哈电硅钢片绝缘漆的发展历程

潘延明，杨 洲，张晓漫



哈电硅钢片绝缘漆的发展历程

潘延明1，杨 洲1,2，张晓漫1

（1. 哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨 150040；2. 工程电介质及其应用教育部重点实验室（哈尔滨理工大学），哈尔滨 150080）

本文回顾了哈尔滨电机厂有限责任公司（简称哈电）发电机定子铁心硅钢片绝缘漆从有机到水溶性半无机的发展历程。研究总结了20世纪50年代的油性硅钢片漆、70年代的浸渍漆、80年代的二甲苯树脂改醇硅钢片漆和水溶性半无机硅钢片漆，以及90年代的新型半无机硅钢片漆的性能和应用效果；对比分析了本世纪初美国杜邦公司的水溶性醇酸硅钢片漆和哈电采用的133C环氧聚酯酚醛半无机硅钢片漆各项参数指标；对哈电近年引进的奥地利伦布兰廷EB5001G水溶性酚醛硅钢片漆进行了重点研究，总结了国产化的成果和经验。研究结果表明，哈电的硅钢片绝缘漆正在逐步向高性能、环保方向的发展。

发电机；定子；冲片绝缘；硅钢片漆；薄涂层；水溶性

0 前言

发电机定子铁心是构成电机磁通回路和固定定子线圈的重要部件，在电机运行过程中起到导磁、汇集磁通的作用。为防止铁心发生片间短路，硅钢片绝缘漆的选择显得格外重要。随着发电机单机容量的不断增大、耐热等级逐步提高，对定子铁心硅钢片绝缘提出了越来越高的要求，硅钢片绝缘漆的性能要求也越来越严格[1-3]。

1 硅钢片漆发展历程

20世纪50年代哈电建厂初期一直采用1611油性硅钢片漆，该材料柔韧性较好，但缺点是耐热性较差。20世纪70年代，随着B级环氧粉云母绝缘在定子线圈上的应用，曾在当时的数台大型汽轮发电机上使用3404浸渍漆代替硅钢片绝缘漆。20世纪80年代初，哈电与哈尔滨绝缘材料厂合作研制F级9163二甲苯树脂改性醇酸硅钢片漆，又名二甲苯硅钢片树脂（见表1）。该材料具有耐高温、电绝缘性能好、粘接力强、高温烘焙不起泡、边缘增厚小等特点。固化后涂层表面光滑平整，具有良好的电气性能、机械性能和耐热性能，适用于B、F级电机、电器硅钢片间的绝缘涂层[1]。9163固化涂层如图1所示。但由于该材料在使用过程中需要二甲苯作为稀释剂，对操作者的健康有危害，近年来已不再使用。

表1 9163硅钢片漆性能参数

图1 9163涂层外观

20世纪80年代末，哈电自主研制开发了一种F级水溶性半无机硅钢片漆。这种硅钢片漆以水作为溶剂，可减少环境污染和对操作者健康的危害。同时由于加入了无机成分，提高了硅钢片绝缘涂层的抗压性，降低了热压收缩率，较好地满足了发电机的使用要求。该漆于1990年首先成功应用于汽轮发电机的无刷励磁机上，解决了无刷励磁机转子铁心热套到转轴上时硅钢片冲片绝缘发生过热而引起有机硅钢片绝缘涂层剧烈老化的问题，并曾在汽轮发电机上推广应用。

90年代在制造二滩水轮发电机时，按照加拿大GE公司对定子铁心冲片硅钢片绝缘漆的要求，哈电与哈绝合作，研制成功了9166新型半无机硅钢片漆。该漆中加入了无机成分，提高了涂层的抗压性能，降低了热压收缩率，并使涂层能够满足用火焰将涂好的冲片涂层烧损后仍能维持一定绝缘特性的要求。（Franklin烧损测试：用火焰将涂好冲片的涂层烧掉后，在150±5℃、5.2MPa、DC0.5V下测得的泄漏电流平均值不大于0.2A，最大值不大于0.6A。）9166半无机硅钢片漆从性能上看优于普通发电机上使用的9163二甲苯树脂改性醇酸硅钢片漆，叠装时无须热压，完全能满足大型水轮发电机组的要求，该漆于1996年首先用于二滩水轮发电机上，并曾在汽轮发电机上推广应用。

2002~2004年，在引进技术的三项水轮发电机项目的制造中，三峡左岸头两台机组铁心冲片硅钢片绝缘漆采用了美国杜邦公司的E1151A水溶性醇酸硅钢片漆。2004年后，在引进技术的三峡水轮发电机的国产化产品的制造中，哈电采用133C环氧聚酯酚醛半无机硅钢片漆，该漆的固化涂层外观平整，具有优良的电气性能、机械性能和耐热性能，同时具有良好的耐湿热气候性能，硅钢片冲剪断面漆膜覆盖率较好。该材料在哈电发电机产品上获得了广泛使用[6]。133C固化后涂层外观如图2所示。

表2 133C硅钢片漆性能参数

图2 133C涂层外观

2007年与美国GE公司联合制造390H燃气轮发电机产品中，铁心冲片硅钢片绝缘漆采用了奥地利伦布兰亭公司生产的EB5001G水溶性酚醛硅钢片漆，其性能参数对比见表3。该硅钢片漆是一种含无机填料的H级有机绝缘涂料，大量的功能性填料具有突出的耐压性和低蠕变性。该硅钢片漆涂漆工艺性较好，固化后涂层外观光滑平整，具有良好的电气性能、机械性能和耐热性能，非常适合于大型发电机使用。此后EB5001G在哈电汽轮发电机产品上广泛使用。

