高压电机新型防晕材料和防晕结构及应用研究

核心提示：　　1前言目前国内外高压电机定子线棒端部防晕材料用碳化硅非线性材料作为主要防晕材料，防晕结构主要有两种形式：一种是对发电机定子线棒端部采用半截防晕结构，亦即线棒端部高阻防晕层末端离引线有一定的距离，其

　　1前言目前国内外高压电机定子线棒端部防晕材料用碳化硅非线性材料作为主要防晕材料，防晕结构主要有两种形式：一种是对发电机定子线棒端部采用半截防晕结构，亦即线棒端部高阻防晕层末端离引线有一定的距离，其设计思想是防晕层末端电位越低越好，该结构对定子绕组端部固定件及接触部位易产生放电腐蚀现象；另一种防晕结构是定子线棒整个端部全包防晕层并与引线相连，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电现象，提高发电机长期运行可靠性，象三峡发电机定子线棒，AL-：2004-07-14汽轮发电机、水轮发电机绝缘技术和应用研究工作，获国家、省、市科STOM公司采用端部全包防晕层并与引线相连。

　　2防晕材料的筛选和防晕带的研究碳化硅（SiC）是高压发电机定子线棒端部良好的防晕材料。对于非线性碳化硅材料符合如下电阻特性：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线性参数，根据不同的非线性参数进行防晕结构的优化设计，确定不同电压等级的防晕结构。

　　3~27kV高压发电机定子线棒端部防晕可采用一级至多级优化传统防晕结构和新型防晕结构及技术，满足高压发电机定子线棒的防晕要求。

　　5种不同非线性参数的高阻防晕带，代号为HEC-A002、HEC-A003、HEC-A004、只瓦-人005和只瓦匚-人007.根据计算和分析软件，输入测试电压和相应的防晕带电阻值，推算出防晕带表1优化的传统防晕结构试验结果额定电压kV交流耐电压，持续1min起晕电压kV空气中闪络电压kV试验电压，kV结果6323.8通过22.57010.535.表2新型防晕结构线棒高压试验结果额定电压kV交流耐电压，持续1min起晕电压kV空气中闪络电压kV试验电压，kV结果6.323.8通过28.585.010.535.75通过39.0110.513.表技术指标开发新型防晕结构ABB-ALSTOM三峡标准起晕电压，kV>55\30交流耐压（持续1min），80kV通过（无需加分流器）通过（需加分流器）闪络击穿电压，kV\153\130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天后起晕电压，kV56>45耐交流电压试验通过55kV持续1min通过43kV持续1min热老化后的闪络电压试验，kV140.8kV（主绝缘击穿，防晕层未闪络）的电阻率Q和非线性系数B.应用试验证明5种高阻防晕带完全满足6. 3~27kV高压发电机定子线棒防晕技术要求。

　　3优化的防晕结构性能试验1优化传统防晕结构性能试验传统防晕结构是线棒端部防晕层末端与引线有一定的距离。采用优化的传统防晕结构，缩短了各级防晕层的长度，使各级防晕层的非线性参数合理搭配。试验结果如表1所示。

　　由表1可以看出优化传统防晕结构效果良好，技术指标达到国内外先进水平，完全可以满足各电压等级（6.3~20kV）发电机定子线棒的防晕要求。

　　3L2新型防晕层防晕结构性能试验用优化的传统防晕结构做为内防晕层，然后外包高阻层并与引线相连，一次模压成型后，进行高电压试验，结果如表2所示。

　　开发的新型防晕结构相对优化的传统防晕结构，大幅度提高了定子线棒的起晕电压和闪络电压，防晕技术指标达到世界领先水平。完全可以满足63~20kV高压电机防晕技术的要求。

　　4应用试验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，进行起晕电压试验、交流耐压试验；然后在130*C下老化30天后，再进行起晕电压试验、交流耐压试验及闪络电压试验，试验数据如表3所示。表4是ALSTOM公司对三峡线棒的要求与哈电防晕技术指标的对比。

　　老化后各项防晕技术指标也远高于ALSTOM公司对三峡发电机定子新线棒的技术要求。

　　4220kV发电机定子线棒应用新型防晕结构的端部电位分布从槽口高低阻搭接处到引线间测试11点，导线分别施加20kV和30kV测各点的电位，然后绘制电位和距离的曲线（见）。

