主绝缘结构优化课件.ppt

1、东材科技：伍尚华时 间：2013年10月主绝缘结构的现状主绝缘结构的现状1典型结构评价及发展现状典型结构评价及发展现状关于结构优化的思考关于结构优化的思考23目录一、主绝缘结构的现状 云母复合绝缘结构：云母复合绝缘结构：云母的天然二维纳米特性，具云母的天然二维纳米特性，具有优异的介电及耐电晕性能，在高压电机线圈对地绝缘有优异的介电及耐电晕性能，在高压电机线圈对地绝缘（主绝缘）结构中，迄今尚具有主流结构不可替代性。（主绝缘）结构中，迄今尚具有主流结构不可替代性。主流结构主流结构表1 1 典型制造方式制造方式制造方式绝缘材料绝缘材料典型结构典型结构应用企业应用企业真空压力浸渍真空压力浸渍（VPI）

2、少少(中中)胶胶云母带；云母带；VPI树树脂脂(配配套套完成系完成系)VPI定子定子覆盖行业，不胜覆盖行业，不胜枚举枚举VPI线棒线棒东电、浙富、上东电、浙富、上电、生建等电、生建等模压成型模压成型多胶云母带多胶云母带(独立完成系独立完成系)定子线定子线棒棒(圈圈)东电、哈电、南东电、哈电、南汽、武汽等汽、武汽等真空液压真空液压（VPR）定子线棒定子线棒东芝水电东芝水电 制造方式及应用制造方式及应用一、主绝缘结构的现状表2 2 典型结构形态结构类型结构类型云母结构云母结构结构补强方式结构补强方式垂直层向解理结构垂直层向解理结构VPI配套云配套云母绝缘母绝缘非煅烧型云母纸非煅烧型云母纸（生纸结构

3、）（生纸结构）单面玻璃布单面玻璃布云母云母/玻璃玻璃/云母云母/玻璃玻璃薄膜玻璃布混薄膜玻璃布混合合云母云母/玻璃玻璃/云母云母/薄膜薄膜多胶云多胶云母母绝绝缘缘煅烧型云母纸煅烧型云母纸（熟纸结构）（熟纸结构）双面玻璃布双面玻璃布玻璃玻璃/云母云母/玻璃玻璃/玻璃玻璃/云母云母/玻璃玻璃单面玻璃布单面玻璃布云母云母/玻璃玻璃/云母云母/玻璃玻璃 结构形态及组成结构形态及组成一、主绝缘结构的现状表3 3 典型结构组成结构类型结构类型结构补强方式结构补强方式云母含云母含量量(%)结构树脂含结构树脂含量量(%)VPI配套云配套云母绝缘母绝缘单面玻璃布单面玻璃布55 7028 32薄膜玻璃布混薄膜玻璃

4、布混合合55 6525 30多胶云多胶云母母绝绝缘缘双面玻璃布双面玻璃布40 4534 40单面玻璃布单面玻璃布50 5534 40一、主绝缘结构的现状 二、典型结构评价及发展现状 多胶绝缘由于传统的材料双面补强结构和模压成多胶绝缘由于传统的材料双面补强结构和模压成型方式，其突出的线棒（圈）低制造效率和工艺分散型方式，其突出的线棒（圈）低制造效率和工艺分散性（高废次品率）以及性能高离散度，日渐被高制造性（高废次品率）以及性能高离散度，日渐被高制造效率、高结构整体性（无气隙绝缘）、性能低离散度效率、高结构整体性（无气隙绝缘）、性能低离散度的的VPIVPI结构取代，尤其是中、小型高压电机的定子结构

5、取代，尤其是中、小型高压电机的定子VPIVPI结构已近全行业覆盖。结构已近全行业覆盖。三、关于结构优化的思考主绝缘结构的破坏主绝缘结构的破坏 在外电场作用下，载流子（内气隙极化电离、偶极束在外电场作用下，载流子（内气隙极化电离、偶极束 缚电荷脱逸、电导杂质等）电晕损伤导致电场集中而加速缚电荷脱逸、电导杂质等）电晕损伤导致电场集中而加速 破坏，载流子增加和电场集中的往复累积而达到瞬间电流破坏，载流子增加和电场集中的往复累积而达到瞬间电流导通的过程。导通的过程。实际绝缘结构的破坏较多的是因整体性不良而导致运实际绝缘结构的破坏较多的是因整体性不良而导致运行过程中首先从机械应力破坏开始的。行过程中首先

