核电定子铁心冲片绝缘工艺的研究

 杨  洲1，石霄峰2，张晓漫1

 (1.哈尔滨大电机研究所，哈尔滨150040;2．黑龙江大学，哈尔滨150080)

[摘要]  本文在世界核电定子冲片绝缘工艺领域首次采用“无取向硅钢片水溶性漆一次涂漆工艺”，针对水溶性绝缘涂层展开了全面、深入的研究，攻克了一次涂漆工艺涂层附着性差、边缘增厚效应等技术难关，制造出世界上厚度最薄的核电水溶性绝缘涂层，涂层综合性能达到世界一流水平。论文研究成果用于核电产品制造，具有重大的经济效益和社会效益。

[关键词]核电冲片绝缘；一次涂漆工艺；最薄涂层

[中图分类号] TM305.2  [文章编号]1000-3983(2016)03-0024-03

0  引言

 近年来，核电作为一种安全、稳定的清洁能源，越来越受到大家的关注。在核电汽轮发电机定子冲片绝缘领域，随着社会的发展、科技的进步，冲片涂层在绝缘性能和安全环保方面取得了大幅的提高。特别是水溶性环保涂层（C-6涂层，ASTM 976），因其优异的绝缘性能和绿色环保的生产过程受到国内外众多大型发电机制造企业的青睐。该涂层具有环保、抗压缩能力强、层间电阻高等优点。为了满足核电市场的需求，国内发电机制造厂从国外进口了大批定子冲片用以制造核电汽轮发电机，极大地提高了生产成本。

 本文针对核电定子铁心冲片绝缘工艺展开研究，在核电半速汽轮发电机定子冲片中首次使用0.35mm厚的无取向硅钢带，并将漆膜厚度控制在2～5μm的范围之内。通过严格全面的试验考核和严谨细致的工艺摸索，解决了长期以来一直存在的无取向硅钢片一次涂水溶性漆附着性差、水溶性涂层边缘层厚效应明显、水溶性硅钢片漆无法进行薄涂层涂覆等技术难题，最终制造出达到核电冲片涂层绝缘性能考核要求的合格产品。

1硅钢片漆

 本文对现阶段国内外主要的水溶性环保硅钢片漆展开了考核、筛选，综合考虑产品质量、工艺窗口宽度、哈电应用经验、价格等多个因素后，最终选择奥地利Rembrandtin公司的Remisol EB5001G水溶性硅钢片漆。该牌号硅钢片漆在哈电机火电百万、空冷20万、燃机390H等机组中使用在0.35mm有取向硅钢片上，产品质量优异、稳定。EB5001G主成分为水溶性耐温酚醛树脂，含无机填料，无铬，其基本参数见表1。

  在试验室中对试验样片进行裁剪、涂漆、固化处理，制备涂层试样，对EB5001G固化后的涂层性能进行全面、严格的考核评定。考核项目及结果如下。

 (1)涂层外观

 目测检验涂层外观，涂层表面平坦光滑、颜色均一试样如图1所示。

 (2)涂层体积电阻

 参考JIS 2103中相关规定对涂层常态以及浸水后的体积电阻进行测试。试验结果见表2。

 (3)涂层击穿电压

 参考JIS 2103中相关规定对涂层进行常态及浸水后的击穿电压测试。试验结果见表3。

 (4)涂层耐油性

 参考IEC 61099中相关规定，将试样在135℃的变压器油中浸泡7天后进行击穿电压测试。击穿电压值同浸泡前相比较，基本无变化。

 (5)涂层耐溶剂性

 用浸无水乙醇的白布用力擦拭涂层5次，涂层未出现褶皱、起层、脱落、掉色等现象。

 (6)涂层持续耐温性

 参考IEC 60404-12中相关规定，对涂层进行持续耐温性试验。在180℃下涂层外观无变化。

 (7)涂层柔性试验

 将试样沿直径5mm的圆棒弯曲900涂层未出现开裂或剥落现象。

 (8)涂层附着性

 用百格刀将试样双面涂层划出10×10个边长1mm的正方形，在划痕处贴透明胶带，然后撕下胶带。检车10片胶带和涂层双面划痕，未发现涂层表面有漆膜剥离现象。试验照片如图2所示。

