高压电机绝缘结构设计及线圈加工工艺研究

高压电机绝缘结构设计及线圈加工工艺研究

周雪峰

（佳木斯电机股份有限公司黑龙江佳木斯154002）

摘要：我们常见的电动机故障约有50%都与其绝缘性能有直接或间接的关系；绝缘结构的优劣对电动机的质量、运行效率、材料利用率和寿命起到至关重要的作用。本文以生产服务中心为彬长大佛寺、胡家河等矿大修的电动机为参考，主要是10KV-500Kw、3300V-500Kw、3300V-700/350Kw、1140V-315Kw等硬绕组电机；结合实际维修应用，简单介绍一些常用的绝缘结构设计和线圈加工中的工艺技巧。

关键词：电机；绝缘结构；线圈加工

1电机高压绝缘处理的重要意义

1）提高高压电机绝缘的导热、耐热、耐潮和化学稳定等性能；

2）改善高压电机的电气性能，使设备运行安全可靠；

3）提高高压电机的工作效率，促进电力工业的稳定迅速发展；

4）提高高压电机绝缘的机械强度，延长其使用寿命。

2电机绝缘的构成

电动机的整体绝缘由以下几部分构成：1、导线自带的绝缘；2、绕组的层间和相间绝缘；3、绕组对地绝缘；4、引线、连接线、端部包扎的绝缘及绕组的浸渍漆。

这些绝缘分布在线圈或绕组的股间、匝间、相间、对地位置以及引出导线、端部接头的包扎等位置上，它们与绝缘浸渍漆合在一起构成整台电动机的绝缘系统。

3电机的绝缘等级及绝缘材料

高压电机的绝缘等级指的是其所用绝缘材料的耐受高温强度分级，一般可以分为A、E、B、F、H五个等级。不同绝缘材料耐热能力各有不同。一般来说，电气设备都有其规定限制其工作的最高温度，这是结合运行需要和绝缘材料的耐热性能确定的。各级绝缘都有其对应的绝缘材料，比如，B级的绝缘材料主要由云母等经有机胶胶合或浸渍而制成的，常用的B级绝缘材料主要有黄腊管、6520复合纸等。

一般根据高压电机的安全等级和使用环境选择绝缘材料，应用在高压电机方面的关键绝缘材料主要包括:绝缘纸主要用于绕组和定子芯的绝缘；漆包线主要用于高压电机绕组绝缘；绝缘套管主要用于绕组线和高压电机引线连接处的绝缘；浸漆主要用于高压电机的防潮和绝缘。

4每部分绝缘的构成、选用及加工工艺

（一）股间绝缘。多根导线之间的绝缘称为股间绝缘。它们用导线本身自带的绝缘构成。如果电机的功率较大时选用单根导线，则电密度就要增加，容易引起局部发热或放电。但若仅仅加大导线截面积，则导线太粗太硬，会导致线圈加工、绕组嵌线较为不便。因此我们常见的方法是采取用多根导线代替一根，达到降低电密度的办法。

（二）相间绝缘。对于成型绕组，靠线圈端部包扎的绝缘及线圈间的间隙即可承受相间电压。如线圈间间隙比较均匀，线圈端部间垫块的安放及线圈的绑扎处理的很妥善，对于云母带包扎的线圈，端部包扎的层数为槽部的2/3～1/2即可。比如在槽部，极限圈的直线部分若半叠包12层，则端部半叠包6～8层即可。

（三）层间绝缘。简单的理解，层间绝缘就是一个线槽里放两把或两把以上不同相的线圈。它们在同一槽内异相的上、下层线圈间要承受电机的额定相电压。因此，为了避免相间放电，在这个上、下层间要加层间绝缘。

对于成型绕组，若每个线圈均包主绝缘，则层间绝缘可以取消。但为了端部线圈间有间隙、嵌线时操作方便，以及填补同一机座号不同规格间线圈的高度差，也要加层间绝缘。通常F级绝缘电机用3240的环氧玻璃布板。其宽度尺寸=槽口宽度减去0.5mm左右；长度上要长于线槽长度，一般要求单边伸出铁芯的直线部分大约10～20mm。

另外应注意的是，线圈在加工制作时的引出线头处的绝缘也应当小心处理。此前在维修胡家河矿1140V-315Kw乳化液泵站电机时，线圈引出线头的绝缘包扎不到位，绝缘层在引出线头处形成了一个横切面，形成了“断头”，导致爬电距离不够，线圈未能顺利通过耐压试验。后经工艺改进，在分离处（圆圈处）的线圈要使用手工包，从分离处向外包30-50mm，逐渐的减少包扎厚度直至露出线头（呈锥形），这样一方面减少绝缘强度衰减带来的风险，另一方面也方便后期焊接。如果线头与线圈本体分离处的绝缘处理不得当，非常容易发生击穿。

