少胶结构高压电机接地故障浅析

少胶结构高压电机接地故障浅析

裴晓梅

中车永济电机有限公司，山西 永济 044502

摘要：分析了10kv交流高压电机采用少胶结构绝缘系统在生产制造过程中频繁发生接地故障的原因，通过故障再现验证分析的正确性，并采取措施改进，解决接地问题。

关键词：高压电机；少胶绝缘结构；云母撕裂

0 引言

近年来高压电机在双馈风力发电系统的应用越来越多，尤其是10kv的高压电机已完全开始量产并取得很好的效果。定子多胶结构的绝缘系统在高压电机运行上表现优越，其绕组绝缘整体性好，对绝缘浸漆工艺要求较低。然而定子线圈制造工艺繁杂，需要热压设备对线圈对地绝缘进行整体热压固化，固化效果难以评估，且固化后的线圈的嵌线工艺性较差，对定子的生产制造造成很大的困难。为提升线圈及嵌线的工艺可靠性，越来越多的高压电机采用少胶绝缘结构代替多胶绝缘结构。

1 高压电机少胶结构定子接地故障

为提升高压电机定子绝缘漆的渗透性及绝缘系统的整体性，定子线圈采用玻璃布少胶云母带多层包扎工艺，在多种型号的10kv高压电机上应用，效果良好。去年新研发的某型号的高压电机仍旧采用此绝缘结构，在进行首批5台试制时，其中两台定子嵌线后进行绕组对地耐压试验时发生接地故障（图1），将故障线圈从槽内取出，更换新的线圈，重新进行对地耐压试验，另外一支线圈发生接地，更换故障线圈后试验，别的部位又出现接地，造成试验无法进行。

图1

2 接地故障原因分析

 2.1故障描述

取出故障线圈，逐层拆开线圈绝缘，发现线圈直线部分多处部位出现明显的撕裂伤（图2），撕裂处绝缘缺失，导致在进行对地耐压试验时薄弱点接地。

图2

2.2故障分析及再现

线圈制作完成后，每支线圈进行对地耐压检测，合格才可进行嵌线作业，由此可初步判断线圈对地绝缘的撕裂伤在嵌线过程中形成。通过观察线圈进槽过程，发现线圈进槽时直线部分有较明显的弯曲变形（图3），为验证线圈直线弯曲变形是否是造成云母撕裂的原因，在虎钳上进行了模拟验证。取一支对地绝缘完好的线圈，将直线边夹持在虎钳上，然后推动露在虎钳外的部分，使其形成一定程度的弯曲，模拟嵌线线圈弯曲的状态，在线圈弯曲过程中，通过观察发现弯曲部分云母有明显的撕裂伤，与从嵌线槽内取出的故障线圈的撕裂伤高度一致（图4）。

图3                        图4

2.3 原因分析

玻璃布少胶云母带的绝缘结构在其他型号的高压电机上已批量应用，并未出现上述的接地问题。此型号电机定子线圈与相同绝缘结构的其他型号线圈各项尺寸进行对比，具体见表1。

表1：线圈尺寸对比

从上表我们可以看出，故障电机线圈用的导线截面尺寸较小，直线长度较长，槽宽理论间隙三种电机相同，导线截面尺寸小，直线长度长会影响线圈的总体刚度。线圈嵌线过程是先将槽口两端的直线下压进槽，直线部分也随之进槽。因故障电机线圈直线长，在将两端槽口部位下压进槽时，槽内的直线部分并不随槽口进槽而顺利入槽，造成线圈直线弯曲变形。

通常情况下少胶绝缘结构云母带采用玻璃布补强云母带或者聚酰亚胺薄膜补强少胶云母带。玻璃布少胶云母带相比较聚酰亚胺薄膜少胶云母带，其优点其具有非常好的耐电晕性能及绝缘漆渗透性，对电机后需浸漆的绝缘漆渗透性及运行过程中的防晕非常友好。玻璃布云母带的玻璃布是由玻璃丝纤维编织而成，其拉伸强度及韧性较差，在受拉伸时容易发生脱丝或撕裂。当线圈嵌线时直线部分区域因进槽困难造成弯曲变形，变形拱起的部分玻璃布云母带承受不住拉伸，从而造成撕裂。

3 解决措施

   针对上述问题，制作长度与铁芯长度接近的打板，线圈嵌线进槽时使用打板压住线圈直线边，使其各部位同时进槽，避免出现变形。采用此改进工艺制作5台电机，未出现线圈接地故障。还有一种解决办法是将线圈对地绝缘结构改为玻璃布少胶云母带和聚酰亚胺薄膜相结合的结构，聚酰亚胺薄膜有很好的抗撕裂性能，能防止线圈嵌线时对地绝缘撕裂，但因聚酰亚胺薄膜薄膜会影响到绝缘漆的渗透性，对定子浸漆要求较高，并未采取此方案。

4 结语

纯玻璃布少胶云母带的绝缘结构适用于导线尺寸较大、线圈直线长度相对较短的电机结构，线圈直线长度较长的电机，在能保证绝缘漆渗透性的前提下，尽可能采用玻璃布云母带和薄膜相结合的结构，提升定子制造的工艺可靠性。

参考文献

[1]高导热少胶云母带在H级高压交流电机上的应用研究[J].杨松;王健;宋桂霞;张敬龙;朱勇穗.绝缘材料,2021(02)

[2]H级高压电机绝缘结构研究[J].祁世发;闫伟嘉;刘洋;吉超.防爆电机,2019(02)