高压电机用主绝缘材料

高压电机用主绝缘材料目录1.概述2.高压电机用主绝缘材料的组成2.1.云母2．1．1.云母的种类2．1．2.片云母2．1．3.云母纸2．2.胶粘剂2．3.补强材料3.多胶粉云母带3．1.多胶粉云母带的组成、性能及特性3．1．1.国外多胶粉云母带的组成、性能及特性3．1．2.国内多胶粉云母带的组成、性能及特性3．2.多胶粉云母带的制造3．3.多胶粉云母带的应用3．3．1.多胶粉云母带的应用3．3．2.高电压环氧玻璃粉云母带在三峡机组上的应用3．4.多胶粉云母带的发展方向4.少胶粉云母带4．1.少胶粉云母带的组成、性能及特性4．1．1.国外少胶粉云母带的组成、性能及特性4．1．2.国内少胶粉云母带的组成、性能及特性4.2.少胶粉云母带的制造4.3.少胶粉云母带的应用4．3．1.少胶粉云母带在6KV级高压电机上的应用4．3．2.少胶粉云母带在6KV、10KV级高压电机上的应用4．4.少胶粉云母带的改进5.参考文献1.概述近年来，国际上大电机制造业发展很快，尤其是发电设备的单机容量增长迅速，汽轮发电机单机容量已达1200MW，水轮发电机单机容量已达到800MW。随着单机容量的逐渐增加，发电机额定电压也相应提高，汽轮发电机最高电压已达27KV，水轮发电机最高电压已达24KV。随着发电机单机容量的增长，对大电机定子主绝缘材料不断提出新的要求，因而出现了许多大电机定子主绝缘材料。目前世界上高压电机定子线棒主绝缘系统归纳起来可分为两大技术流派，一是少胶粉云母带真空压力浸渍（VPI）的连续式绝缘流派，其绝缘代表是美国西屋公司的Thermalastic绝缘、瑞士ABB公司的Micadur绝缘和瑞士Isola公司的Samicabond绝缘；一是环氧多胶粉云母带模压（或液压）连续式绝缘流派，其代表绝缘为美国通用电气公司（GE公司）Micapal绝缘和法国A-A公司的Isotenax-N。少胶粉云母带真空压力浸渍（VPI）的连续式绝缘流派的定子线棒主绝缘材料是采用环氧胶粘剂或不饱和聚酯亚胺树脂胶粘剂等粘合生云母纸和补强材料而成；环氧多胶粉云母带模压（或液压）连续式绝缘流派的定子线棒主绝缘材料是以熟云母纸为基材，采用环氧胶粘剂粘合熟云母纸和补强材料而成。还有些派生出来的主绝缘材料，其一是介于少胶和多胶之间的中胶云母带，它主要通过真空压力浸渍（VPI）工艺应用于高压电机中，归属于真空压力浸渍（VPI）的连续式绝缘系统；还有三合一云母带、高强度云母带特殊的主绝缘材料等，这些应归属于多胶粉云母带模压（或液压）连续式绝缘系统。这里所说多胶——即胶粘剂含量为34%粉云母带是对IEC国际标准而言，IEC标准规定少胶粉云母带中的胶含量为8%±3%，胶粘剂含量达16%±3%为中胶带，而VIP多胶整浸工艺用的粉云母带一般在17%～32%，按IEC标准应属多胶粉云母带范畴。高压电机主绝缘技术是电机制造中的关键技术之一，定子主绝缘是高压电机绝缘系统中最重要的部分，它直接影响电机的技术经济指标，同时在很大程度上决定了电机的运行可靠性和使用寿命。高压电机主绝缘材料是定子主绝缘的基础，对大电机定子主绝缘的水平起着致关重要的作用，因而了解高压电机主绝缘材料的组分、性能和特性，有利于高压电机主绝缘技术的进一步改善和新的高压电机主绝缘结构的产生，以适应高压电机的发展的需求。2.高压电机用主绝缘材料的组成2．1．云母云母是一种有优良的解理性和柔韧性的非金属材料，介电性能相当高，耐电晕和电火花性高于有机绝缘材料。长期以来，云母一直是电气工业中不可缺少的绝缘材料，目前，虽然已经出现很多新型绝缘材料，但没有任何一种绝缘材料能够取代云母。云母是水铝硅酸盐，它属于层状结构。云母的结晶结构是两层硅氧四面体夹着一层铝氧八面体构成的复式硅氧层。而硅氧四面体中约有1/4的Si4+被AI3+取代，结果引起正电价不足，硅氧四面体带负电，由正离子来补充，正离子处在两个硅氧层之间，其配位数为12。一般来说硅氧四面体和铝氧八面体本身结合是很牢固的，而补充电价的正离子层在两个复式硅氧层之间的连接是较微弱的，这样的云母晶体很容易沿这些正离子所在的平面分剥开来。