高压電(diàn)机新(xīn)型防晕材料和防晕结构及应用(yòng)研究

前言目前國(guó)内外高压電(diàn)机定子線(xiàn)棒端部防晕材料用(yòng)碳化硅非線(xiàn)性材料作為(wèi)主要防晕材料，防晕结构主要有(yǒu)两种形式：一种是对发電(diàn)机定子線(xiàn)棒端部采用(yòng)半截防晕结构，亦即線(xiàn)棒端部高阻防晕层末端离引線(xiàn)有(yǒu)一定的距离，其设计思想是防晕层末端電(diàn)位越低越好，该结构对定子绕组端部固定件及接触部位易产生放電(diàn)腐蚀现象；另一种防晕结构是定子線(xiàn)棒整个端部全包防晕层并与引線(xiàn)相连，该结构主要优点是定子绕组端部对固定件及接触部位不易产生放電(diàn)现象，提高发電(diàn)机長(cháng)期运行可(kě)靠性，象三峡发電(diàn)机定子線(xiàn)棒，AL-：2004-07-14汽轮发電(diàn)机、水轮发電(diàn)机绝缘技术和应用(yòng)研究工作，获國(guó)家、省、市科(kē)STOM公司采用(yòng)端部全包防晕层并与引線(xiàn)相连。

　　2防晕材料的筛选和防晕带的研究碳化硅（SiC）是高压发電(diàn)机定子線(xiàn)棒端部良好的防晕材料。对于非線(xiàn)性碳化硅材料符合如下電(diàn)阻特性：p=Qe-BE，取自然对数得：lnp=lnQ-Be.通过测试和计算得出不同细度碳化硅的非線(xiàn)性参数，根据不同的非線(xiàn)性参数进行防晕结构的优化设计，确定不同電(diàn)压等级的防晕结构。

　　3~27kV高压发電(diàn)机定子線(xiàn)棒端部防晕可(kě)采用(yòng)一级至多(duō)级优化传统防晕结构和新(xīn)型防晕结构及技术，满足高压发電(diàn)机定子線(xiàn)棒的防晕要求。

　　5种不同非線(xiàn)性参数的高阻防晕带，代号為(wèi)HEC-A002、HEC-A003、HEC-A004、只瓦-人005和只瓦匚-人007.根据计算和分(fēn)析软件，输入测试電(diàn)压和相应的防晕带電(diàn)阻值，推算出防晕带表1优化的传统防晕结构试验结果额定電(diàn)压kV交流耐電(diàn)压，持续1min起晕電(diàn)压kV空气中闪络電(diàn)压kV试验電(diàn)压，kV结果6323.8通过22.57010.535.表2新(xīn)型防晕结构線(xiàn)棒高压试验结果额定電(diàn)压kV交流耐電(diàn)压，持续1min起晕電(diàn)压kV空气中闪络電(diàn)压kV试验電(diàn)压，kV结果6.323.8通过28.585.010.535.75通过39.0110.513.表技术指标开发新(xīn)型防晕结构ABB-ALSTOM三峡标准起晕電(diàn)压，kV>55交流耐压（持续1min），80kV通过（无需加分(fēn)流器）通过（需加分(fēn)流器）闪络击穿電(diàn)压，kVkX表3模拟三峡端部固定结构试验结果Un=20kV试验项目热老化前热老化130*C/30天后起晕電(diàn)压，kV56>45耐交流電(diàn)压试验通过55kV持续1min通过43kV持续1min热老化后的闪络電(diàn)压试验，kV140.8kV（主绝缘击穿，防晕层未闪络）的電(diàn)阻率Q和非線(xiàn)性系数B.应用(yòng)试验证明5种高阻防晕带完全满足6. 3~27kV高压发電(diàn)机定子線(xiàn)棒防晕技术要求。

　　3优化的防晕结构性能(néng)试验1优化传统防晕结构性能(néng)试验传统防晕结构是線(xiàn)棒端部防晕层末端与引線(xiàn)有(yǒu)一定的距离。采用(yòng)优化的传统防晕结构，缩短了各级防晕层的長(cháng)度，使各级防晕层的非線(xiàn)性参数合理(lǐ)搭配。试验结果如表1所示。

　　由表1可(kě)以看出优化传统防晕结构效果良好，技术指标达到國(guó)内外先进水平，完全可(kě)以满足各電(diàn)压等级（6.3~20kV）发電(diàn)机定子線(xiàn)棒的防晕要求。

