CN116285471B - 一种罗贝尔换位线棒用的内防晕导电腻子及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种罗贝尔换位线棒用的内防晕导电腻子及其应用，该防晕导电腻子的原料包括液体环氧树脂、固体环氧树脂、云母粉、无机粒子、导电粒子、固化剂和固化促进剂，通过混合后剪切搅拌均匀后形成半流体腻子状。该高导热低阻腻子粉可以通过平板刮涂法很容易应用在主绝缘层绕包前在罗贝尔线圈上下面形成一层低电阻防晕层，能有效提高大型水电和汽轮发电机罗贝尔线圈的内防晕的功能，从而提高电机的运行寿命。

Description

一种罗贝尔换位线棒用的内防晕导电腻子及其应用

技术领域

本发明涉及一种防晕导电腻子，具体涉及一种罗贝尔换位线棒用的内防晕导电腻子及其应用。

背景技术

高压电机运行时，在高压电场作用下空气发生局部游离产生的辉光放电现象为电晕。电晕可发生在绝缘层内部及绝缘层与导体之间的局部气隙里，也可发生在绝缘层外与空气交界电场集中之处。电晕对绝缘层产生电、热与化学的综合作用，使绝缘产生电腐蚀或电晕腐蚀，加入绝缘老化，缩短了绝缘层乃至整个电机的寿命，同时也使介电损耗增大，降低了电机的运行效率。因此防晕材料和防晕工艺设计对高压电机的寿命和效率至关重要。

普通高压电机一般会在槽间绝缘层表面绕上一层低阻防晕带或涂上一层低阻绝缘漆，并在槽口处绕上一层与低阻层搭接的高阻SiC防晕带(其电阻随外加电场强度升高而显著下降，从而降低槽口外的电位梯度，改善电场分布，使电场均匀化)。对于改善绝缘层内的防晕，一般是通过选择合适的VPI浸渍漆和VPI浸渍及固化工艺，尽量减少主绝缘层还存在的微小空气气隙。

对于大容量发电机定子罗贝尔线棒，由于其特殊的结构和换位设计，在线棒上下面不平整，直接包上云母主绝缘层，由于大容量发电机线棒主绝缘层都比较厚，绝缘浸渍树脂通常无法完全浸渍到主绝缘内层，通常在主绝缘层和罗贝尔线圈的表面之间产生大大小小的气隙，如不做适当处理在运行过程中产生电晕，在长期的运行过程中即使小小的气隙电晕会造成主绝缘树脂层的缓慢腐蚀，运行时间久后会导致主绝缘层失效击穿，降低了电机的使用寿命。

专利CN110819215A公开了一种改性石墨烯抗静电粉末涂料，各组分按重量份计，包括；树脂50～70份，固化剂0～7.5份，助剂1～3.5份，改性石墨烯0.2～1份，填料25～45份，蜡粉0.05～0.2份。该产品相对于传统导电材料石墨烯的导电性能更优异、添加量更少，因而具有综合的价格优势，在抗静电粉末涂料方面具有广阔的应用前景。

专利CN109694636B公开了石墨烯导电粉末涂料及其制备方法、使用方法，各组分按重量份计，包括：树脂50-70份，填料20-40份，固化剂3.5-6.5份，助剂1-3份，石墨烯0.05-1份，蜡粉0.05-0.2份，该发明中的产品相对于传统导电材料具有综合的价格优势，在导电粉末涂料方面具有广阔的应用前景。但上述两种粉末涂料相比本申请不适合大型高压电机罗贝尔换位线圈上的应用。对于罗贝尔线圈本来凹凸不平整的表面，粉末涂料的施工方式不易控制其整个线圈表面施工厚度，去填平线圈表面从而达到内防晕效果。另外上述的粉末涂料中不含导热粉体其导热系数较低，而且在罗贝尔线圈上的施工需要专门投资大型的相关设施如抽风、封闭喷房等，都不利于尺寸较大罗贝尔线圈生产和转运。

针对现有技术存在的问题，寻找一种能有效提高大型水电和汽轮发电机罗贝尔线圈的内防晕的功能，从而提高电机的运行寿命的罗贝尔换位线棒用的内防晕导电腻子十分必要。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种罗贝尔换位线棒用的内防晕导电腻子及其应用，该高导热低阻腻子粉可以通过平板刮涂法很容易应用在主绝缘层绕包前在罗贝尔线圈上下面形成一层低电阻防晕层，能有效提高大型水电和汽轮发电机罗贝尔线圈的内防晕的功能，从而提高电机的运行寿命。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供了一种防晕腻子，原料包括液体环氧树脂、固体环氧树脂、云母粉、无机粒子、导电粒子、固化剂和固化促进剂。

进一步地，所述的防晕腻子按重量百分比计，原料包括液体环氧树脂30-45％、固体环氧树脂5-10％、云母粉15-25％、无机粒子10-30％、导电粒子5-15％、固化剂5-15％和固化促进剂0.25-3％。

