高壓電機(jī)新型防暈材料和防暈結(jié)構(gòu)及應(yīng)用研究

1前言目前國(guó)內(nèi)外高壓電機(jī)定子線棒端部防暈材料用碳化硅非線性材料作為主要防暈材料，防暈結(jié)構(gòu)主要有兩種形式：一種是對(duì)發(fā)電機(jī)定子線棒端部采用半截防暈結(jié)構(gòu)，亦即線棒端部高阻防暈層末端離引線有一定的距離，其設(shè)計(jì)思想是防暈層末端電位越低越好，該結(jié)構(gòu)對(duì)定子繞組端部固定件及接觸部位易產(chǎn)生放電腐蝕現(xiàn)象；另一種防暈結(jié)構(gòu)是定子線棒整個(gè)端部全包防暈層并與引線相連，該結(jié)構(gòu)主要優(yōu)點(diǎn)是定子繞組端部對(duì)固定件及接觸部位不易產(chǎn)生放電現(xiàn)象，提高發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行可靠性，象三峽發(fā)電機(jī)定子線棒，AL-：2004-07-14汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)絕緣技術(shù)和應(yīng)用研究工作，獲國(guó)家、省、市科STOM公司采用端部全包防暈層并與引線相連。

　　2防暈材料的篩選和防暈帶的研究碳化硅（SiC）是高壓發(fā)電機(jī)定子線棒端部良好的防暈材料。對(duì)于非線性碳化硅材料符合如下電阻特性：p=Qe-BE，取自然對(duì)數(shù)得：lnp=lnQ-Be.通過(guò)測(cè)試和計(jì)算得出不同細(xì)度碳化硅的非線性參數(shù)，根據(jù)不同的非線性參數(shù)進(jìn)行防暈結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定不同電壓等級(jí)的防暈結(jié)構(gòu)。

　　3~27kV高壓發(fā)電機(jī)定子線棒端部防暈可采用一級(jí)至多級(jí)優(yōu)化傳統(tǒng)防暈結(jié)構(gòu)和新型防暈結(jié)構(gòu)及技術(shù)，滿足高壓發(fā)電機(jī)定子線棒的防暈要求。

　　5種不同非線性參數(shù)的高阻防暈帶，代號(hào)為HEC-A002、HEC-A003、HEC-A004、只瓦-人005和只瓦匚-人007.根據(jù)計(jì)算和分析軟件，輸入測(cè)試電壓和相應(yīng)的防暈帶電阻值，推算出防暈帶表1優(yōu)化的傳統(tǒng)防暈結(jié)構(gòu)試驗(yàn)結(jié)果額定電壓kV交流耐電壓，持續(xù)1min起暈電壓kV空氣中閃絡(luò)電壓kV試驗(yàn)電壓，kV結(jié)果6323.8通過(guò)22.57010.535.表2新型防暈結(jié)構(gòu)線棒高壓試驗(yàn)結(jié)果額定電壓kV交流耐電壓，持續(xù)1min起暈電壓kV空氣中閃絡(luò)電壓kV試驗(yàn)電壓，kV結(jié)果6.323.8通過(guò)28.585.010.535.75通過(guò)39.0110.513.表技術(shù)指標(biāo)開(kāi)發(fā)新型防暈結(jié)構(gòu)ABB-ALSTOM三峽標(biāo)準(zhǔn)起暈電壓，kV>55\30交流耐壓（持續(xù)1min），80kV通過(guò)（無(wú)需加分流器）通過(guò)（需加分流器）閃絡(luò)擊穿電壓，kV\153\130表3模擬三峽端部固定結(jié)構(gòu)試驗(yàn)結(jié)果Un=20kV試驗(yàn)項(xiàng)目熱老化前熱老化130*C/30天后起暈電壓，kV56>45耐交流電壓試驗(yàn)通過(guò)55kV持續(xù)1min通過(guò)43kV持續(xù)1min熱老化后的閃絡(luò)電壓試驗(yàn)，kV140.8kV（主絕緣擊穿，防暈層未閃絡(luò)）的電阻率Q和非線性系數(shù)B.應(yīng)用試驗(yàn)證明5種高阻防暈帶完全滿足6. 3~27kV高壓發(fā)電機(jī)定子線棒防暈技術(shù)要求。

　　3優(yōu)化的防暈結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)1優(yōu)化傳統(tǒng)防暈結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)傳統(tǒng)防暈結(jié)構(gòu)是線棒端部防暈層末端與引線有一定的距離。采用優(yōu)化的傳統(tǒng)防暈結(jié)構(gòu)，縮短了各級(jí)防暈層的長(zhǎng)度，使各級(jí)防暈層的非線性參數(shù)合理搭配。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