　　3L2新(xīn)型防晕层防晕结构性能(néng)试验用(yòng)优化的传统防晕结构做為(wèi)内防晕层，然后外包高阻层并与引線(xiàn)相连，一次模压成型后，进行高電(diàn)压试验，结果如表2所示。

　　开发的新(xīn)型防晕结构相对优化的传统防晕结构，大幅度提高了定子線(xiàn)棒的起晕電(diàn)压和闪络電(diàn)压，防晕技术指标达到世界领先水平。完全可(kě)以满足63~20kV高压電(diàn)机防晕技术的要求。

　　4应用(yòng)试验41模拟三峡端部防晕结构试验按照ALSTOM公司对三峡定子绕组端部固定结构，绝缘盒内进行防晕处理(lǐ)，进行起晕電(diàn)压试验、交流耐压试验；然后在130*C下老化30天后，再进行起晕電(diàn)压试验、交流耐压试验及闪络電(diàn)压试验，试验数据如表3所示。表4是ALSTOM公司对三峡線(xiàn)棒的要求与哈電(diàn)防晕技术指标的对比。

　　老化后各项防晕技术指标也遠(yuǎn)高于ALSTOM公司对三峡发電(diàn)机定子新(xīn)線(xiàn)棒的技术要求。

　　4220kV发電(diàn)机定子線(xiàn)棒应用(yòng)新(xīn)型防晕结构的端部電(diàn)位分(fēn)布从槽口高低阻搭接处到引線(xiàn)间测试11点，导線(xiàn)分(fēn)别施加20kV和30kV测各点的電(diàn)位，然后绘制電(diàn)位和距离的曲線(xiàn)（见）。

　　75kV的应用(yòng)表5空冷150MW/15.75kV应用(yòng)优化传统防晕材料及防晕结构结果起晕试验交流耐電(diàn)压，50kV持续1min试验線(xiàn)棒数量51432试验结果> 5CkV全部通过试验，并无发热放電(diàn)现象表7三峡真机定子線(xiàn)棒上应用(yòng)新(xīn)型防晕结构電(diàn)老化寿命施加老化電(diàn)压，kV4048施加场强，kV/mm8.69610.435参照标准ALSTON公司>100Ch自定>30Ch電(diàn)老化寿命，h1006.1304.0老化后起晕電(diàn)压，kV>48.040kV和48kV下電(diàn)老化达到标准后进行闪络電(diàn)压试验，kV升压至149.0kV时主绝缘击穿，而防晕层未闪络注：标“符号是主绝缘及防晕层均未击穿。主绝缘厚度表6三峡真机定子線(xiàn)棒试验结果试验项目ALSTOM 0141.0147.0注：标‘’”符号是主绝缘及防晕层均未击穿。主绝缘厚度定子線(xiàn)棒截面尺寸最大，达115mm 28mm，对防晕技术和制造工艺要求比较高。应用(yòng)FB系列防晕材料及结构，起晕電(diàn)压达不到标准的要求（标准要求采用(yòng)优化的传统防晕材料（HEC-A系列）及结构后，单根線(xiàn)棒起晕電(diàn)压均大于50kV（标准
.5Un=23.625kV），在交流50kV耐電(diàn)压时，无发热现象，且声音很(hěn)小(xiǎo)。哈電(diàn)公司用(yòng)优化的传统防晕材料及结构制造了3台份空冷150MW/15.75kV汽轮发電(diàn)机定子線(xiàn)棒（共432根線(xiàn)棒），交检合格率100%，性能(néng)稳定，工艺性好。应用(yòng)结果如表5所示。

　　应用(yòng)结果表明：采用(yòng)新(xīn)型防晕材料及防晕结构性能(néng)良好，可(kě)推广应用(yòng)到大型高压水轮发電(diàn)机及汽轮发電(diàn)机定子線(xiàn)棒端部防晕层上。

　　44在洪家渡水轮发電(diàn)机上的应用(yòng)15.75kV水轮发電(diàn)机上应用(yòng)一台份定子線(xiàn)棒（全台720根），工频交流耐压全部通过（50kV，1min），起晕试验電(diàn)压均不低于50kV.应用(yòng)优化的传统的防晕材料及结构，防晕性能(néng)稳定，各项技术指标达到國(guó)内外先进水平。研制的高阻防晕带柔软性能(néng)好，不掉渣，强度高，适合手包防晕处理(lǐ)，满足与主绝缘一次模压成型的工艺。