6、从机械应力破坏开始的。设计结构下的云母及补强材料均匀沉浸于胶粘设计结构下的云母及补强材料均匀沉浸于胶粘剂的连续（无气隙）复合状态，其垂直层向的可重剂的连续（无气隙）复合状态，其垂直层向的可重复结构单元的组成及特性处处相同，是结构介电行复结构单元的组成及特性处处相同，是结构介电行为和力学行为均匀的状态，对绝缘结构的破坏具有为和力学行为均匀的状态，对绝缘结构的破坏具有最大抵抗能力。最大抵抗能力。主绝缘结构整体性的理想状态主绝缘结构整体性的理想状态 三、关于结构优化的思考结构整体性影响因素结构整体性影响因素胶粘剂胶粘剂 介电特性、固化态介电特性、固化态TgTg以及复合粘接一体化成型工艺性等（略）。以

7、及复合粘接一体化成型工艺性等（略）。云母含量及形态云母含量及形态 非煅烧云母比表面（径厚比）大，树脂饱和量较低，有利于提高非煅烧云母比表面（径厚比）大，树脂饱和量较低，有利于提高云母含量，但比表面离散性较高，不利于复合均匀粘接固化和机械物云母含量，但比表面离散性较高，不利于复合均匀粘接固化和机械物理应力的分散，也不利于感应内电场的均匀分布。理应力的分散，也不利于感应内电场的均匀分布。煅烧云母比表面（径厚比）小，树脂饱和量较高，云母含量受限煅烧云母比表面（径厚比）小，树脂饱和量较高，云母含量受限，但有利于结构的力学均匀性，也利于感应内电场的均匀分布。，但有利于结构的力学均匀性，也利于感应内电场的

8、均匀分布。补强方式补强方式 双面补强不利于云母含量和云母与树脂的复合结构连续性，单面双面补强不利于云母含量和云母与树脂的复合结构连续性，单面补强方式更具科学合理性，也是补强方式更具科学合理性，也是VPIVPI的关键技术特征。的关键技术特征。结构设计结构设计 三、关于结构优化的思考多胶模压多胶模压 加热方式（涡流内加热、空气或电热板式外加热）均存在线性加热方式（涡流内加热、空气或电热板式外加热）均存在线性方向或垂直径向温度不同步分散性，加之压力的单向传递过程使得方向或垂直径向温度不同步分散性，加之压力的单向传递过程使得结构固化过程容易出现组成分布和致密性（压缩量）不均的分散性结构固化过程容易出现

9、组成分布和致密性（压缩量）不均的分散性，影响结构的整体性及综合性能，其工艺控制难度使得该工艺方式，影响结构的整体性及综合性能，其工艺控制难度使得该工艺方式应用范围逐渐缩小濒临淘汰。应用范围逐渐缩小濒临淘汰。成型工艺方式成型工艺方式 三、关于结构优化的思考结构整体性影响因素结构整体性影响因素nVPIVPI方式方式 良好的无气隙均匀结构连续性，但良好的无气隙均匀结构连续性，但VPIVPI树脂与云母带树脂成份树脂与云母带树脂成份（促进剂）很难达成理想均匀混合态；在（促进剂）很难达成理想均匀混合态；在VPIVPI线棒制造中，仍存在固线棒制造中，仍存在固化过程压缩量与树脂流失度不均的可能性。化过程压缩量

10、与树脂流失度不均的可能性。n多胶多胶VPRVPR 兼具多胶及兼具多胶及VPIVPI的优点，在介质密闭更均匀的温度和压力状态下的优点，在介质密闭更均匀的温度和压力状态下固化，使得多胶结构趋近其设计的理想状态。固化，使得多胶结构趋近其设计的理想状态。思考优化的逻辑：组成设计是否利于结构形态的连续完整思考优化的逻辑：组成设计是否利于结构形态的连续完整性；制造工艺方式是否利于趋向结构整体的理想状态。性；制造工艺方式是否利于趋向结构整体的理想状态。三、关于结构优化的思考理论上VPI主绝缘结构或多胶主绝缘都可以做到整体性优良完整和可靠的性能寿命，应当是各有千秋，难分伯仲。少胶VPI绝缘多胶云母绝缘目前已具

