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1、专业可行性报告11.5MW 直驱式风力发电机绝缘系统的研究直驱式风力发电机绝缘系统的研究李强军1 姜其斌1 陈红生2 邢国华1 薛长志2 (1 株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南 株洲，；2 株洲南车电机股份有限公司，湖南 株洲，)摘要：分析了风力发电机的运行环境对绝缘系统及其材料的特殊要求，开展了 1.5MW 直驱 式风力发电机绝缘系统及其材料的研究，研制了适合 1.5MW 直驱式风力发电机定子绝缘系 统要求的聚酯亚胺无溶剂浸渍树脂。对不同浸渍树脂和电磁线组成的风力发电机绝缘系统进 行了模拟线棒性能试验，探讨了绝缘系统的耐盐雾性、耐高低温湿热交替性能和介质损耗因 数及击穿电压等性能。试验结
2、果表明，由聚酯亚胺无溶剂浸渍树脂、聚酯薄膜粉云母带与聚 酰亚胺薄膜熔融绕包电磁线组成的风力发电机绝缘系统具有较低的介质损耗因数、良好的耐 盐雾性和高低温绝缘性能，是目前风力发电机绝缘系统绝缘性能最优异的绝缘系统之一。 关键词：风力发电机；绝缘系统；聚酯亚胺；浸渍树脂；聚酰亚胺薄膜Research of insulation system for direct-drive wind turbineLi Qiang-jun1,Jiang Qi-bin1,Chen Hong-sheng2 ,Xing Guo-hua1 ,Xue Chang-zhi2 (1.Zhuzhou Times New Mate
3、rial Techonolgy CO.,LTD，Zhuzhou ,China； 2.Zhuzhou CSR Electric CO.,LTD，Zhuzhou，, China) Abstract: Special requirements of wind turbine running environment on insulation system and materials were analyzed and polyester-imide solvent impregnated resin suited for the insulation system of wind turbines
4、were studied. Tests of performance simulation of bars were carried out on wind turbine insulation system composed of various impregnated resin and magnetic wires to examine the salt spray resistance,high/low temperature resistant moist heat alternating performance,dielectric dissipation factor and b
5、reakdown voltages,ect.of the system.It is shown that the wind turbine insulation system consisted of solvent-free polyesterimide impregnating resin,mica tape with polyester and molten polyimide lappde magnetic wire has lower dielectric dissipation factor,good salt spray resistance and high and low t
6、emperature insulation performance and is one of the best insulation systems with excellent insulation properties.Key words: wind turbines;insulation system;polyester-imide;impregnated resin；polyamide film1 前言前言风能的开发和利用在欧美发达国家发展非常迅速，风力发电的应用技术已日 趋成熟。近年来，我国的风力发电事业也得到了快速发展。根据风力发电“十一 五”发展规划以及风力发电远景规划，我国风
7、力发电规划各阶段风电装机容量需 求：20052010 年，每年平均装机容量需求达到 60 万千瓦；20102015 年，每 年平均装机容量需求达到 120 万千瓦；20152020 年，每年平均装机容量需求 达到 200 万千瓦 12 。目前我国风力发电场近 80的风力发电机组为进口设备， 存在价格贵、售后服务难保证的缺点。国家“十一五”规划中明确提出，新建风专业可行性报告2力发电场的设备国产化率必须达到 70以上。其中作为风力发电装备的最关键 部件，风力发电机的研制尤为关键，电机运行的可靠性和运行寿命主要取决于绝 缘系统的设计及其材料的应用。由于风力发电机使用的特殊地理环境（戈壁、草 原、海
8、边等） ，风力发电机所用绝缘系统及其绝缘材料有着特殊要求，如防震、 抗潮、耐盐雾及在低压、大电流绝缘系统的机械强度和因机械性能下降引发的绝 缘性能衰退以及特殊环境下运行绝缘系统的耐候性问题等 37 。 本文针对这一系列情况进行分析总结，研究了聚酯亚胺高分子树脂在直驱 式风力发电机上的应用，提出采用聚酰亚胺薄膜熔融粉云母带绕包电磁线浸渍聚 酯亚胺高分子树脂的绝缘系统，并对这种绝缘系统进行了力学性能、耐盐雾性、 耐高低温湿热交替性能和介质损耗因数及击穿电压等性能的研究，获得了良好的 结果。这种绝缘系统能有效增强直驱式永磁风力发电机定子绝缘系统运行可靠性 与运行寿命，对于今后风力发电机的发展具有重要