（四）对地绝缘。对地绝缘也称“主绝缘”或“槽绝缘”，它是电机绝缘的核心。电机的质量、成本及温升均与它有直接关系。

低压散嵌线定子绕组对地绝缘就绝缘规范而言，1140V及以下均属低压范畴。目前低压电机，无论是制造还是检修，大多数均采用F级绝缘。一部分因使用环境温度较高或工作环境较差，采用H级绝缘。

低压、散嵌线F级绝缘目前采用对地绝缘材料为：

0.2～0.25mmNMN（聚酯薄膜聚芳纤维纸复合箔）；

0.2～0.35mmDMD（聚酯薄膜聚酯纤维纸复合箔）；

0.05mm聚酰亚胺薄膜（6050）。

H级绝缘常用的材料为：

0.2～0.25mmNHN（聚酰亚胺膜聚芳纤维纸复合箔）；

0.05mm聚酰亚胺薄膜（6050）。

F级、H级槽绝缘的尺寸、层数的规律相同，只是材质略有差异。

槽绝缘的层数、厚度除与机座号、电压有关外，还与铁芯质量、槽绝缘材质的质量及导线本身自带绝缘的绝缘强度以及绕组的浸渍漆有关。当后面这四项附加的制约因素都很理想时，槽绝缘就可以薄点，否则就要厚些。

②槽口绝缘

在此前大修的众多电机中，槽口放电是常见的故障类型之一，因为线圈在槽口处离开了铁芯，存在较高的电位差，经常产生电晕，尤其在3300V以上电压等级的电机上表现尤为突出。所以防止电晕的产生是应注意的首要问题。

高阻带的作用较为明显，目的是为了防止电位差带来的放电电晕击穿绝缘。而在第2节中我们了解到，低阻带包扎在线绝缘的最外一层，而低阻带的作用其实与高阻带恰恰相反，其具体作用其实是导电，那么它导的是哪里的电？

拿10KV电机来讲，绕组线圈中通的电压是10KV，而铁芯的电压是0V，不论如何增加线绝缘的厚度和强度，都难免的产生电位差，从而集聚电荷，这样一来，如果不进行适当的处理，电荷集聚越来越多，非常容易引发击穿故障；那么，能不能通过一种办法，将刚刚集聚起来的电荷通过适当的方式释放掉？所以，低电阻带的作用就是将线圈上刚刚集聚起的电荷导向铁芯（即线槽），而铁芯连接着电机外壳，这微小量的电荷通过接地线，就安全的流向了大地。

5绝缘测试

设计绝缘结构时应充分考虑以下因素：介电性能要求，机械性能，热性能，化学性能等。其中，电气性能是主要的，但不是决定性的。对高压电机，介电性能起着决定性作用。

基于以上因素的存在，为了安全和防止击穿，高压电机在投入运行之前都要通过各种测试，其中耐压试验和绝缘电阻的测量都是必不可少的。另外，由于随着使用时间的延长，高压电机的绝缘可能会受潮、老化甚至击穿，因此还要给电机定期地进行绝缘性能的测试。

5.1耐压试验

一般要求试验电压是额定工作电压的1.2～1.5倍，持续通电一段时间，瞬时耐高压一般是要求2.5倍额定工作电压。若测量电压没有很明显的变化则说明绝缘性能合格。通常可分为匝间对地耐压试验和耐压试验两种，也可分为交流高压试验、直流高压试验、冲击电压试验等。

这类试验属于破坏性试验，对绝缘的考验是严格的，特别是能揭露那些危险性较大的集中性缺陷；其缺点是可能会对绝缘造成一定的损伤[2]。

5.2绝缘电阻测量

测量电机的绝缘电阻是检验其绝缘性能最简单又可靠的辅助方法。由所测得的绝缘电阻值可发现电机绝缘击穿、受潮等贯通性缺陷，还能测出绝缘存在沾污、受潮或其它绝缘缺陷情况。这种测试是非破坏性试验，因此用通过测量绝缘电阻来检验高压电机的绝缘性能是否还满足需要成为广泛应用的一种方法。而且，这种测试是十分必要的。

按我国标准GB755-87规定，电机绕组处于工作温度的时候，绝缘电阻R应满足大于等于Un/（1000+Pn/100）（兆欧）的要求。式中，Un指的是电机额定工作电压（伏）；Pn指的是电机额定工作功率（kW）。通常，在测试冷态绝缘电阻的时候，至少要求绝缘电阻满足R≥1兆欧/千伏。当然，还应考虑温度等因素对绝缘电阻大小的影响。

常用的测量方法一般有：兆欧表法，电桥法等。

结语

可以这样说，绝缘性能的优劣直接决定着电机的使用寿命及其质量。当前对电机的设计都向着小型化、轻量化、节能化发展，为了顺应这种设计潮流，对于绝缘结构的要求，就在其整体的耐用性和散热性、材料的简单化、统一化方面提出了更高的要求，这也是今后应当努力学习、研究的方向。

参考文献

[1]魏刚.绝缘结构的识别与应用.检测技术，2010(4).

[2]施围.高电压工程基础.高电压技术，2011，1.