影响永磁直驱风力发电机一次浸水合格率原因分析及改进措施

影响永磁直驱风力发电机一次浸水合格率原因分析及改进措施

倪红彦 任亚静 张池 李芬

（西安中车永电捷力风能有限公司，陕西西安 710016）

摘要：大型内定子结构永磁直驱风力发电机防护等级较低，电机运行过程中容易绝缘受潮，对绝缘结构的耐潮性能提出了更高要求。从绝缘结构、工艺优化、标准作业、装备保证等四个方面进行深入研究，分析其浸水不过的原因，并提出解决措施。

关键词：永磁直驱风力发电机，绝缘结构，工艺优化，浸水试验

0引言

永磁直驱风力发电机运行环境恶劣，维护和检修困难，由于电机防护等级较低。所以电机的防潮性尤为重要，在电机生产过程中绝缘材料性能的差异，结构的不均匀性和工艺上的不完善常会使电机绝缘存在很多薄弱环节，潜在的绝缘薄弱点较多，通过浸水试验，可有效地发现该电机存在的密封性缺陷。本文将从绝缘结构、工艺优化、标准作业、装备保证等四个方面进行深入研究，分析其浸水不过的原因，并提出解决措施。

1 原因分析

1.1 绝缘结构

1.1.1 永磁直驱风力发电机定子绝缘结构特点及薄弱点分析

目前，永磁直驱风力发电机已成为一种主流机型，针对浸水薄弱点，有如下特点：

⑴绕组一般为多匝绝缘铜扁线绕制而成，重量较大，线圈直线度的控制及绝缘包扎松紧质量控制难度大。

⑵并头及端环连线的T型处形状不规则，如果绝缘材料适应性不好，比如云母带出现发干的现象，会出现绝缘包扎后不紧凑，搭接不到位等影响绝缘整体性的情况。并且并头焊接后温度很高，此时开始包云母带，云母质量将严重破损，绝缘性能将减弱。

⑶绕组最后一个节距线圈需进行吊把翻槽处理。线圈嵌线翻槽过程中，线圈变形量大，重复变形过程中，线圈绝缘，特别是槽口附近绝缘很容易损伤，且很难修复到位，修复后绝缘整体性不好。

⑷嵌线时由于下端没有定位卡尺，且线圈包扎方式在向下方向有一层为逆茬，嵌线过程中向下敲打线圈，极易蹭破槽口绝缘，所以嵌线过程绝缘的隐性损伤很难发现。

⑸
绝缘处理工艺复杂，绝缘漆的附着量对绝缘结构的整体性能影响很大，如果绝缘漆流失容易导致绝缘层内部形成空隙，绝缘结构模型如图1所示。

图1 绝缘结构模型示意图

1.1.2绝缘结构薄弱点改进

针对上述绝缘结构特点，在综合所有薄弱点后，从绝缘材料的使用、绝缘结构设计方面进行改进，主要改进内容如下：

⑴严格把控T型处绝缘包扎质量，如遇到绝缘材料发干现象，应该换取适应性较好的材料进行包扎。焊接后，并头温度降到60℃以下，才可以开始包绝缘。

⑵在上、下层边的R角处切点位置到槽口处，用0.05*20mm的钠化带1/3正迭包至端部钠化带搭接位置，两端包扎相同。

⑶由于直驱电机防护等级较低，且运行时六点钟方向易积水受潮，为了加强密封，在六点钟方向铁心槽燕尾部分涂刷槽楔胶，以提高防潮性能。

1.2 制造工艺分析

统计并分析一年的一次浸水合格率，发现其季节性比较明显，表现为冬季指标值有所下降。环 境影响主要表现在VPI真空压力浸漆及烘焙固化的过程中，影响因素主要是温度。针对此现象，可以适当增加工件在烘箱中的自降温时间，即当烘焙时间结束后，关闭加热系统，打开烘箱鼓风系统，由于发电机定子的结构本身带有通风道，此时工件将会形成自循环，会很快自降温，计划0.5-1h进行自降温，以缩减工件与环境的温差，防止漆膜表面产生微观裂纹，产生绝缘薄弱通道。

1.3 标准作业

通过上述分析得知，环境温度影响冬季浸水指标值下降，主要表现在VPI真空压力浸漆及烘焙固化的过程中，统计浸漆过程中的电容变化率，即真空压力电容与真空电容的比值，因为浸漆过程中工件的电容值变化，直接反映工件的浸透性，电容变化率越大，说明浸渍效果越好，使我们对浸漆质量有一个直接的判断。电容变化率如图2所示。

图3 2020年浸漆过程电容变化率

分析2020年的电容变化率，虽然大部分都能满足工艺中要求的大于2.5的指标，但是通过对比发现在冬季的时候，其电容比值有微弱下降，说明浸漆质量有所下降，下面从三个部分查找引起浸漆电容值下降的原因。

1.3.1工件温度

定子白坯预烘，不仅是为了驱除绕组中的潮气，同时是为了提高工件浸漆时的温度，当工件与绝缘漆接触时，漆的粘度降低，就能很快地浸透到绕组中去。但是现场部分工件一次漆进罐温度仅为15-17℃，而工艺文件要求进罐温度为30-40℃，如此较低的温度进罐后将会降低绝缘漆的温度，使其粘度增大，必将影响绝缘漆的浸透性。

1.3.2 烘箱温度

工艺要求，烘焙固化之前，需先对烘箱进行预烘，使其升至所需的温度，但现场有的烘箱并没有预烘，这样会导致绝缘漆流失严重，致使绝缘层内部形成内空。当产量比较多的时候，烘箱连续使用，不存在预烘的过程，而当冬季产量相对较小时，烘箱并非连续使用，此时就会有烘箱未预先升温的疏忽。

1.3.3 绝缘漆温度与粘度

要求绝缘漆进罐温度为20-30℃，输漆温度基本符合工艺要求。而绝缘漆的粘度有时会超过上限，粘度增大后，绝缘漆的浸透性也会受到影响。

2 结语

本文对影响永磁直驱风力发电机一次浸水合格率的原因进行了全面分析，通过绝缘结构、工艺制造的优化、标准作业、设备保证等方面的研究与改进，使得一次浸水合格率从平均85%提高到96%，提高了一次浸水合格率，提高了生产效率与产品质量，满足风力发电机在恶劣、潮湿环境下运行的要求，确保电机长期运行的可靠性。

参考文献

[1]电气电子绝缘技术手册编委会．电气电子绝缘技术手册[M 3．北京：机械工业出版社，2008.

[2] 管兆杰，黄慧洁，康骏，等. 国内电机绝缘材料和工艺及绝缘结构现状及分析［J］ . 电机与控制应用，2011，38（4）：1-5.

第 3 页 共 3 页