随着改革开放的不断深入,我国的发电机制造业迈着较快的步伐进军国际市场,推动了我国发电机制造行业技术水平的提高。但原材料的发展制约着国内发电机制造水平的进一步提高,特别是发电机绝缘材料方面。本文仅针对国内有关绝缘材料的科研院所、绝缘材料制造企业、发电机制造企业,在进行绝缘材料的研究、制造、使用过程中各自为政、缺乏相互沟通这一现状,从应用者的角度,试图就绝缘材料的现状、国内外的差异、发电机行业的要求、改进方向等方面,为促进国内绝缘材料的发展,为进一步提高国内发电机制造水平提供参考性意见。
1 有关粉云母带
近年来,国内有关绝缘材料的科研院所、绝缘材料制造企业、发电机制造企业等在绝缘材料的研究开发及改进工作方面取得了较好的成绩。如:哈尔滨大电机研究所从1989年开始,与有关绝缘厂经过3年多的反复试验,研制出了高云母含量云母带[1];桂林电器科学研究所1997年开始研制高导热多胶粉云母带,也取得了较大进展[2]。
综观近十年来粉云母带的发展,都是在科研院所、云母带制造企业、云母原材料的制造企业、发电机制造企业多方面的共同努力下取得的。但是,值得引起大家注意的是:即使大家所用的粉云母纸、胶粘剂、玻纤布完全相同,在制成线棒后的电气性能仍然会有较大差异。如同为二滩电站水轮发电机定子线圈,哈尔滨电机厂有限责任公司制造的绝缘击穿场强为35.5~38.2MV/m[3],东方电机股份有限公司制造的则为24.88~26.5MV/m[4]就是例证。
由于云母带制造企业未对发电机制造企业的粉云母带应用工艺进行认真的分析、未能充分考虑到自己的产品在不同应用条件下会出现的问题;甚至少数云母带制造企业出于对技术保密的考虑,一般不愿意和粉云母带应用者一起分析可能来自于粉云母带自身的原因,才导致这一现象出现。
上述现象的存在实际上已经影响着绝缘材料的发展。我们认为制造和应用双方相互了解对方的技术和工艺特点,是绝缘材料开发和应用的基础,只有在这一基础上,才能使进一步的开发与完善等工作做到家并少走弯路。
就多胶桐马粉云母带而言,云母带的制造过程中一般温度范围在120~160℃,而在应用加工过程中温度一般在150~190℃。这一温度的差异,对于云母带的制造企业来说,是必须引起重视的问题。由于制造过程的最高温度低于应用时的固化温度,云母带中的桐马酸酐环氧胶中的150~190℃范围的挥发份在线圈模压固化过程中会挥发出来,在绝缘层中形成气隙。因此,云母带制造过程中应设法减少高温挥发份的含量。
2 有关绕组线
随着用户对产品质量要求的提高,电机制造过程中的试验分析方法和手段在不断的改进。
我公司通过引进日本富士电机先进的试验分析方法,并经过几年来的不断探索,在定子线圈性能上的研究已进入了全面细致分析阶段。例如在绕组线上,不但对绕组线的绝缘层提出了高于现行国家标准的要求,而且对绕组线的导体也提出了高于现行国家标准的要求,如提出了导体的截面圆角、拉伸强度、屈服强度、表面硬度、低应力延伸率等指标要求。在应用前对材料全面细致的分析测试可以预知线棒的性能情况,保证了产品质量的稳定可靠性。
最近,我公司用A厂的双玻璃丝包绕组线和B厂的涤纶玻璃丝烧结线进行了对比试验。表1是用A厂的双玻璃丝包绕组线制作的定子线棒的介损特性,表2是用B厂的涤纶玻璃丝烧结线制作的定子线棒的介损特性。通过对数据的统计分析可知,用涤纶玻璃丝烧结线制作的定子线棒的介损特性优于用双玻璃丝包绕组线制作的定子线棒,证实了事前我们的预见。
综合几年来的经验可以得出这样的结论:对于不同几何尺寸的线圈,要对导体的截面圆角、拉伸强度、屈服强度、表面硬度、低应力延伸率等提出不同的要求,才能使制作出的线圈的综合性能最佳。要求绕组线制造企业应在满足国家标准的基础上进一步提高各项性能指标。
3 有关换位适形填料
目前,各大电机制造公司所使用的换位适形填料的材料多种多样,有使用腻子的,有使用含胶纤维的,有使用玻璃布补强多胶云母板的。我公司参照富士电机的技术要求,和国内某绝缘材料厂一道研制出了新型换位适形材料——云母树脂复合板,取得了良好的使用效果。但是,由于云母树脂复合板只有在一定的温度和足够的压力作用下才具有较佳的流动性,而那些仍然按传统设计方法及使用传统设备进行线圈制作的电机制造公司却难以使用该材料。因此,有必要进一步提高该适形填料的工艺范围以及开发更多的适形填料品种。
4 有关定子硅钢片漆
定子硅钢片漆的发展经历了从全有机漆到半无机漆,从有机溶剂型到水溶型的过程,从已公开发表的文章中可以知道,每个阶段都取得了一定的技术进步。但是,多数硅钢片漆在市场均未得到广泛使用。