因此，云母沿正离子所在的平面方向具有完全的解理性。天然云母产于岩浆岩、变质岩及沉积岩中。但大片云母则只在伟晶岩类的岩浆岩中才能发现，自然界存在优质大片云母矿床很少。当前世界上生产大片云母的国家主要有印度、巴西、马达加斯加、加拿大、苏联、阿根廷、澳大利亚等国家。我国云母资源相当丰富，云母矿床几乎遍布全国各省。优质大片云母矿床主要集中在新疆、四川、内蒙等省。2．1．1．云母的种类白云母亦称钾云母，其结构式为KAI2[AISi3O10]（OH）2；若白云母中的铝氧八面体内的AI3+全部被Mg2+取代，就是金云母，结构式为KMg3[AISi3O10]（OH）2；若金云母中部分Mg2+被Fe2+取代，即为黑云母，结构式为K（MgFe）3[AISi3O10]（OH）2；若金云母中全部Mg2+被Fe2+取代，即为铁云母，结构式为KFe3[AISi3O10]（OH）2；若Ca2+代替了K+，以及更多的AI3+代替Si4+，即为珍珠云母；还有锂云母（KLi）2AI[AISi3O10]（OH）2、氟金云母(合成云母)KMg3[AISi3O10]F2、蛭石云母K（MgFe）3[（AISi）4O10]（OH）2·4H2O等等。2．1．2．片云母2．1．2．1.片云母种类片云母是由块云母剥裂而成，按面积分为#3、#4、#41/2、#5、#51/2、#6、#61/2、#7、#8九个规格；按厚度分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组；按表面质量分甲、乙、丙三个等级。2．1．2．2.片云母性能云母种类虽多，作为绝缘材料，应用最多的是白云母和金云母，白云母比金云母击穿强度高、介电损耗小、并易剥成薄片；金云母的耐热性高，柔软耐弯折性好。白云母和金云母的性能见表1-1。表1-1白云母和金云母的性能序号项目白云母金云母1密度，g/cm32.7～3.12.6～3.02耐热温度，℃500～600900～10003热膨胀系数，10～6/℃3.65.24导热系数，W/（m·K）0.435～0.4860.511～0.6115介电强度，MV/m70～25050～2006体积电阻率，Ω·m1012～10151011～10147表面电阻率，Ω1011～10121010～10118介电常数6～85～79介质损耗因数0.00020.006510气泡含有率少较多11解理性好较好12弹性好较好13柔软性好较好14耐化学性更好好2．1．3．云母纸云母原矿采出要经过初步加工成为工业原料云母，在经多次加工，分选成各类规格的成品片云母。工业原料从云母矿中开采后，剩余的云母碎大部分用于制造云母纸。云母纸较片云母具有很多优点。云母纸厚度均匀，介电强度波动范围小，电晕起始电压高而稳定，其制品整体性好、电气强度高，可使电机的绝缘厚度减薄。同时由于云母鳞片小，它们之间主要依靠富有弹性的树脂结合起来，因此与铜体膨胀系数的差异而产生的应力就较小，绝缘内部的空隙就不会增大，云母绝缘受热时，其介质损耗的电压特性比片云母绝缘要稳定得多。此外，云母纸的均质性好，又没有片云母的搭接现象，胶易浸透而少残留空隙，这对提高绝缘的可靠性有很重要的作用。但机械强度较差，若选用合适的粘合剂与补强材料是可以弥补的。还有可用的优质片云母价格比较高，而云母纸的价格相对比较低，且可以充分利用云母矿产资源，可以说云母纸的出现推动了电气工业的发展。2．1．3．1．云母纸抄造云母纸是由多层云母鳞片之间的吸附力（范德华力、静电引力等）结合在一起而形成的。因此，面积愈大厚度愈小的云母鳞片，抄造成的云母纸性能就愈好。1）云母纸浆制造抄好云母纸的关键在于云母纸浆制造方法，即云母纸浆制造方法是将厚度为毫米级的碎云母碎成厚度为微米级以下的细小鳞片，然后将适合于造云母纸的云母鳞片分选出来，并与一定数量的水混匀的过程。云母纸浆制造方法主要有煅烧化学制浆法和水力制浆法。