　　45在三峡发電(diàn)机真机定子線(xiàn)棒上的应用(yòng)在三峡发電(diàn)机真机線(xiàn)棒上应用(yòng)开发的新(xīn)型防晕材料和结构。線(xiàn)棒R1/002只做40kV和48kV電(diàn)老化试验。试验结果如表6和表7所示。

　　在同一根線(xiàn)棒上进行了4CkV下，1006. 1h和48kV下，304h的電(diàn)老化后，停止试验，主绝缘及防晕层均未击穿。然后用(yòng)该線(xiàn)棒在空气中进行闪络電(diàn)压试验，结果在149kV时主绝缘击穿，而防晕层未闪络。

　　说明新(xīn)型防晕技术达到國(guó)内外领先水平。

　　汽轮发電(diàn)机上的应用(yòng)曾采用(yòng)FB系列防晕材料和结构，由于结构复杂，绝缘模压后用(yòng)浙青绝缘处理(lǐ)保护，防晕性能(néng)不稳定。目前哈電(diàn)在汽轮发電(diàn)机600MW/20kV和300MW/20kV产品上应用(yòng)优化的传统防晕材料和结构，结果起晕電(diàn)压均 50kV，全部通过1min交流耐電(diàn)压试验。

　　24kV、27kV级发電(diàn)机定子線(xiàn)棒防晕技术的研究随着國(guó)家電(diàn)力事业的发展，高压24kV级大容量水轮发電(diàn)机、27kV百万千瓦级汽轮发電(diàn)机需求量不断增加，為(wèi)了使这些國(guó)产发電(diàn)机绝缘防晕技术达到世界先进水平，必须进行深入的研究，提高在國(guó)内外市场上的竞争能(néng)力。

　　24kV和27kV级单面厚度分(fēn)别為(wèi)5. 6.2mm；单根線(xiàn)棒全部通过4. 0倍额定電(diàn)压的交流耐電(diàn)压持续1min试验；单根線(xiàn)棒闪络電(diàn)压均不低于5倍额定電(diàn)压。按照ALSTOM和Siemens公司的指标进行了防晕结构试验，确定了24kV和27kV发電(diàn)机定子線(xiàn)棒防晕结构，防晕试验结果如表8和表9均可(kě)满足24kV级大容量水轮发電(diàn)机和27kV百万千瓦级汽轮发電(diàn)机定子線(xiàn)棒的防晕要求。各项防晕技术指标均高于法國(guó)ALSTOM和德國(guó)Siemens公司对24kV和27cV级高压发電(diàn)机定子線(xiàn)棒防晕要求。

　　75kV汽轮发電(diàn)机、洪家15.75kV水轮发電(diàn)机及三峡真机（产品）定子線(xiàn)棒上应用(yòng)表明：优化的传统防晕结构技术水平达到國(guó)内外先进水平。

　　電(diàn)老化和热老化结果表明：开发的新(xīn)型防晕结构性能(néng)稳定。特别是经130*C老化30天后的性能(néng)和在40kV、48kV下電(diàn)老化寿命均达到國(guó)内外先进水平。

　　研制的新(xīn)型全固化防晕材料和防晕结构性能(néng)优于传统防晕结构，而且适合环氧多(duō)胶粉云母一次模压成型工艺，可(kě)推广应用(yòng)到大型高压電(diàn)机（6.3~27kV）的定子線(xiàn)棒防晕结构上，对提高國(guó)产電(diàn)机定子線(xiàn)棒制造水平，具有(yǒu)广泛的应用(yòng)前景；同时也是高压電(diàn)机定子線(xiàn)棒防晕技术更新(xīn)换代产品。该成果為(wèi)未来三峡右岸、龙滩、拉西瓦、水布垭、小(xiǎo)湾、构皮滩、溪落渡等巨型水轮发電(diàn)机定子線(xiàn)棒及定子绕组奠定了可(kě)靠的防晕材料和防晕技术基础。

　　采用(yòng)开发的新(xīn)型防晕技术成果后，建议对于高压電(diàn)机（6.3~27kV）定子单根線(xiàn)棒起晕電(diàn)压由原标准
. 5.0kV；整机起晕電(diàn)压由原来的
.05Un提高到
.25Un；单根定子線(xiàn)棒100%通过4Un交流耐電(diàn)压持续1min试验。