进一步地，所述液体环氧树脂或固体环氧树脂包括双酚A性环氧树脂和/或酚醛环氧树脂。

进一步地，所述云母粉包括白云母、金云母和黑云母中的一种或多种；所述云母粉的尺寸为5-30um。

进一步地，所述无机粒子包括氮化硼、氮化铝和三氧化二铝中的一种或多种。

进一步地，所述无机粒子的尺寸为5-30μm；优选为5-10μm。

进一步地，所述导电粒子包括炭黑、石墨粉和石墨烯中的一种或多种。

进一步地，所述固化剂包括芳香族胺类，优选为二胺基二苯砜固化剂；所述固化促进剂包括三氟化硼和/或三氯化硼的胺类配合物。

进一步地，所述固体环氧树脂和固化剂的重量比为3-5:1。(使得该配方中的固化剂不足量，一方面有利于提高存储寿命，一方面VPI固化时部分的环氧树脂和VPI中的环氧酸酐进一步固化)。

进一步地，本发明还提供了上述的防晕腻子的制备方法，包括以下步骤：

(1)将液体环氧树脂和固体环氧树脂搅拌至完全溶解，得到环氧树脂混合物；

(2)将云母粉、无机粒子和导电粒子依次加入至步骤(1)得到的环氧树脂混合物中，搅拌，加入固化剂和固化促进剂，继续搅拌至所有粒子分散搅拌均匀。

在一些具体的实施方式中，上述的防晕腻子的制备方法，包括以下步骤：

(1)生产本产品需要用到特殊的含刮壁器的高剪切搅拌器。先将液体和固体环氧树脂加入到搅拌器，开起搅拌直至固体环氧树脂完全溶解；

(2)然后将云母粉、高导热无机粒子和导电粒子依次加入到环氧树脂中，提高搅拌和剪切速率，搅拌至粉体和导电粒子均匀分散在树脂液中，然后加入固化剂和促进剂，直至搅拌分散均匀；

(3)对腻子进行粘度固含等性能进行测试，合格后进行罐装。

进一步地，本发明制备得到的防晕导电腻子能够应用在罗贝尔换位线圈中。

本发明所取得的技术效果是：

1.应用过程简单，使用铲板能很好将腻子粉应用到罗贝尔线圈上，形成平整线圈表面，本身腻子粉就由较大粘性，并通过常温或者简单加热固化使导电腻子粉较好的粘接在罗贝尔线圈上，不影响后续的绕包等工艺；

2.通过云母粉和高导热无机粒子的混合填料，在实现腻子粉导电的同时也能提高腻子层的导热率，能一定程度上提高整个绝缘层的导热率；

3.VPI工艺后导电腻子可以和浸渍漆进一步反应固化，加上通过精心设计和应用试验优化得到的电阻率，可以很好的在水电和汽轮的罗贝尔线圈上起到内防晕的功能，提高线棒和电机的使用寿命及电机效率。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。

当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同意义。

值得说明的是，本发明中使用的原料均为普通市售产品，因此对其来源不做具体限定。

实施例1

本实施例提供一种罗贝尔换位线圈专用的高导热低阻内防晕腻子，通过以下步骤制备：

在特殊的含刮壁器的高剪切搅拌器中，先将45kg液体128环氧树脂和5kg134固体环氧树脂加入到带恒温循环水控温的搅拌器，开起搅拌在400RPM并在40℃恒温下搅拌约20分钟直至固体环氧树脂完全溶解。

将粒径约5um的白云母粉17.5kg,粒径约10um片状氮化硼颗粒15kg和约1um导电石墨粒子12.5kg依次缓慢加入到环氧树脂中，投料过程控制搅拌速度在600RPM，将粉料全部加入到树脂中后提高搅拌和剪切速率在1400RPM，每种料加入后搅拌10分钟再加入另外种粉料。全部粉料加入后再搅拌约0.5小时至粉体和导电粒子均匀分散在树脂液中。

待粉体均匀分散到树脂中后，将固化剂促进剂三氯化硼胺类配合2.5kg加入到2.5kg丁酮中，搅拌至分散均匀后加入到环氧树脂和粉体的混合物中，提高搅拌和剪切速率在1400RPM，再搅拌约0.5小时至混合物均匀搅拌分散。

对粉体腻子在真空100Pa左右进行快速脱泡处理，使得腻子里的气泡尽量脱除。

对腻子进行粘度固含等性能进行测试，合格后进行罐装。

实施例2

本实施例提供一种罗贝尔换位线圈专用的高导热低阻内防晕腻子，通过以下步骤制备：

在特殊的含刮壁器的高剪切搅拌器中，先将40kg液体128环氧树脂和5kg134固体环氧树脂加入到带恒温循环水控温的搅拌器，开起搅拌在400RPM并在40℃恒温下搅拌约20分钟直至固体环氧树脂完全溶解。