2009年，哈电从日本三菱公司技术引进AP1000核电半速汽轮发电机项目。经过慎重的比较、筛选，最终选择使用EB5001G水溶性硅钢片漆，并对其进行了全面严格的性能检测、评定。AP1000项目核电定子冲片单面涂层厚度仅为2~5μm，对涂漆设备要求极高。哈电于2014年从德国HYMMEN公司购买了水溶性漆自动涂漆生产线，如图3所示。该生产线采用燃气加热，共设两个加热温区，加热炉总长8m，设备具有硅钢片漆自动搅拌、漆液粘度实时监控调节、涂漆辊恒温控制、润滑油自动补给、烘炉热风循环等功能，可实现对涂漆工艺参数的精确控制。经调试后成功实现无取向硅钢极薄涂层水溶性漆一次涂漆工艺，生产出多台核电半速汽轮发电机产品[2]。核电定子冲片如图4所示。

图3 HYMMEN自动生产线

图4 核电定子冲片

表3 进口水溶性硅钢片漆性能参数

2015年，哈电开展了水溶性硅钢片漆的国产化研究工作。为全面考核硅钢片漆的性能表现，自主制定了国产水溶性硅钢片漆的评定方案，从材料性能、工艺性能、产品性能三方面对材料进行检测考核，最终国产水溶性硅钢片漆HEC52709工艺适用性宽泛，固化后涂层外观光滑均匀，电气性能、机械性能、耐热性能优异，成功通过考核评定，并在汽轮发电机产品上获得应用[3,9]。国产涂层冲片如图5所示。

图5 国产水溶性涂层冲片

2 硅钢片漆发展方向展望

近二十年来，随着材料化学技术的飞速发展，硅钢片漆的性能取得了长足的进步。在今后的硅钢片漆发展过程中，以下几个方面将成为研究、开发的重点。

（1）绿色环保型硅钢片漆的研发与应用。伴随着人们健康意识的逐渐增强，生产、使用过程中低VOC甚至无VOC排放的绿色环保型硅钢片漆必将得到广泛的应用。

（2）硅钢片漆工艺性能的研究。以往的硅钢片漆研发与升级过程中，材料的改性、固化后涂层的性能往往是研究的重点。由于生产设备以及涂漆工艺的差异性，同样的材料生产出的产品质量也会存在明显的不同。在今后的生产过程中，工艺窗口宽泛、使用方便的硅钢片漆产品在应对环境变化、工艺参数波动等情况时产品质量的稳定性优势将逐渐凸显，材料使用单位也会完善材料的工艺性能评定标准，硅钢片漆的工艺性能将越来越受到重视。

（3）高性能超薄涂层的开发。在保证涂层性能的前提下，发电机定子冲片绝缘涂层厚度越薄，越有利于避免因涂层蠕变导致定子铁心发生松动的可能。因此具有高电气性能、高机械性能（特别是低蠕变率）、高耐热性能的超薄涂层将受到广泛的欢迎。

[1] 隋银德. 高压电机定子铁芯用硅钢片漆[J]. 大电机技术, 2009(2): 37-40．

[2] 杨洲. 核电定子铁心冲片绝缘工艺的研究[J]. 大电机技术, 2016(3): 24-26, 49．

[3] 刘立柱, 等. 水溶性硅钢片漆的研究进展[J]. 绝缘材料, 2015(2):1-5.

[4] 杨洲. 国产水溶性环保涂层冲片性能试验报告[R].哈尔滨：哈尔滨大电机研究所, 2007.

[5] 储双杰, 翟标, 戴元远, 等. 硅钢绝缘涂层的研究进展[J]. 材料科学与工程, 1998, 16(3): 49-54.

[6] 刘洪斌,梁智明. 133C半无机硅钢片漆的研制与应用[J]. 电器工业(材料专辑). 2002, (12):9-10.

[7] IEC 60404-12. Guide to methods of assessment of temperature capability of interlaminar insulation coatings[S]. 1992.

[8] 李登峰, 罗勃, 许云鹏, 等. 硅钢水溶性环保极厚绝缘涂层及其制备方法: CN, 10224532.4[P]. 2012-10-24.

[9] 葛志有, 戴霞春, 单国荣, 等. 0151水溶性半无机硅钢片漆的研制与应用[J]. 绝缘材料, 2010, 43(5): 7-10.

The Development of HEC Steel Sheet Varnish

PAN Yanming1, YANG Zhou1,2, ZHANG Xiaoman1

(1.Harbin Electric Machinery Company Limited, Harbin 150040, China; 2. Key Laboratory of Engineering Dielectrics and Its Application（Harbin University of Science and Technology), Ministry of Education, Harbin 150080, China)

This paper reviews the development of steel sheet varnish used in generator stator of Harbin Electric Machinery Company Limited (HEC). Property and application of oily varnish in 1950s, impregnating varnish in 1970s, Xylene resin alcohol and water reducible half inorganic silicon steel sheet varnish in 1990s are researched. Comparative analysis of water-reducible alkyd paint silicon steel sheet of Dupont company of United States and 133C polyester epoxy phenolic half inorganic silicon steel sheet varnish used by HEC in recent years are carried out. Focus is concentrated on the research of phenolic resin introduced from Austria. Achievement and experience of localization are also summarized. Results show that the steel sheet varnish applied by HEC is progressing toward good performance and environmental friendly.

electric generator; stator; lamination insulation; steel sheet varnish; thin coating; water-reduciblity

TM303.3

A

1000-3983(2017)-0031-04

2017-03-25

潘延明（1962-），1984年毕业于哈尔滨电工学院高电压与绝缘技术专业，长期从事发电机绝缘技术工作，高级工程师。