1.5MW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，412007；2株洲南车电机股份有限公司，湖南 株洲，412001)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 Material Techonolgy CO.,LTD，Zhuzhou 412007,China；2.Zhuzhou CSR Electric CO.,LTD，Zhuzhou，412007, 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 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 breakdown 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 temperature 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，我国风力发电规划各阶段风电装机容量需求：2005～2010年，每年平均装机容量需求达到60万千瓦；2010～2015年，每年平均装机容量需求达到120万千瓦；2015～2020年，每年平均装机容量需求达到200万千瓦[ 1－2 ]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[ 3－7 ]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意义2 实验部份2.1模拟线棒绝缘系统组成材料电磁线：3.55mm×10.00mm聚酰亚胺薄膜熔融聚酯薄膜粉云母带绕包电磁线、3.55mm×10.00mm聚酰亚胺薄膜熔融玻璃丝包电磁线、3.55mm×10.00mm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：0.14mm×20mm环氧少胶粉云母带2.2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105℃±5℃温度下预热2h，拿出冷却至60±5℃，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：3.55mm×10mm聚酰亚胺薄膜熔融聚酯薄膜粉云母带绕包电磁线、3.55mm×10mm聚酰亚胺薄膜熔融玻璃丝包电磁线、3.55mm×10mm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：15~35℃，相对湿度：90~95％，盐溶液浓度：5％±1％，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/T2423.4－1993《交变湿热试验方法》标准进行模拟线棒试样：3.55mm×10mm聚酰亚胺薄膜熔融聚酯薄膜粉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：3.55mm×10mm聚酰亚胺薄膜熔融聚酯薄膜粉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tanδ－Un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tanδ及△tanδ值；模拟线棒击穿电压：在155℃烘箱中进行，采用连续升压方式3 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检测项目ABC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2.5×10121.0×10127.5×10114.0×10112.0×10111.5×1011极化指数（R10min/R1min3.086.002.673.003.253.67常态介质损耗tanδ（2kV时）10-21.221.442.426.332.542.83热态155℃介质损耗tanδ（2kV时）10-27.468.4911.3714.1711.0314.05常态介质损耗增量△tanδ最小值3.0×10-406.0×10-41.5×10-32.0×10-48.0×10-4最大值1.6×10-21.5×10-21.9×10-22.5×10-21.5×10-22.1×10-2局部放电试验2kV局放量（PC）9.9310.332.4841.2510.4220.173kV局放量（PC）3819.75069.894307.945907.1996.238884.0起始局放电压kV2.111.792.101.751.871.68工频击穿电压kV－29.1－24.0－18.3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：常态介质损耗因数增量（△tanδ），每0.5kV间距，从0.5kV至3kV3.2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-15.5×10115.2×10102.7×10101.65×10101.65×1010D-23.8×10112.5×10101.7×10101.1×10101.06×1010E-13.8×10111.5×10101.0×10107.18×1093.7×109E-23.8×10114.0×10101.3×10108.0×1093.0×109F-14.4×10112.。