将粒径约5um的白云母粉17.5kg,粒径约10um片状氮化硼颗粒12.5kg、Al₂O₃颗粒5kg,约1um导电石墨粒子10kg、石墨烯粉体2.5kg依次缓慢加入到环氧树脂中，投料过程控制搅拌速度在600RPM，将粉料全部加入到树脂中后提高搅拌和剪切速率在1000RPM，每种料加入后搅拌10分钟再加入另外种粉料。全部粉料加入后再搅拌约0.5小时至粉体和导电粒子均匀分散在树脂液中。

待粉体均匀分散到树脂中后，将高温固化剂DDS 7kg和三氟化硼胺类配合物0.5kg加入到10kg的丁酮中，开启搅拌约400RPM直至固化剂和促进剂在溶剂种分散均匀。然后将分散好的固化剂混合也倒入环氧树脂和粉体的混合物中，开启搅拌1000RPM将混合物搅拌分散均匀。

对粉体腻子在真空100Pa左右进行2分钟快速脱泡处理，使得腻子里的气泡尽量脱除。

对腻子进行粘度、电阻率等性能进行测试，合格后进行罐装。

对比例：

将实施例1或实施例2中的树脂替换为其他树脂或去掉石墨粒子后，则会出现没有导电防晕效果的情况，或不与后续VPI树脂反应。具体地：对比例1与实施例1的区别仅在于，树脂改成饱和聚酯树脂，刮涂在罗贝尔线圈上包好主绝缘后浸渍VPI树脂后发现在内防晕表面会有很多气孔，造成气孔的主要原因主要为饱和树脂与VPI树脂不兼容不能反应交联，导致两种树脂间存在一定的界面，从而导致在气孔处发生局部放电，不利于主绝缘层介电性能的长期稳定性。

对比例2与实施例1的区别仅在于，去掉配方中的石墨粒子，这样的腻子涂覆在罗贝尔线圈内表面侧面时，由于该腻子层为非导电层，与罗贝尔线圈存在较大的电位差，腻子层与罗贝尔线圈之间的少数气孔在电机运行时会发生局部放电，导致气孔周围的腻子树脂逐渐碳化气孔会逐渐变大，局放会越来越严重导致防晕效果失效。

将实施例1和2样品用于水电设备客户端进行对比测试，应用于Un为22kV的单只VPI高压电机定子上，同时一起对比的为两根不含内防晕的线棒(对比例1、2)，主绝缘结构为18层半叠包180g云母纸少胶云母带，主绝缘外面在槽部位置绕有低阻防晕带及端部高阻防晕带，VPI树脂为国产环氧酸酐浸渍树脂JF-9955，VPI浸渍固化后对不同线棒依据JB/T7608—2006《测量高压交流电机线圈介质损耗角正切试验方法及限值》进行介质损耗正切值tanδ试验，试验结果参考表2。测试结果表明，实用内防晕腻子后能有效降低线棒的常态和热态介质损耗，可以预测有效提高地提高高压电机的运行寿命。

表1高导热低阻防晕腻子的主要性能数据

表2用实施例制成22kV定子线棒tanδ及Δtanδ测试结果

最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种防晕导电腻子，其特征在于：按重量百分比计，原料包括液体环氧树脂30-45％、固体环氧树脂5-10％、云母粉15-25％、无机粒子10-30％、导电粒子5-15％、固化剂5-15％和固化促进剂0.25-3％；所述无机粒子包括氮化硼、氮化铝和三氧化二铝中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的防晕导电腻子，其特征在于：所述液体环氧树脂或固体环氧树脂包括双酚A型环氧树脂和/或酚醛环氧树脂。

3.根据权利要求1所述的防晕导电腻子，其特征在于：所述云母粉包括白云母、金云母和黑云母中的一种或多种；所述云母粉的尺寸为5-30um。

4.根据权利要求1所述的防晕导电腻子，其特征在于：所述无机粒子的尺寸为5-30μm。

5.根据权利要求4所述的防晕导电腻子，其特征在于：所述无机粒子的尺寸为5-10μm。

6.根据权利要求1所述的防晕导电腻子，其特征在于：所述导电粒子包括炭黑、石墨粉和石墨烯中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的防晕导电腻子，其特征在于：所述固化剂包括芳香族胺类；所述固化促进剂包括三氟化硼和/或三氯化硼的胺类配合物。

8.根据权利要求7所述的防晕导电腻子，其特征在于：所述固化剂为二胺基二苯砜固化剂。

9.如权利要求1-8任一项所述的防晕导电腻子的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将液体环氧树脂和固体环氧树脂搅拌至完全溶解，得到环氧树脂混合物；

(2)将云母粉、无机粒子和导电粒子依次加入至步骤(1)得到的环氧树脂混合物中，分散搅拌均匀后，加入固化剂和固化促进剂，继续搅拌至完全分散均匀。

10.如权利要求1-8任一项所述的防晕导电腻子或权利要求9所述的制备方法制备得到的防晕导电腻子在罗贝尔换位线圈中的应用。