高压电机绝缘浸渍漆热老化绝缘性能及提升方法研究

高压电机绝缘浸渍漆热老化绝缘性能及提升方法研究

徐松

贵州航天林泉电机有限公司，贵州 贵阳 550081

摘要：额定电压在1000V以上的电动机称为高压电动机，具有功率大、承受冲击力强等优点，广泛应用于运输机械、石油化工等领域。高压电动机在作业过程中，受温度升高、电压、电流等影响，其绝缘性能也随之受影响。绝缘性能高低是高压电机使用寿命长短的关键之一。目前，机电领域发展迅速，高压电机电压可增加至6600V，现有高压电机绝缘浸渍漆绝缘性能难以满足高压电机实际绝缘需求，因此需提升高压电机绝缘浸渍漆热老化绝缘性，并对其展开研究。

关键词：高压电机；绝缘；浸渍漆；热老化；热稳定；耐电晕

绝缘浸渍漆也称绝缘涂料，具有较高电化性能、热性能的高压电动机多采用该材料实现绝缘功能。该研究以甲基四氢苯酐和双酚A二缩水甘油醚为原料制备EA浸渍漆，然后在EA浸渍漆中加入改性后的纳米SiO2，制备EA/mSiO2浸渍漆，并制造模拟线棒。通过对比EA浸渍漆和EA/mSiO2浸渍漆的耐电晕、热稳定性、介质损耗、抗击穿、绝缘老化、热老化寿命等性能，研究高压电机绝缘浸渍漆热老化绝缘性能及提升方法。

1材料制备

1.1原材料

利用分子蒸馏技术对双酚A二缩水甘油醚提纯，使其聚合度为0；甲基四氢苯酐，湖北平春生物科技有限公司；异辛酸锌，广州卡芬生物科技有限公司；纳米SiO2，探擎（上海）技术服务有限公司；钛酸酯偶联剂，上海曙灿实业有限公司；苄胺，南通润洲化工有限公司。

1.2纳米SiO2表面改性

（1）二甲苯中加入适量纳米SiO2在转速为2000~6000r/min的搅拌机内，搅拌1.5h，然后将纳米SiO2与二甲苯混合物放入纳米研磨机中，研磨至D50小于150nm后得到二甲苯/纳米SiO2乳液并加热至80℃，随后将适量钛酸酯偶联剂加入乳液中，恒温80℃情况下放置6h，可形成二氧化硅羧化物，其分子式为SiO-COOH。（2）按照摩尔比1:1将适量苄胺、双酚A二缩水甘油醚放置反应器中，加热到150℃，恒温搅拌到酸值小于5，将搅拌后的溶液放置于真空环境中，将二甲苯和丙醇分离后，使用丙酮对其进行清洗6次，并干燥，然后将所得物研磨成粉末状，该粉末便是表面改性的纳米mSiO2。

1.3EA浸渍漆与EA/mSiO2浸渍漆制备

依据摩尔比1：1，将适量甲基四氢苯酐和双酚A二缩水甘油醚放置密闭容器中，搅拌1.5h，使其均匀混合。使用250目过滤器将混合物过滤，可得到EA浸渍漆。在EA浸渍漆中加入适量纳米mSiO2后，在4000~12000r/min转速下搅拌1.5h，而后将混合物放入纳米研磨机中，研磨至粉末粒直径小于150nm，利用6000目高压过滤器对混合物过滤，可得到EA/mSiO2浸渍漆。在EA和EA/mSiO2浸渍漆中添加适量异辛酸锌，混合时间为1.5h，将硅脂均匀涂抹在钢盘内，经过4.5h加热后，置于室内冷却至室温时，未固化的浸渍漆置于模具中，并将其放置烘箱内，先将温度设置为150℃烘焙1.5h，然后将温度设置为180℃烘焙6h后，可得固化浸渍漆。

1.4制造模拟线棒

使用SBEFB-40/155N电磁线，制作8KV定子线圈，JF-5331-1T干法云母带包裹5次，线圈两端使用高阻带包裹，中部使用低阻带包裹，绝缘厚度为2.0mm，误差不高于0.03mm。利用特氟龙隔离膜将模拟线棒包裹好，用夹具加紧，温度为150℃，将其预热1.5h，去除挥发物和水分。然后将模拟线棒放置于压力为150Pa真空环境中5h。使用EA浸渍漆与EA/mSiO2浸渍漆模拟线棒，在温度50℃，压力1.0MPa的环境中放置6h。然后放置于温度150℃环境中冷却固化10h，即可得到EA浸渍漆模拟线棒和EA/mSiO2浸渍漆模拟线棒。