煅烧化学制浆法是将精选的云母碎片，经高温煅烧脱去云母结构中的部分结晶水，使云母碎片沿垂直于解理面的方向膨胀，质地变软，再用化学方法处理，使云母片充分地分裂解理，经洗涤，搅拌、分级成浆。用这种方法制浆抄造出的云母纸叫粉云母纸，俗称熟粉纸。天然云母碎片，云母加工的边角料是制造天然云母纸的主要原料。煅烧前要对云母原料进行分选，分选的目的是出去不适合制造云母纸的黏结片、黑云母、绿云母以及与云母中的其它杂质，以确保云母纸的电气性能和机械性能。分选后的云母原料要经过清洗干燥，然后进行煅烧，煅烧的目的是脱去云母结晶中的部分结晶水，使云母沿解理面的垂直于方向产生显著的膨胀而分层，变得疏松而柔软，在制浆过程中能让酸、碱溶液均匀地浸润各个层间，沿解理面产生分裂和破碎，形成尽可能大而薄的云母鳞片。云母煅烧质量将影响粉云母纸的电气性能、柔软性、耐折性、抗张强度和云母的成浆率，因而应严格控制好云母料的煅烧质量。经煅烧后的云母叫云母熟料，云母熟料尚需进行化学处理，即将云母熟料浸渍在2%～5%的稀酸中加热处理成浆，再经洗涤，分级，脱水而成，使之成为能分散于水中的呈均匀悬浮的鳞片状浆料。水力制浆法是用高压喷射水流在特制的腔体内将云母片剥离破碎成细小的鳞片，然后将适合于造纸的云母鳞片分选出来的方法，用这种方法制浆抄造出的云母纸叫再生云母纸，俗称生纸。水力制浆法中的云母原料处理与煅烧化学制浆法大致相同，所不同的是用高压水流将云母碎分剥破碎成有一定径厚比的云母鳞片，然后经分级，脱水而成。2）云母纸抄造将符合要求的云母纸浆用符合标准的水进行稀释，为确保云母纸抄造顺利进行，必须使云母鳞片均匀地悬浮在浆液中，并在网部形成均匀的纸胎，湿的纸胎黏附在毛毯上，再经脱水、干燥、卷制、分切而成云母纸。2．1．3．2．云母纸的性能和用途云母纸按其制造方法可分为熟纸、生纸、混抄纸三种，性能见表2。1）熟纸（MPM1型）外观呈金黄色，柔软性好、渗透性好，应用于高压电机用的多胶模压（或液压）连续式绝缘体系的多胶粉云母带中。2）生纸（MPM2型）外观呈银白色，生纸与熟纸的不同是生纸未经煅烧和化学处理，云母结构未被破坏，保持了天然云母的优良特性。适用于真空压力浸渍（VPI）的连续式绝缘体系中的少胶粉云母带、中胶带中。3）混抄纸（MPM3）型将熟纸和生纸的基材，以一定的比例相互混合，获得介于熟纸和生纸之间的特性。应用于具有特殊需求的绝缘体系中。表2-2云母纸的性能序号1234567类型定量厚度透气性，（）渗透时间（非网面），水萃取物电导率（），μ质量损失（），拉伸强度（），标称值，g/m2平均值与标称值的允许偏差，%个别值与标称值的允许偏差，%期望厚度，μm个别值与所有值的平均值的最大偏差，%MPMI6882100115130145160±4±6455565758595105±103200～65003800～73004700～8500≥6000≥6000≥6000≥6000100120120130130150150700.58.09.89.89.811.011.011.0MPM280100115125150±45060707590±101400～23001600～26001700～29001850～31502200～3700507090110160200.56.27.07.58.09.0±±10±14～～～～～～～～～～±12±15～～～2．1．3．3．影响云母纸质量的因素云母纸的质量除了与制造工艺、操作技术有密切关系外，还有一些因素对云母纸的性能有着重大的影响。1）原料是抄好云母纸的基础，不同的原料应采用不同的煅烧、制浆工艺方法，在共同达到浆料质量标准的基础上，再按云母纸的性能要求，按比例掺用。2）水质是抄好云母纸的重要条件。天然水常含有各种阴离子和各种阳离子，这些离子对纸的电气强度、介质损耗因数、绝缘电阻等均有不利的影响，同时对云母纸的机械强度有很大的影响，因而，抄造云母纸应采用净化后的天然水。3）环境湿度与云母纸的性能有相当密切的关系，云母纸有较强的吸湿性，环境湿度越大，云母纸的介电强度下降越明显。由此