　　75kV的应用表5空冷150MW/15.75kV应用优化传统防晕材料及防晕结构结果起晕试验交流耐电压，50kV持续1min试验线棒数量51432试验结果> 5CkV全部通过试验，并无发热放电现象表7三峡真机定子线棒上应用新型防晕结构电老化寿命施加老化电压，kV4048施加场强，kV/mm8.69610.435参照标准ALSTON公司>100Ch自定>30Ch电老化寿命，h1006.1304.0老化后起晕电压，kV>48.040kV和48kV下电老化达到标准后进行闪络电压试验，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6三峡真机定子线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。主绝缘厚度定子线棒截面尺寸最大，达115mm 28mm，对防晕技术和制造工艺要求比较高。应用FB系列防晕材料及结构，起晕电压达不到标准的要求（标准要求\采用优化的传统防晕材料（HEC-A系列）及结构后，单根线棒起晕电压均大于50kV（标准\1.5Un=23.625kV），在交流50kV耐电压时，无发热现象，且声音很小。哈电公司用优化的传统防晕材料及结构制造了3台份空冷150MW/15.75kV汽轮发电机定子线棒（共432根线棒），交检合格率100%，性能稳定，工艺性好。应用结果如表5所示。

　　应用结果表明：采用新型防晕材料及防晕结构性能良好，可推广应用到大型高压水轮发电机及汽轮发电机定子线棒端部防晕层上。

　　44在洪家渡水轮发电机上的应用15.75kV水轮发电机上应用一台份定子线棒（全台720根），工频交流耐压全部通过（50kV，1min），起晕试验电压均不低于50kV.应用优化的传统的防晕材料及结构，防晕性能稳定，各项技术指标达到国内外先进水平。研制的高阻防晕带柔软性能好，不掉渣，强度高，适合手包防晕处理，满足与主绝缘一次模压成型的工艺。

　　45在三峡发电机真机定子线棒上的应用在三峡发电机真机线棒上应用开发的新型防晕材料和结构。线棒R1/002只做40kV和48kV电老化试验。试验结果如表6和表7所示。

　　在同一根线棒上进行了4CkV下，1006. 1h和48kV下，304h的电老化后，停止试验，主绝缘及防晕层均未击穿。然后用该线棒在空气中进行闪络电压试验，结果在149kV时主绝缘击穿，而防晕层未闪络。

　　说明新型防晕技术达到国内外领先水平。

　　汽轮发电机上的应用曾采用FB系列防晕材料和结构，由于结构复杂，绝缘模压后用浙青绝缘处理保护，防晕性能不稳定。目前哈电在汽轮发电机600MW/20kV和300MW/20kV产品上应用优化的传统防晕材料和结构，结果起晕电压均\ 50kV，全部通过1min交流耐电压试验。

　　24kV、27kV级发电机定子线棒防晕技术的研究随着国家电力事业的发展，高压24kV级大容量水轮发电机、27kV百万千瓦级汽轮发电机需求量不断增加，为了使这些国产发电机绝缘防晕技术达到世界先进水平，必须进行深入的研究，提高在国内外市场上的竞争能力。

　　24kV和27kV级单面厚度分别为5. 6.2mm；单根线棒全部通过4. 0倍额定电压的交流耐电压持续1min试验；单根线棒闪络电压均不低于5倍额定电压。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发电机定子线棒防晕结构，防晕试验结果如表8和表9均可满足24kV级大容量水轮发电机和27kV百万千瓦级汽轮发电机定子线棒的防晕要求。各项防晕技术指标均高于法国ALSTOM和德国Siemens公司对24kV和27cV级高压发电机定子线棒防晕要求。

　　75kV汽轮发电机、洪家15.75kV水轮发电机及三峡真机（产品）定子线棒上应用表明：优化的传统防晕结构技术水平达到国内外先进水平。

　　电老化和热老化结果表明：开发的新型防晕结构性能稳定。特别是经130*C老化30天后的性能和在40kV、48kV下电老化寿命均达到国内外先进水平。

　　研制的新型全固化防晕材料和防晕结构性能优于传统防晕结构，而且适合环氧多胶粉云母一次模压成型工艺，可推广应用到大型高压电机（6.3~27kV）的定子线棒防晕结构上，对提高国产电机定子线棒制造水平，具有广泛的应用前景；同时也是高压电机定子线棒防晕技术更新换代产品。该成果为未来三峡右岸、龙滩、拉西瓦、水布垭、小湾、构皮滩、溪落渡等巨型水轮发电机定子线棒及定子绕组奠定了可靠的防晕材料和防晕技术基础。

　　采用开发的新型防晕技术成果后，建议对于高压电机（6.3~27kV）定子单根线棒起晕电压由原标准\1. 5.0kV；整机起晕电压由原来的\1.05Un提高到\1.25Un；单根定子线棒100%通过4Un交流耐电压持续1min试验。