1.5结构表征与性能测试

绝缘老化表征情况使用高倍扫描电子显微镜SGO500HCX观察；介电常数测试设备为安规综合测试仪MN4275A；耐电压使用耐压绝缘测试仪，ECC华仪EST-300系列；高温热老化试验箱104型，江苏正瑞泰邦电子科技有限

公司。

1.6实验设置

EA浸渍漆与EA/mSiO2浸渍漆性能测试环境为，室温下样品干燥8h，样品尺寸为40×40×0.2（mm），其误差不高于0.3%。耐电晕测试环境为：频率2500Hz、脉冲电压3500V、温度200℃、脉冲上升时间60ns。

2实验与分析

2.1热稳定性能

高压电机长时间运行，其温度也随之增加，高压电机绝缘性能好坏，取决于浸渍漆的热稳定性能。通过加热EA浸渍漆与EA/mSiO2浸渍漆，检测其剩余浓度，可对比二者的热稳定性能。当温度增加时，浸渍漆的剩余浓度降低，当温度不超过100℃时，EA浸渍漆与EA/mSiO2浸渍漆剩余浓度几乎无差别，当温度超过100℃时，二者浓度曲线下降明显；当温度为300℃时，EA浸渍漆的浓度已下降到20%左右，而EA/mSiO2浸渍漆的浓度在50%左右。原因在于mSiO2因子在EA分子结构中具有较高分散性，可保护EA分子。因此，EA/mSiO2浸渍漆热稳定性能强。

2.2介质损耗

绝缘浸渍漆的重要性能指标之一是介质损耗，介质损耗越高，浸渍漆在高压电机运行过程中发热迅速可推动热老化速度。对比EA浸渍漆和EA/mSiO2浸渍漆的介质损耗与电流频率和温度关系。介电损耗随着频率的增加和温度的增加而增长。EA/mSiO2浸渍漆介电损耗远低于EA浸渍漆，其发热速度慢，可延缓热老化性能。

3.3绝缘老化性能

为研究同一周期不同温度下浸渍漆绝缘老化性能，分别检测EA浸渍漆和EA/mSiO2浸渍漆的老化时间与绝缘电阻状况，绝缘电阻数值整体趋势是随着老化时间增加先增长而后降低。原因在于浸渍漆高温情况下，进入固化状态与热老化状态。EA/mSiO2浸渍漆的电阻高于EA浸渍漆的电阻值。说明EA/mSiO2浸渍漆可提升电阻值，增强绝缘性能。针对电厂引风机高压电机在运行中发生的,由定子线圈绝缘损坏导致的故障跳闸,通过对故障部位的解体及分析,认为引风机高压电机以故障原因与电机增容改造后的铁心片间绝缘损坏以及绝缘裕度降低有关。结合实际检修情况,提出厂用高压电机日常运行维护的注意事项,并制定了防范措施,以避免类似问题再次发生。

2.4热老化寿命

为了有效的研究高压电机绝缘低问题的解决方案,需要深入工作实际,不断探索高压电机常见绝缘故障,以此才能提高对于高压电机绝缘低问题的分析能力。利用阿伦尼乌斯曲线绘制EA浸渍漆与EA/mSiO2浸渍漆热老化时间与温度的关系，EA浸渍漆寿命曲线与EA/mSiO2浸渍漆寿命曲线重合度高，当温度在175℃、时间为7800h时，二者曲线逐渐分开，温度数值相同时，EA/mSiO2浸渍漆寿命数值高于EA浸渍漆。由此可知，EA/mSiO2浸渍漆绝缘性能好，使用寿命长。对高压电机的运行维护（主要针对潮湿环境）进行分析研究,以期提高高压电机的自动化控制技术和运行维护水平,提升电机设备绝缘性能以及运行质量效率。

3结论

通过制备EA浸渍漆与EA/mSiO2浸渍漆，多方面对比二者性能，得出结论如下：EA/mSiO2浸渍漆受mSiO2因子保护，热稳定性能强；浸渍漆受固化状态与热老化状态影响，随着时间增加，绝缘电阻数值先增长后降低，EA/mSiO2浸渍漆电阻值始终高于EA浸渍漆；EA浸渍漆与EA/mSiO2浸渍漆的介电损耗值与温度、频率成正比，且较EA浸渍漆相比，EA/mSiO2浸渍漆的介电损耗小，可延缓热老化性能；EA浸渍漆与EA/mSiO2浸渍漆的热老化寿命曲线重合度高，当温度超过175℃后，EA/mSiO2浸渍漆的热老化寿命值高，其使用寿命长，绝缘性能好。结合以上结论，添加mSiO2的浸渍漆具有热稳定性能高、介质损耗低、抗击穿能力强等优点，为此可通过在EA浸渍漆中加入改性纳米SiO2延缓高压电机绝缘浸渍漆热老化情况，提升浸渍漆的热老化绝缘性能。

参考文献

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