整浸高压电机用防晕结构设计及防晕材料的研究

整浸高压电机用防晕结构 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 及防晕材料的研究 整浸高压电机用防晕结构设计及防晕材料 的研究 量基执耕抖 Vol_4 Dec No4 2000 整浸高压电机用防晕结构设计及防晕材料的研究 f赵晓旭 (1哈尔滨弹工大学.黑龙江哈尔滨 -rH2/ 摘要:通过理论计算和有关的优化理论,设计出合理的防晕结构,并时10kV整浸电机的防晕结构进行 了设计经实验检验该设计方法有效可行且十分准确.将国内外材料进行各项性能考核,比较,最终选 定了10kV级VPI电杌用防晕材料. 关键词:防晕结构:整浸:防晕材料 中图分粪号:TM21文献标识码:A文章编号:1007—449x(2o0o)o4一o251—04 Thecoronaprotectivematerialsanddesign ofVPIelectricmachines ZHAOXiao—xu,SHIXiao—feng.,HEXin (1HarbinUniversityofScienceandTechnology,Harbin50040,China; 2.HarbinElectricalMachineryCompanyLimited,Harbin150040,China) Abstract:Areasonablecoronaprotectingstructureisdesignedusingtheorecticalcalculation andoptimi~dtheoryTheendcoronaprotectingstructureofcoilofa10kVpost—impregnated HVmachinesisdesignedbythisway.Thewayiseffective,feasibleandaccurate,According totheevaluationandthepropertiesinmanyaspectsandbycomparisonwithothermaterials bothindomesticandoverseas,thefinalchoiceofthematerialfor10kVVPImachinesis obtained Keywords:post——impiegnation;coronaprotectingstructure;coronaprotectivematerial l引言 VPI电机以它诸多的优点被国内电机行业普 遍采用,特别是我国目前正在进行1000MW汽轮发 电机的研制与开发.但对VPI整浸电机防晕材料与 技术的苛刻要求.也使很多6kV以上电压等级的电 机不能采用整浸绝缘结构. 整浸型高压电机定子线圈防晕材料有如下特点: a.低阻带的阻值要均匀 b低阻带要有好的渗透眭; c低阻带VPI树脂相容, d.高阻防晕带要有良好的非线性特性: e.低阻带的厚度要小. 本文针对10kV整浸电机线棒端部的防晕结构 设计,防晕材料的筛选等方面做了大量的工作.高压 电机分为定子线圈防晕,分槽部防晕和端部防晕,本 文就端部防晕的结构设计及防晕材料的选择进行探 讨,最终提出了合理的线棒端部防晕结构,选择出?眭 能好,价格便宜的防晕材料,而且还降低了电机的成本. 2槽部防晕 2.1槽部防晕材料的试验 过去的防晕处理方法是在线圈上绕一层石棉带 或玻璃丝带,然后涂防晕漆.这种方法以及一次成型 防晕都不能应用于整浸电机,因为防晕涂层不耐无 溶剂中活?眭稀释剂的侵蚀.现在普遍采用绕包半导 收稿日期2000—07—12 作者简介:赵晓旭[1956一).女,副教授.研究方向为无机材料,垲竦材料,复鲁材料 石霄峰【t97o)女, 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师研究方向为电机垲孽工艺的研究 赫欣(I957一)女.高级二程师研究方向为电机垲辣材料. Z , 江 欣雌 赫冁 , 霄一哈 252电机与控制第4卷 襄1国内外VH整浸电机用的半导体防?带技术指标 Table1Technicaldataofsemi一~Olndaetoranti一0m-tapeforpost— impregnatedHVmachtms 往为 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面电阻值. 体防晕带已经收集到的VPI整浸电机用的半导体 防晕材料厚度和浸漆前的表面电阻率见表l所示. 为了使材料立足于国内,降低材料成本,根据半 导体防晕带的技术指标选择了SDZ12低阻带和 SDGP20高阻带,其技术指标为: (1)SDZ12低阻带.表面质量:带子表面涂层均 匀,颜色为黑色,手感柔软且带滑爽性(不沾手,不拉 丝),不夹带杂质.宽度一般为20ro.nl:厚度为(O.12? 0.02)mm;个别值为(O.12?0.03)nlln.