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

1、隨著發(fā)電機電壓等級的不斷提高，對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)電機整體體積。另一方面，發(fā)電機額定電壓的提高，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發(fā)電機制造技術(shù)的研究重點。
　　本文以改善高壓電機主絕緣角部電場分布，優(yōu)化主絕緣結(jié)構(gòu)為目標，采用3D有限元法，利用ANSYS

2、軟件進行電場數(shù)值仿真計算，結(jié)果表明：主絕緣電場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級線棒結(jié)構(gòu)為模型，當導(dǎo)體角部曲率半徑從0.5mm增大到2mm時，絕緣最大場強由13.2kV/mm下降到8.65kV/mm，場強分布不均勻系數(shù)由3.03下降到1.99；當曲率半徑進一步增大到2.5mm時，絕緣的最大場強為8.07kV/mm，不均勻系數(shù)為1.86。兼顧改善電場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)的動態(tài)電場分布特點，建立了分布式阻容等效電路模型，運用EDA軟件—Tina Pro進行電路分析計算，結(jié)果表明：當內(nèi)屏蔽層與導(dǎo)體接觸點（露銅點）距離從120mm增大到240mm時，導(dǎo)體表面電位從27kV減小到26.9kV，而股線絕緣的場強由0.026kV/mm增大到0.181kV/mm；當露銅點距離進一步增加到280mm和360mm時，導(dǎo)體表面電位減小到約26

4、.8kV和26.6kV，而股線絕緣的場強增大到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)體接觸點距離采用250~300mm為宜的優(yōu)化方案；實驗研究了采用導(dǎo)體角部曲率半徑以及露銅點距離優(yōu)化方案前后所制備的發(fā)電機線棒的介電性能，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，而線棒的擊穿場強則明顯提高。
　　基于靜態(tài)物理場有限元及動態(tài)物理場阻容分布電

5、路的場路耦合模型，在設(shè)定物理場邊界控制方程的基礎(chǔ)上，對發(fā)電機定子線棒端部防暈結(jié)構(gòu)的電場和溫度場進行了數(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，對線棒端部電場分布、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，溫度場傳導(dǎo)、對流和輻射效應(yīng)，建立了電老化試驗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；對于防暈層覆蓋轉(zhuǎn)角

6、的線棒，其轉(zhuǎn)角內(nèi)側(cè)的電勢、場強和損耗密度比轉(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，對線棒端部防電暈結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計；通過模型線棒和真機線棒的電老化試驗，驗證了模型的準確性。
　　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化蒙脫土含量對防暈材料介電性能的影響，試驗研究了不同電場下所研制防暈材料表面電阻率的變化規(guī)