9、意义。2 实验部份实验部份2.1 模拟线棒绝缘系统组成材料模拟线棒绝缘系统组成材料 电磁线：3.55mm10.00mm 聚酰亚胺薄膜熔融聚酯薄膜粉云母带绕包电磁 线、3.55mm10.00mm 聚酰亚胺薄膜熔融玻璃丝包电磁线、3.55mm10.00mm 聚酯薄膜粉云母带绕包电磁线；浸渍漆：聚酯亚胺无溶剂浸渍树脂、聚酯无溶剂 浸渍树脂和环氧改性聚酯无溶剂浸渍树脂；绕包材料：0.14mm20mm 环氧少胶 粉云母带。 2.2 模拟线棒的制作工艺流程模拟线棒的制作工艺流程 在 2 根电磁线上手工半叠绕包 2 层少胶带平包 1 层聚酯热收缩带制作模拟线 圈，在 1055温度下预热 2h，拿出冷却至 6
10、05，入浸渍罐抽真空（1mbar 以下）2h，输入浸渍树脂保持 1h，之后通氮气加压至 3 个大气压保持 1h，降压、 滴漆后，模拟线棒绕包聚四氟乙烯薄膜和热收缩带，放入烘箱 165固化 2h，最 后拆去热收缩带及聚四氟乙烯薄膜，得到模拟线棒。 2.3 绝缘系统评定试验内容绝缘系统评定试验内容 2.3.1 绝缘系统盐雾性试验 绝缘系统盐雾性试验按 GB/T 2423.17-1993恒定湿热试验和 GB/T 1771-2007耐中性盐雾性能测定标准进行。模拟线棒试样：3.55mm10mm 聚酰亚胺薄膜熔融聚酯薄膜粉云母带绕包电 磁线、3.55mm10mm 聚酰亚胺薄膜熔融玻璃丝包电磁线、3.55
11、mm10mm 聚酯 薄膜粉云母带绕包电磁线，同时浸渍聚酯亚胺无溶剂浸渍树脂，烘焙固化，分别 记为 A、B、C。 试验条件为喷雾温度：1535，相对湿度：9095，盐溶液浓度： 51，盐溶液 PH 值：7.01。 试验时间周期，如图 1 所示：4 个喷雾周期，每周期 2h。每完成一次喷雾后 再在相对湿度 90%95、温度 40的环境中连续储存 166h。专业可行性报告3图 1 绝缘系统模型盐雾试验2.3.2 模拟线棒绝缘系统交变湿热评定试验 模拟线棒绝缘系统交变湿热评定试验按 GB/T2423.41993交变湿热试验 方法标准进行。 模拟线棒试样：3.55mm10mm 聚酰亚胺薄膜熔融聚酯薄膜粉
12、云母带绕包电 磁线分别浸渍聚酯亚胺无溶剂浸渍树脂、聚酯无溶剂浸渍树脂和环氧改性聚酯无 溶剂浸渍树脂，烘焙固化，分别记为 D、E、F。 模拟线棒交变湿热评定试验时间周期如图 2 所示。升温阶段：在 2h 内升温 到 40，湿度 95；高温高湿阶段：在 40下保温 12h，降温阶段：在 3h 降温 到 23，低温高湿阶段：在 23下保温 7h。每个周期测量一次绝缘电阻，共测 试 9 个周期。图 2 绝缘系统模型交变湿热试验 2.3.3 风电线圈绝缘系统产品质量评定 按照 JB/T50122 中型高压电机少胶整浸线圈产品质量分等标准评定。模拟线棒试样：3.55mm10mm 聚酰亚胺薄膜熔融聚酯薄膜粉
13、云母带绕包电 磁线浸渍聚酯亚胺无溶剂浸渍树脂，共 5 个试样。绝缘系统评定试验内容按要求进行下述评定试验：模拟线棒绝缘整体性检查；模拟线棒 tanUn 曲线测量：在常态及 155下，分别测量 0.2Un、0.4Un、0.6Un、0.8Un、1.0Un 下的 tan 及tan 值；模拟线棒击穿电压： 在 155烘箱中进行，采用连续升压方式。专业可行性报告43 结果与讨论结果与讨论3.1 绝缘系统盐雾性试验 模拟线棒 4 个盐雾试验周期后，检测模拟线棒的外观、绝缘电阻、极化指数、常态介质损耗因数、热态 155介质损耗因数、常态介质损耗因数增量、局部放电试验和工频击穿电压。试验结果如表 1 所示。试
14、验结果表明，A 模拟线棒的绝 缘系统在盐雾试验前后绝缘电阻、介质损耗因数、介质损耗因数增量和极化指数 比其他两种系统模拟线棒变化小，说明 A 绝缘系统耐盐雾性能优异。 表 1 模拟线棒盐雾性试验结果ABC 检测项目 盐雾试验前盐雾试验后盐雾试验前盐雾试验后盐雾试验前盐雾试验后绝缘电阻2.510121.010127.510114.010112.010111.51011极化指数（R10min/R1min3.086.002.673.003.253.67常态介质损耗tan（2kV 时）10-21.221.442.426.332.542.83热态 155介质损耗tan（2kV 时）10-27.468.4
15、911.3714.1711.0314.05最小值3.010-406.010-41.510-32.010-48.010-4常态介质损耗增量tan最大值1.610-21.510-21.910-22.510-21.510-22.110-22kV 局放量（PC）9.9310.332.4841.2510.4220.173kV 局放量（PC）3819.75069.894307.945907.1996.238884.0局部放电试验起始局放电压 kV2.111.792.101.751.871.68工频击穿电压 kV29.124.018.3外观经交变盐雾试验后，绝缘物无腐蚀物析出，漆膜无粉化、龟裂、脱落。注：常
16、态介质损耗因数增量（tan） ，每 0.5kV 间距，从 0.5kV 至 3kV 3.2 模拟线棒的高低温交替高湿试验 模拟线棒在采用对每个周期进行绝缘电阻检测，检测结果见表 2。 表 2 模拟线棒的高低温交替高湿性能试验样品编号交变湿热试验前检验结果第 1 个周期第 2 个周期第 3 个周期第 4 个周期D-15.510115.210102.710101.6510101.651010D-23.810112.510101.710101.110101.061010E-13.810111.510101.010107.181093.7109E-23.810114.010101.310108.01093.0109专业可行性报告5F-14.410112.010101.6510105.01091.2109F-25.810115.010101.
