一种用于高海拔大型水电机组设备的防晕胶及制备方法

本发明属于大型发电机组防电晕，具体涉及一种用于高海拔大型水电机组设备的防晕胶及制备方法。

背景技术：

1、水力发电是一种可再生能源，相比风力发电和太阳能发电具有更好的稳定性，且水力发电在电力系统中具有快速调峰的能力，因而水力发电在电网中的重要性愈发凸显。

2、水轮发电机是水力发电生产的核心设备，其中，定子绕组一直是水轮发电机中最关键的部件，其稳定工作是保证水轮发电机运行可靠性和决定发电机寿命的重要因素。然而，大型的水轮发电机在运行时往往会受到电、热、环境应力和机械应力等多种物理场的协同影响，使其定子绕组绝缘的薄弱环节(如电机定子绕组出槽口、端部绑扎结构处这些电场分布极不均匀的区域)产生电晕，进而造成不良后果。

3、电晕是一种局部放电现象，常伴有声、光、热信号。电机内的电晕放电主要是由于绕组绝缘表面某些部位的电场分布不均或局部场强过强而导致附近空气电离而引起的辉光放电，属于局部放电，而绝缘固定结构件(垫块、毛毡等)之间、结构件与定子线棒之间存在的小间隙以及表面毛刺等缺陷，加速了电晕放电的发生和发展。长期的电晕放电是导致定子线棒绝缘层被破坏甚至导致最终被击穿的主要原因之一。最终将导致降低发电机的使用寿命，对电机的安全运行造成严重威胁。近年来，随着发电机组额定容量和额定电压的不断提升，以水轮发电机为代表的空冷电机定子绕组电晕防控和处理已成为急需解决的技术难题。随着我国西部能源布局的发展，我国在西藏、青海、新疆等高海拔严寒地区的水轮发电机组建设及投运快速增加，业内对高海拔机组的绝缘技术提出了更高的要求。这是因为在高海拔条件下，低空气压力和低空气密度会导致大容量水轮发电机定子线棒、定子绕组的表面起晕放电电压降低(即在未达到正常使用电压的情况下就会开始产生电晕)，致使该场景下的大容量水轮发电机定子绕组防晕问题更加严峻。

4、公开号为cn103160183a(20130619)，发明名称为“纳米防电晕漆的制备方法”的专利公开了一种纳米防电晕漆，其成分包括环氧树脂、有机蒙脱土、甲苯或二甲苯、碳化硅粉末等。该专利中加入的的碳化硅粉末质量为环氧树脂质量的3～4倍。该专利解决的技术问题包括提高防晕漆的机械性能和耐热性能。该专利公开的防晕漆耐热等级达到f级(155℃)。然而这样的性能并不能满足在极寒、湿冷天气条件下使用的需求。公开号为cn108976991a(20181211)，发明名称为“一种应用于高压电机线圈的高阻防晕漆及其制备方法”的专利公开了一种高阻防晕漆，其成分包括环氧树脂、蜂窝状二氧化硅纳米管、聚酰胺树脂、甲苯或二甲苯等。其中蜂窝状二氧化硅纳米管的添加量不足0.1％，其原理在于纳米管的中空结构，在微量的收缩和膨胀时，具有非常好的弹性，故可以显著提升高阻防晕漆层的高低温耐冲击性能。该专利公开了在反复的高温-低温环境测试下电圈在直流电压下的表面电阻率。但这种高阻防晕漆并不能解决低空气压力和空气密度导致的大容量水轮发电机定子线棒、定子绕组的表面放电电压降低，进而导致的发电机定子绕组电晕放电问题。

5、因此，亟需要开发一种应用于高海拔大型水电机组绕组端部绑扎结构处的新型填充胶，以缓解现有技术存在的不足。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于高海拔大型水电机组设备的新型防电晕填充胶及制备方法，部分地解决或缓解现有技术中存在的不足，具体技术方案如下。

2、一种用于高海拔大型水电机组的防电晕填充胶(后面简称防晕胶)，所述防电晕填充胶由环氧胶粘剂和填料混合制备得到，所述环氧胶粘剂包括a组分和b组分，所述填料为纳米sio2粉末，所述纳米sio2粉末与所述环氧胶粘剂a组分进行交联，所述环氧胶粘剂a组分为双酚a型环氧树脂；所述环氧胶粘剂b组分包括复合固化剂和稀释剂，所述复合固化剂包括聚酰胺、酚醛胺、2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚，所述稀释剂为甘油醚类稀释剂；所述纳米sio2粉末占所述环氧胶粘剂的重量百分比为0.5％～3％。

