造完成;

2.电机定子白坯耐电压试验,U相,W相对地8500V耐电压通过。V相对地5100V击穿,拆开该绕组检查,发现线圈导线上有破损(针孔),经导体修补后,更换槽绝缘,恢复后4000V耐电压通过。

3.按工艺要求进行VPI浸烘JF-9955树脂固化后,进行耐电压试验:

按两倍额定电压加10000电压进行测试

电机接法

绕组相间耐电压

绕组对地耐电压

备注

Y

21000V

13000V

通过

4.电机定子电晕试验:

   10kV电机的电晕试验标准进行了电机定子电晕试验,通过。

绕组定子

 

参考文献

1. 张大鹏,徐学强,黄程伟环氧酸酐VPI浸渍树脂的浸透性研究大电机技术2017年第4  34-37页

2  黄有根,曾亮,张浩环氧酸酐VPI浸渍树脂贮存稳定性的研究绝缘材料2011年第5  39-42页

3 王文,陶纯初,夏宇等 JF-9955环氧酸酐常温浸渍VPI树脂及其在风力发电机上应用。全国风力发电技术协作网第五届年会,2011  257-267页

作者简介:姜家金(1982-),女,重庆市,工程师,主要从事电机绝缘工艺工作。