高壓電機(jī)主絕緣結(jié)構(gòu)優(yōu)化與新型防暈材料研究.pdf

1、隨著發(fā)電機(jī)電壓等級(jí)的不斷提高，對(duì)定子繞組主絕緣性能也提出了更高的要求，不僅要求其電氣和機(jī)械性能優(yōu)異穩(wěn)定，而且需要盡可能減薄主絕緣厚度，從而減小發(fā)電機(jī)整體體積。另一方面，發(fā)電機(jī)額定電壓的提高，導(dǎo)致定子線棒端部電暈的問題也日益突出，因此，優(yōu)化發(fā)電機(jī)主絕緣結(jié)構(gòu)，改善線棒端部防電暈特性，以及開發(fā)新型防電暈材料成為先進(jìn)發(fā)電機(jī)制造技術(shù)的研究重點(diǎn)。
　　本文以改善高壓電機(jī)主絕緣角部電場(chǎng)分布，優(yōu)化主絕緣結(jié)構(gòu)為目標(biāo)，采用3D有限元法，利用ANSYS

2、軟件進(jìn)行電場(chǎng)數(shù)值仿真計(jì)算，結(jié)果表明：主絕緣電場(chǎng)分布的最大值與最小值均出現(xiàn)在角部的45°射線上，以1000MW/27kV級(jí)線棒結(jié)構(gòu)為模型，當(dāng)導(dǎo)體角部曲率半徑從0.5mm增大到2mm時(shí)，絕緣最大場(chǎng)強(qiáng)由13.2kV/mm下降到8.65kV/mm，場(chǎng)強(qiáng)分布不均勻系數(shù)由3.03下降到1.99；當(dāng)曲率半徑進(jìn)一步增大到2.5mm時(shí)，絕緣的最大場(chǎng)強(qiáng)為8.07kV/mm，不均勻系數(shù)為1.86。兼顧改善電場(chǎng)分布和提高槽滿率二者的矛盾，本文提出導(dǎo)體角部曲率半

3、徑在2.0~2.5mm之間為最佳的優(yōu)化方案。
　　根據(jù)不同內(nèi)屏蔽等位層結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)電場(chǎng)分布特點(diǎn)，建立了分布式阻容等效電路模型，運(yùn)用EDA軟件—Tina Pro進(jìn)行電路分析計(jì)算，結(jié)果表明：當(dāng)內(nèi)屏蔽層與導(dǎo)體接觸點(diǎn)（露銅點(diǎn)）距離從120mm增大到240mm時(shí)，導(dǎo)體表面電位從27kV減小到26.9kV，而股線絕緣的場(chǎng)強(qiáng)由0.026kV/mm增大到0.181kV/mm；當(dāng)露銅點(diǎn)距離進(jìn)一步增加到280mm和360mm時(shí)，導(dǎo)體表面電位減小到約26

4、.8kV和26.6kV，而股線絕緣的場(chǎng)強(qiáng)增大到0.311kV/mm和0.777kV/mm。在綜合分析等位效果、集膚效應(yīng)和工藝因素的基礎(chǔ)上，提出內(nèi)屏蔽層與導(dǎo)體接觸點(diǎn)距離采用250~300mm為宜的優(yōu)化方案；實(shí)驗(yàn)研究了采用導(dǎo)體角部曲率半徑以及露銅點(diǎn)距離優(yōu)化方案前后所制備的發(fā)電機(jī)線棒的介電性能，結(jié)果表明，優(yōu)化后線棒的介質(zhì)損耗角正切和局部放電量都有不同程度的減小，而線棒的擊穿場(chǎng)強(qiáng)則明顯提高。
　　基于靜態(tài)物理場(chǎng)有限元及動(dòng)態(tài)物理場(chǎng)阻容分布電

5、路的場(chǎng)路耦合模型，在設(shè)定物理場(chǎng)邊界控制方程的基礎(chǔ)上，對(duì)發(fā)電機(jī)定子線棒端部防暈結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)和溫度場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值仿真分析；探討了高中低阻防暈層材料的表面電阻率、搭接尺度及線棒轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)變化，對(duì)線棒端部電場(chǎng)分布、電位分布及損耗密度的影響；通過分析不同防暈材料、結(jié)構(gòu)時(shí)，溫度場(chǎng)傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射效應(yīng)，建立了電老化試驗(yàn)下線棒端部的電熱耦合模型；結(jié)果表明：在三段防暈結(jié)構(gòu)中，中高阻長度增加將引起中阻和高阻損耗密度大幅增加，且最高表面電位增加；對(duì)于防暈層覆蓋轉(zhuǎn)角

6、的線棒，其轉(zhuǎn)角內(nèi)側(cè)的電勢(shì)、場(chǎng)強(qiáng)和損耗密度比轉(zhuǎn)角外側(cè)高；在轉(zhuǎn)角外側(cè)，溫度最高點(diǎn)出現(xiàn)在防暈搭接處的寬邊中部和窄邊；而防暈層搭接部位的角部溫度最高。在數(shù)值仿真分析的基礎(chǔ)上，對(duì)線棒端部防電暈結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)；通過模型線棒和真機(jī)線棒的電老化試驗(yàn)，驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。
　　研制了碳化硅-蒙脫土/環(huán)氧樹脂微納米復(fù)合非線性防電暈材料，探討了碳化硅含量和有機(jī)化蒙脫土含量對(duì)防暈材料介電性能的影響，試驗(yàn)研究了不同電場(chǎng)下所研制防暈材料表面電阻率的變化規(guī)