3、优选的，所述甘油醚类稀释剂为间苯二酚二缩水甘油醚。

4、进一步，所述复合固化剂中各成分化学式如下。

5、

6、聚酰胺

7、

8、酚醛胺(n＝0,1,2…)

9、2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚

10、其中，聚酰胺与酚醛胺都含有伯胺，伯胺会与环氧基团反应生成肿胺(反应1)；肿胺会与环氧基团进一步反应生成叔胺(反应2)；2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚含有叔胺，叔胺与羟基发生醚化反应，最终使环氧体系生成三维网状结构(反应3)，具体如下。

11、

12、进一步，所述环氧胶粘剂a组分与所述环氧胶粘剂b组分的质量比为10：1-5。

13、优选的，所述环氧胶粘剂a组分与所述环氧胶粘剂b组分的质量比为10：3。

14、进一步，所述环氧胶粘剂b组分中各物质的质量比为聚酰胺：酚醛胺：2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚：稀释剂为35～40：9～14：4～9：12～17。

15、进一步，所述纳米sio2粉末占所述环氧胶粘剂的重量百分比为0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％或3％。

16、进一步，所述纳米sio2粉末的粒径范围为7-40nm。

17、上述用于高海拔大型水电机组的防电晕填充胶的制备方法，包括以下步骤：

18、s01：将纳米sio2粉末与环氧胶粘剂a组分(双酚a型环氧树脂)混合并搅拌均匀，得到第一混合液；

19、s02：将环氧胶粘剂b组分(含有聚酰胺、酚醛胺、2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚和稀释剂，质量比为35～40：9～14：4～9：12～17)加入到所述第一混合液中搅拌均匀，得到第二混合液，所述环氧胶粘剂a组分与所述环氧胶粘剂b组分的质量比10：1-5；所述纳米sio2粉末占所述环氧胶粘剂的重量百分比为0.5％～3％；

20、s03：将所述第二混合液置于真空干燥环境中，室温下抽真空去除气泡以后进行固化，得到所述用于高海拔大型水电机组的防电晕填充胶。

21、进一步，所述s01中将纳米sio2粉末与环氧胶粘剂a组分在50-80℃下磁力搅拌0.5-1h，并进行超声震荡以使各组分混合均匀。

22、以肉眼观察到混合组分中无气泡作为各组分混合均匀的判断标准。

23、进一步，所述s02中将环氧胶粘剂b组分加入到所述第一混合液中室温下磁力搅拌5-15min得到所述第二混合液。

24、有益技术效果

25、1)本发明提供了一种新型的防电晕填充胶，这种防电晕填充胶主要涂覆到大型水电机组绕组端部绑扎结构处，对绑扎处的气隙及表面毛刺进行填充覆盖，以改善绕组表面电位分布，降低定子线棒及绕组气隙的平均场强和最大场强分布，抑制电晕的产生和发展。特别是，可以使毛刺尖端处的电场显著降低，进而能够有效降低毛刺存在时的放电风险，起到防电晕的效果。

26、2)本发明提供的这种新型防电晕填充胶具有较低的相对介电ε，在交流电压存在下，介质中电场强度的分布与介质的ε成反比。因此，对于电机上涂覆的绝缘材料通常希望其拥有较小的ε，这样该绝缘材料分担的电场强度就会比较大。由于空气的ε为1，承担的电场强度会更大。本发明防晕胶的最低ε为4.31，可以分担掉一部分空气承受的电场，使空气不容易被击穿，进而不容易起晕放电，因此本发明的防晕胶起到了有效防电晕的效果。

27、3)本发明提供的这种新型防电晕填充胶在海拔2500m、3000m、3500m和4000m处进行了测试，在0℃和30摄氏度条件下，其局部放电量小于对照组，起晕电压高于对照组，证明其在高海拔空气稀薄地区也具有较好的防电晕效果。

28、4)本发明提供的这种新型防电晕填充胶的制备方法简单、便利，具有较好的工业化前景。