空冷汽轮发电机具有制备、运行和维护成本低, 电磁力及机械力造成的损耗小, 设计到制备的时间周期短等优点, 使得大型空冷发电机成为目前研究和应用的热点产品。济南发电设备厂2008 年制备了国内*大容量的330 MW 空冷汽轮发电机。哈电公司采用新的全空冷技术, 制备了三峡700MW 水轮发电机, 填补了大容量空冷水轮发电机国内制备空白, 达到了世界先进水平。目前, 哈电公司正在研制的350MW 空冷汽轮发电机, 是目前国内*大容量的空冷型汽轮发电机。
为了提高空冷发电机的容量和工作效率, 高导热的绝缘体系逐步发展起来。因为线棒中没有冷却回路, 省却了相关的辅助设备, 电机的可靠性和维护性得到提高。使用高导热的绝缘体系, 简化了冷却系统, 减少了损耗, 发电机的效率得到提高。电机定子线棒的高导热绝缘体系由高导热的丝包电磁线、高导热的主绝缘材料、槽内绝缘和固定绝缘等组成。日本日立公司、瑞士依索拉公司、德国西门子公司及美国杜邦公司等国际知名企业在研制高导热材料方面保持着领先优势。
国内高导热主绝缘材料的研究历史很短, 1997年桂林电器科学研究所、哈尔滨大电机研究所、哈尔滨绝缘材料厂和哈尔滨理工大学开始联合立项研究。研究的重点方向是高导热多胶粉云母带和高导热半导体填充胶。虽然在研制过程中遇到很多困难, 没有达到实用的程度, 但是为今后研究和使用高导热绝缘材料奠定了基础。国外研究起源于20 世纪80 年代。当时大部分的高导热绝缘材料研究, 还仅限于复合材料范围内, 即高导热陶瓷材料和高分子绝缘材料的共混复合, 所得材料的导热系数不高, 导热绝缘高分子复合材料在导热机理和应用开发等方面的研究远不如导电材料的研究深入,对于导热主绝缘材料的导热机理、导热模型、导热性能测试及仪器的研究和认识都相对肤浅。随着纳米导热填料的研究和开发、聚合物基体的物理化学改性、聚合物基体与纳米导热填料复合新技术的探索、导热机理的研究等将成为高导热绝缘高分子复合材料研究的方向。目前哈尔滨大电机研究所正向此方向做进一步的研究工作。
据J Allison, RRut sch, A Lut z( 瑞士依索拉公司) 近期的研究表明， 在保持绝缘材料导热系数0. 5W/ m # K 的同时, 导热填料总量比以前减少了50% 左右, 能有效地改善高导热少胶粉云母带的生产工艺。研究结果显示BN 是比Al 2O 3 更高效的导热填料, 填料的添加量降低可能是使用BN 和Al 2O 3 复合填料, 具体工艺及比例还处于保密状态。日本东芝公司和瑞士依索拉公司合作, 在VPI( Vacuum Pressure Impregnated,真空压力浸渍) 少胶云母带的胶中添加无机高导热材料BN, 制备出高导热主绝缘材料,2001 年成功应用在250 MVA 空冷汽轮发电机和350 MVA 氢冷汽轮发电机上。添加高导热BN 颗粒, 不但没有降低云母带的耐电压和介质损耗, 而且与同容量的电机相比, 电机的正常运行温度降低了10 e 左右。从M Tari 与J Allison 等人研究结果看, 用高导热的绝缘体系, 提高了电机冷却系统的效率, 扩大了电机的容量, 空冷电机的容量可达400MVA, 氢冷电机的容量可达600 MV A 。
采用高导热绝缘技术, 降低了发电机定子铁心、绕组铜导线的绝缘温差, 使温度均匀分布, 在空冷方式的1 000 MW 级水电机组中, 将继续进行高导热绝缘技术研究和推广应用。高导热绝缘材料已成为现代电机技术研究的重点方向之一。