表面电阻系数 为l×l0,9×10个别值应不大于9×10Q,不小 于2x10Q.浸漆后表面电阻系数为1O,l0Q. (2)SDGP20高阻带表面质量:带子表面漆膜均 匀,颜色为暗红色,手感粗糙(含SiC颗粒),不允许 有不含或少含SiC的红色光滑漆膜出现.宽度一般 为20?lm.25?lm两种;厚度为(O.2土0_3)nlln,表面电 阻系数为l0,9×l0Q 2.2SDZI2半导体低阻带对漆的影响 将SDZ12低阻带浸人浸渍漆内,浸渍比例为9150 漆:SDZ12=40:l,浸渍24h,用浸渍后的漆制备 3个胶盘(编号为3),再用9l5O原漆制备3个胶盘 (编号为4),最后在室温155?下测其P和tg,见 表2所示. 表2SDZI2低阻带浸渍后的p和tg6值 Table2Pand电ofSDZI2low~oflouaresistant tapeimpregnated 表2中数据说明SDZ12低阻带与VPI树脂是相 容的,对浸渍漆无污染. 2.3SDZ129半导体低阻带对主绝缘的影响 线圈经VPI 将带有防晕层和无防晕层的线棒, 整浸工艺后进行对比试验,其试验结果如表3所示. 襄3有防?层与无防?层的击穿电压对比值 Table3ThebreakdownvoltageofbartI- andwiIhoutanti—coronalay 试样击穿电压量小值 有防晕层线圈 无防晕层线圈 有防晕层线棒 无防晕层线棒 62 6l 55 54 以上数据说明SDZ12低阻带不影响主绝缘耐压 值,对主绝缘无影响. 2.4拉伸强度 经测量,SDZl2低阻带的拉伸强度为l10.45N/era. SDGP20高阻带的拉伸强度为81.93N/cm. 2.5浸漆固化后的槽部电阻值 用SDlZl2低阻带SDGP20高温带进行防晕处理 的试验线棒浸漆固化后的表面电阻值见表4所示. 我国电机制造行业标准规定,线圈槽部防晕 层电阻值为10,lOQ.日本三菱公司规定,浸漆固 化后表面电阻值为5.0xlo2,5.0×lo.Q.从表4数据 可见,SDZ12半导体低阻带浸漆后阻值在行业标准 规定的103,l矿Q范围内,且其浸漆后表面电阻值与 浸前相比变化不大,其值比较稳定,低阻带表面电阻 值也很均匀,因此符合VPI电机对槽部防晕材料的 要求. 襄4线棒浸渍厨化后的囊面电阻值 Table4The51~rf;11~~resistaliceofthebaraRer impregnatedandsolidified 试样槽都防晕展电阻值/fl 试验线棒 试验线圈 l9×10--5×10' 1.3Xl0,28Xl0 第4期整浸高压电机用防晕结构设计及防晕材料的研究253 2.6槽部防晕结构和工艺 槽部防晕结构可采用【/3迭绕或半迭绕方式.迭 绕一层,出槽几长度可为70mm左右,低阻,高阻搭 接长度为20,25mm. 3端部防晕 3.1非线形特性参数的确定 目前,高压电极定子线圈端部防晕普遍采用碳 化硅带,由于碳化硅微粉的伏安特性具有很好的非 线性特性,因此SiC微粉的半导体防晕带也具有非 线性特性.在不同的电压下,这种带子的电阻值也不 同,因此它可改善端部的电场分布,减少放电机会.VPI 整浸电机上所用的防晕结构的高阻部分大都采用SiC 带(漆).SiC防晕层电阻率为 P=P.exp(一E)(1) 上式两边取自然对数可得 lnp=lnp一E(2) 式中:P为E=0时的固有电阻率?或?m);P为电阻 率:口为非线性系数,cm/kV;E为外施电场强度,kV/cm. 测量SDGP2O高阻带在不同电压下的电阻值, 求出 再利用最小二乘法对式(2)进行线性回归分析,所需要的特征参数P.及口,就得到了SDGP20高阻 带的非线形特性曲线的方程式.根据测量数据绘出 图l. 豳1SDGP20高阻带非线性特性曲线 Fig.1Thenonlinearcharacteristicof SDGP20highresistanceb|nd 用最小二乘法求得 E 式中:= n ?(巨一E)(1np.一面) L————————一 ?(巨一百)?1 月? ?i =一 ?将测量数据代 人上面各式得到 E=1.56kV/cm.1np=12.76?m,=1414 将上面结果代人式(2)得到 lnp0=l2.76+1.56 pn=e"=3.27×1矿M?crn 根据以上的计算,SDGP20高阻带的P为 3.27×10M?cm,非线性系数为1.414,说明SDGP20 高阻带的非线性很好. 3.2端部防晕结构设计 对于防晕结构的设计,先采用计算机数值计算的 方法对电机定子线棒的端部防晕结构进行分析,明 确端部的各个参数对防晕结构的影响,再用计算机 对端部防晕结构进行优化设计.