11、有相当的成熟和评目前已具有相当的成熟和评价认同度，我们思考的优化价认同度，我们思考的优化方案推荐是方案推荐是以煅烧型云母纸以煅烧型云母纸替代现行非煅烧型纸绝缘结替代现行非煅烧型纸绝缘结构构，在提高结构整体性和应，在提高结构整体性和应力抵抗寿命方面应该有更积力抵抗寿命方面应该有更积极作用，也有利于绝缘结构极作用，也有利于绝缘结构进一步的减薄设计，或值得进一步的减薄设计，或值得研究评价尝试。研究评价尝试。采用单面补强云母带，真空液采用单面补强云母带，真空液压工艺方式的多胶压工艺方式的多胶VPRVPR结构结构，能，能够克服传统模压双面补强的诸够克服传统模压双面补强的诸多结构分散不可靠因素；具有多结构

12、分散不可靠因素；具有独立材料完成性、实现较高的独立材料完成性、实现较高的云母含量和优良的整体连续均云母含量和优良的整体连续均匀理想性；而且就匀理想性；而且就VPIVPI线棒比较，线棒比较，工序环节更少，环境更环保，工序环节更少，环境更环保，材料或设备及运行维护成本都材料或设备及运行维护成本都有很大的节约。有很大的节约。结构优化推荐结构优化推荐 三、关于结构优化的思考优化的支持基础优化的支持基础试验周期试验周期绝缘发空率绝缘发空率尺寸变尺寸变化化（mmmm）常态常态tantan（U U1 1=2.0kV=2.0kV；U U0 0=1.0kV=1.0kV）熟纸结熟纸结构型构型生纸结生纸结构型构型熟

13、纸结熟纸结构型构型生纸结生纸结构型构型熟纸结构型熟纸结构型 生纸结构型生纸结构型170170 48h48h0 01001000 01 10.310.312 2190190 96h96h0 00 00.360.36表4 4 双面补强桐马多胶云母带模压铝排线棒热稳定性试验对比参考判断：相同树脂复合状态，熟纸结构的力学行为优于生纸结构。生、熟型云母纸同比结构热稳定性比较生、熟型云母纸同比结构热稳定性比较=2.0mm=2.0mm 三、关于结构优化的思考材料结构材料结构 线棒类型线棒类型云母含量云母含量（%）树脂含量树脂含量（%）击穿电压击穿电压（kVkV）击穿场强击穿场强（kV/mmkV/mm）单面补

14、强单面补强多胶结构多胶结构铝排线棒铝排线棒5252383812112136.136.1真机线棒真机线棒5252383812812838.838.8双面补强双面补强多胶结构多胶结构铝排线棒铝排线棒4343383810210229.129.1真机线棒真机线棒4343383810410429.729.7玻璃布双面补强结构与单面补强结构的对比玻璃布双面补强结构与单面补强结构的对比表5 5 熟纸多胶模压线棒的典型介电性能比较参考判断：单面补强结构介电性能优于双面补强结构。=3.5mm=3.5mm 三、关于结构优化的思考材材料结料结构构成型成型工艺工艺1min1min耐压试验耐压试验 (kV)(kV)90

15、 90 100100110110120120130130140140150150双面补强双面补强VPRVPR通过通过通过通过通过通过通过通过通过通过通过通过5min5min多胶多胶VPRVPR线棒（典型个例）线棒（典型个例）表6 6 东芝水电VPRVPR董箐机组线棒(Un=15.75kV)(Un=15.75kV)阶梯耐压试验结果参考判断：VPR工艺的优越性。=4.5mm=4.5mm 三、关于结构优化的思考实例掠图VPR线棒(东芝水电)VPI线棒实例掠图 结构及制造工艺优化的目的是改善结构及制造工艺优化的目的是改善提高绝缘结构性能寿命可靠性以及设计提高绝缘结构性能寿命可靠性以及设计制造的经济性。制造的经济性。现有的并非永远是最好现有的并非永远是最好 优化的实际的运作需要兴致共识的优化的实际的运作需要兴致共识的合作伙伴合作伙伴 路漫漫其修远，坚持理性终会有发路漫漫其修远，坚持理性终会有发展展 不是论文，仅是认知心得的交流分不是论文，仅是认知心得的交流分享享 谢谢大家的时间！谢谢大家的时间！结束语