我公司与日本国富士电机株式会社,早在1994年就对我国的硅钢片漆进行了调研,并联合国内某造漆厂一起共同进行高无机质含量的新型硅钢片漆的研究开发工作。已使我公司制作的定子冲片的漆膜质量达到富士电机的标准要求,经过全面试验认为,除贮存期较短外,该漆的其他性能指标均已达到要求。
尽管用水溶性硅钢片漆进行定子冲片涂漆时存在边缘增厚、断面涂不上漆等缺点[5],但是,由于其具有水溶性,从环保角度来看更有其优越性。因此,水溶性硅钢片漆也是近期的研究方向。
5 有关磁极线圈匝间绝缘
从国外先进技术来看,磁极线圈匝间绝缘大多采用Nomex上胶纸。我国传统的磁极线圈匝间绝缘是环氧玻璃坯布,随着国外先进技术的引进,Nomex上胶纸也已被多个厂家采用,我公司所设计制造的发电机磁极均采用Nomex上胶纸作为匝间绝缘。它有如下特点:具有较高的电气强度、耐温指数、和粘结力以及较低且稳定的压缩率等等。
我国传统使用的环氧玻璃坯布存在如下缺点:玻璃丝布上所涂树脂的均匀性较差;在其底材-玻璃丝布的编织孔中的气泡难以在热压过程中排出,使得粘结力下降;在热压过程中,玻璃丝布外缘的玻璃丝随着胶一起被挤出,影响磁极线圈的散热及外观。但目前 Nomex 纸价格昂贵,建议绝缘材料行业研制 Nomex 纸的代用品,以降低成本,提高性能价格比。
6 有关磁极极身绝缘
对于大中型发电机的转子磁极,其极身绝缘一般采用环氧玻璃坯布压制、或用环氧板直接加工而成。随着对发电机运行可靠性要求的提高,包括富士电机在内的国外各大电机制造公司所设计的磁极整体性极高,使得磁极线圈与极身绝缘、极身绝缘与磁极铁芯间的间隙很小。同时,对地绝缘电阻的要求也很高,富士电机的标准是:单只磁极用1000V兆欧表测量,其对地绝缘电阻应在2000MΩ以上。这对极身绝缘的耐潮湿性提出了较高的要求。
我公司在磁极制作过程中曾出现过多个磁极对地绝缘电阻未达到 2000 MΩ 的情况,经过一定时间的低温干燥过程,绝缘电阻才满足要求。
为此,我们对国内几个厂家的环氧板进行了调查,结果发现吸潮性都较大。究其原因,可能是:①国产环氧板是玻璃布层压板加工面吸潮面积大;②由于国产玻璃丝的制造工艺特点,使得国产环氧板的玻璃丝间难以充满环氧胶,使得环氧板加工面易于吸潮。因此,玻璃纤维、玻璃丝布、环氧树脂、环氧板的制造企业都应该认真分析与世界先进技术的差距,应当积极研究对策,使环氧板的各项性能有较大提高。
7 有关磁极托板
国内以往所用的磁极托板大都采用铆接式结构,这种结构可以提高材料利用率。现在也有采用玻璃纤维模压的整体式托板、用环氧板加工成的整体式托板等。由于模压整体式托板是采用玻璃纤维丝按一定的方向绕制、在其上涂刷环氧胶经热压固化而成的,在与纤维平行的方向,托板的剪切强度、弯曲强度很低。用环氧板加工成的整体式托板在不同的方向均有较高的机械强度,唯一的缺陷就是材料利用率低。
我公司曾几经努力,希望材料供应商按本公司的图纸对环氧板进行适当初加工,以减少本公司环氧板余料库存、降低材料成本,但最终未能如愿。为了保证产品的性能和质量,尽管材料利用率低,我公司仍然使用用环氧板加工成的整体式托板。
为了提高制作整体式托板用的环氧板的材料利用率,建议材料供应商引进世界发达国家先进的物流管理理念,配备必要的加工设备,向用户提供经过一定加工的产品以满足不同用户的要求。
8 结语
(1)绝缘材料的研制生产者从应用者的角度尽可能多地了解产品的各种用途及具体的应用工艺以及产品应用前的加工制作工艺过程,为用户着想,提供的产品不但要能满足用户的性能要求,还要能满足用户的生产工艺过程要求。
(2)绝缘材料的使用者应了解所使用绝缘材料的制造工艺,技术性能特点,才能使材料达到最佳性能。
(3)绝缘材料的研制、生产、应用者都应对国外绝缘材料的技术发展状况有全方位的了解,找出与国外先进水平的差距,并将世界先进水平作为目标,而不能只满足于现行国家标准。这样才能提高我国的绝缘材料和电机制造水平。
参考文献
1 付岚贵.高云母含量主绝缘应用研究.绝缘材料通讯,1997,(4)
2 周健,黄祖洪.高导热绝缘材料在高压电机上的应用意义及前景.绝缘材料通讯,1999,(6)
3 陈林,张军泉.二滩电站水轮发电机定子线圈制造工艺技术研究.大电机技术,1999,(4)
4 漆临生,曾谦.500MW水轮发电机绝缘材料和绝缘结构的试验研究.东方电机,1999,(2)
5 张显友等.半无机硅钢片漆的研究及应用.绝缘材料通讯,1999,(2)