在对防晕结构的数值 计算时,采用如图2所示的等效电路图,对于该电路 图的计算过程采用的是电位相量法,该方法段有完 全考虑到非线性碳化硅材料的影响,因而存在一定 方法上的误差;在计算中采用文献[3l中的暂态差分 方程法,该方法考虑了防晕电路模型中碳化硅防晕 材料的非线性特性,计算结果比过去采用的电位相 量法更准确,暂态差分法最后归结为式(3)的常微分 方程组,推导过程略 围2有防晕层的定于端部等效电路豳 Fig.2Theequivalentcircuitofastatorend windingtllcoronaprotectinglayer d".?一 dtcexp(-1n 二 Ax2c. p(-p.11) (i=1,2,…,N一1),其中"0=U0sin(o~t) Uo为外施电压 dub(t) Ax 嫦d rc胁expf一l兰一, 初始条件:"0l,(10,,,?) 3) 在对端部防晕结构的优化设计中,过去比较成 形的方法是图解法,该方法没有侨调各个影响防晕 直观性差,只能算是一种定性 效果的参数之间的关系, 方法;本文提出了新的优化防晕结构的目标函数,该 目标函数综合考虑了以下指标(在1.2倍u下): (1)各级防晕层最大电位梯度E,不太于3.0kV,/cm; (2)防晕层末端对线棒导体电位差不大于3kV: (3)各级防晕层最大表面损耗密度不大于0.6W/cm: 优化时采用搜索性能比较好的遗传算法,定量地解 电机与控制第4卷 决了防晕结构优化设计的问题. 3.3端部防晕结构工艺和试验 根据上述防晕结构优化设计和sDGP20高阻带 的非线形特性参数选定线棒的高阻部分长度范围为 100,】40mm(包括低,高阻搭接),搭接长度为 20,25mm.搭接处高阻带】尼选绕,其余部分l/3迭 绕一层,高阻外面附加一层绝缘,然后,按如下结构 做试验线棒: a.10号,I1号高阻长为100mm,搭接20rmu; b.2号3高阻长为l2Omm,措接20mm; c.12号,13号高阻长为l30lnm,搭接20mm; d.6号,7弓高阻长为140mm,搭接25mm. 上述线棒VPI整浸后的起晕沿面放电试验结 果见表5所示 表5线棒,整浸后的试验结果 Table5Thetestresultofwindingbarafterimpregnated 注:沿面地电试验从45kV开始,每60s升高6kv'直到沿面击穿为止 按照《电气绝缘测试技术》上规定的标准,上述 放电试验是很严格的.JB/DQ3237—87标准规定,气 轮发电机条式定子线圈起晕电压u?1.5u,大型交 流电机圈式定子线圈起始电晕电压?1.2 87标准规定,水轮发电机条式线圈起始 JB/~3233— 电晕电压U?12,u为电机额定电压.目前,对 于VPI整浸电机起始电晕电压值还没有标准规定, 参考上述标准,试验的结果还是很满意的这表明本 文的防晕结构合理,能够保证线圈的质量 410kV级VPI线圈防晕试验 所做试验线圈工艺结构:主绝缘材料为东绝中 胶带;防晕材料为sDz12低阻带,sD(,P2O高阻带; 防晕结构为低阻长390mm,i/3迭绕一层,高阻长 130l珈吼搭接高阻带l/2迭绕,其余部分1/3迭绕一 层,高阻区外施附加绝缘一层. 线圈经VPI整浸固化后测其起始电晕电压值 沿面放电电压值,实验结果如表6所示. 表6线圈VPI整浸后的试验结果 Table6Thetestlsultofcoilafterimpregnated 5SDZ12低阻带SDGP20高阻带的应用 经过大量的试验,将谚防晕材料应用到2台电机 产品上,其结构为直线部分平绕一层低阻带,出槽r=J 50,60ffl/'n,低,高阻搭接20rl'lln,高阻带平绕一层, 长度为100mnl,外加附加绝缘,l/2迭绕9543一l云 母带一层,制成线圈,下线后整机进行试验,几乎没 有电晕声,比不带防晕的同类电机产品要好的多.同时 包绕3支|0kV级备品线圈,测得起晕电压最低值为 26kV沿面放电电压最低值为60kV. 从测量结果来看,JB,/DQ3237-87及JB,/DQ3233— 87标准规定.说明这种防晕材料和防晕结构不论是在 试验中还是在实际电机上的测试结果均令人满意 6结论 (1)根据整浸电机对防晕材料的各项要求而最 可满足 终挑选出的SDZ12低阻带SDGP20高阻带,10kV级大型整浸电机对防晕技术的要求,既节省了 资金,又提高了电机运行的可靠性. (2)采用计算机数值计算的方法,用计算机对端 部防晕结构进行优化设计,其结果经试验测试和在 电机上实际应用都证明该方法可行,准确. (3)采用本研究设计的防晕结构用SDZ12低阻 带和sDGP20高阻带制作的试验线棒和线圈有很高 的起始电晕电压和放电电压值.并且在实际生产中 应用效果稂好. (4)上述材料,防晕结构及其工艺可在产品中推 广应用. 参考文献: 【1】隋银德.刘上椿高压电机防晕技术卸哈尔滨太电机技术.199416): 姐一36 I张杜红.聚两烯腈(PAN)半导体带VP]工艺中的应用I.rl咯尔 滨太电机技术,1992(】)32—34 嘲刘瑛岩.高压电机定于线棒端部防晕结构的研究[D1博士 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 西安交通大学,1998