 (9)涂层硬度

 采用铅笔硬度实验法进行测试。涂层硬度达到7H等级。

 ( 10)富兰克林试验

 参考JIS C 2550中相关规定进行试验，试样表面压强500PSI（约3.45MPa），试验电压0.5V，室温测量。试验标准为平均值> 100 Q.cm2/片；最小值>30Q.cm2/片。试验结果见表4。

 ( 11)涂层压缩蠕变试验

 涂漆前的硅钢片底片厚度平均值为0.34mm，将硅钢片剪成尺寸为100mmx100mm的样片，用砂纸手工去除样片毛刺。将570片（总高200mm）试验片叠放，夹紧成为一组试样。共A、B两组试样。其中A试样处理条件模拟定子装压实际情况，B试样处理条件模拟机组长期运行状态。

 试验数据见表5和表6。在A试样试验中，叠片高度变化量最大值为0.193%，小于0.2%的标准值要求；在B试样试验中，叠片高度变化量最大值为0.183%，小于0.2%的标准值要求。试验结果满足考核要求。蠕变试样照片如图3所示。 

EB5001G涂层顺利通过12项性能评定考核试验，证明该涂层可以作为绝缘涂层应用在核电定子冲片上。

3涂漆工艺调试

 涂层性能考核评定顺利通过后，开始对车间产品冲片涂漆设备进行调试，对涂漆工艺参数进行摸索。

 核电定子冲片涂漆使用德国HYMMEN公司制造的水溶性硅钢片漆自动涂漆生产线。该生产线有两套涂漆辊，两个加热温区，加热炉长8m。设备图片如图4所示。

 为确保核电定子冲片绝缘涂层的质量，需要对涂漆辊硬度、涂漆辊间隙、生产线链速、分区炉温、硅钢片漆黏度、入料方向等多个相关联工艺参数进行摸索和调整。经过两个多月的调试，最终确定了工艺窗口如下。

  设备调试完毕、工艺参数确定后，开始进行核电定子冲片生产。对生产过程进行实时监控，并对冲片涂层进行定期抽检。抽检项目除外观、涂层厚度、涂层耐溶剂性、涂层柔性和富兰克林试验外，还包括涂层均匀性检测。涂层均匀性试验须在涂漆的冲片中抽取64片扇形片作为试样。将试样在测试设备上叠好后，自背部至齿部以20mm为节距测量叠片厚度。测量时的压紧压力应用10,4kg重砣压紧试样进行模拟。任意两测量点高度差不应大于0.7mm。测试过程如图6所示，测试数据及曲线如图7所示。 

所有项目的检测结果均符合检查标准。所生产的核电定子冲片已应用于田湾3号核电半速汽轮发电机产品，效果良好。

4结论

 (1)本论文通过对硅钢片漆性能、固化后涂层性能、涂漆工艺及成品质量展开的全面深入研究，确定了合适的涂漆工艺，攻克了无取向硅钢一次涂水溶性漆附着性差、水溶性涂层边缘层厚效应明显、水溶性硅钢片漆无法进行薄涂层涂覆等技术难关，生产出了具有良好附着性抗压缩性能、绝缘性能、耐溶剂性能、耐高温性能的冲片绝缘涂层。

 (2)论文成果的成功应用，标志着哈电机拥有了自主生产高性能核电定子冲片绝缘涂层的能力，具有哈电机自主知识产权的冲片绝缘涂层综合性能达到国际一流技术水平。在保证核发电机组安全可靠基础上，大幅降低了制造成本。国产化后，定子冲片预计降成本1200余万元，具有重大的经济效益和社会效益。