　　由表1可以看出優(yōu)化傳統(tǒng)防暈結(jié)構(gòu)效果良好，技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)內(nèi)外先進(jìn)水平，完全可以滿足各電壓等級(jí)（6.3~20kV）發(fā)電機(jī)定子線棒的防暈要求。

　　3L2新型防暈層防暈結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)用優(yōu)化的傳統(tǒng)防暈結(jié)構(gòu)做為內(nèi)防暈層，然后外包高阻層并與引線相連，一次模壓成型后，進(jìn)行高電壓試驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。

　　開(kāi)發(fā)的新型防暈結(jié)構(gòu)相對(duì)優(yōu)化的傳統(tǒng)防暈結(jié)構(gòu)，大幅度提高了定子線棒的起暈電壓和閃絡(luò)電壓，防暈技術(shù)指標(biāo)達(dá)到世界領(lǐng)先水平。完全可以滿足63~20kV高壓電機(jī)防暈技術(shù)的要求。

　　4應(yīng)用試驗(yàn)41模擬三峽端部防暈結(jié)構(gòu)試驗(yàn)按照ALSTOM公司對(duì)三峽定子繞組端部固定結(jié)構(gòu)，絕緣盒內(nèi)進(jìn)行防暈處理，進(jìn)行起暈電壓試驗(yàn)、交流耐壓試驗(yàn)；然后在130*C下老化30天后，再進(jìn)行起暈電壓試驗(yàn)、交流耐壓試驗(yàn)及閃絡(luò)電壓試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。表4是ALSTOM公司對(duì)三峽線棒的要求與哈電防暈技術(shù)指標(biāo)的對(duì)比。

　　老化后各項(xiàng)防暈技術(shù)指標(biāo)也遠(yuǎn)高于ALSTOM公司對(duì)三峽發(fā)電機(jī)定子新線棒的技術(shù)要求。

　　4220kV發(fā)電機(jī)定子線棒應(yīng)用新型防暈結(jié)構(gòu)的端部電位分布從槽口高低阻搭接處到引線間測(cè)試11點(diǎn)，導(dǎo)線分別施加20kV和30kV測(cè)各點(diǎn)的電位，然后繪制電位和距離的曲線（見(jiàn)）。

　　75kV的應(yīng)用表5空冷150MW/15.75kV應(yīng)用優(yōu)化傳統(tǒng)防暈材料及防暈結(jié)構(gòu)結(jié)果起暈試驗(yàn)交流耐電壓，50kV持續(xù)1min試驗(yàn)線棒數(shù)量51432試驗(yàn)結(jié)果> 5CkV全部通過(guò)試驗(yàn)，并無(wú)發(fā)熱放電現(xiàn)象表7三峽真機(jī)定子線棒上應(yīng)用新型防暈結(jié)構(gòu)電老化壽命施加老化電壓，kV4048施加場(chǎng)強(qiáng)，kV/mm8.69610.435參照標(biāo)準(zhǔn)ALSTON公司>100Ch自定>30Ch電老化壽命，h1006.1304.0老化后起暈電壓，kV>48.040kV和48kV下電老化達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行閃絡(luò)電壓試驗(yàn)，kV升壓至149.0kV時(shí)主絕緣擊穿，而防暈層未閃絡(luò)注：標(biāo)“符號(hào)是主絕緣及防暈層均未擊穿。主絕緣厚度表6三峽真機(jī)定子線棒試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目ALSTOM 0141.0147.0注：標(biāo)‘’”符號(hào)是主絕緣及防暈層均未擊穿。主絕緣厚度定子線棒截面尺寸最大，達(dá)115mm 28mm，對(duì)防暈技術(shù)和制造工藝要求比較高。應(yīng)用FB系列防暈材料及結(jié)構(gòu)，起暈電壓達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的要求（標(biāo)準(zhǔn)要求\采用優(yōu)化的傳統(tǒng)防暈材料（HEC-A系列）及結(jié)構(gòu)后，單根線棒起暈電壓均大于50kV（標(biāo)準(zhǔn)\1.5Un=23.625kV），在交流50kV耐電壓時(shí)，無(wú)發(fā)熱現(xiàn)象，且聲音很小。哈電公司用優(yōu)化的傳統(tǒng)防暈材料及結(jié)構(gòu)制造了3臺(tái)份空冷150MW/15.75kV汽輪發(fā)電機(jī)定子線棒（共432根線棒），交檢合格率100%，性能穩(wěn)定，工藝性好。應(yīng)用結(jié)果如表5所示。

　　應(yīng)用結(jié)果表明：采用新型防暈材料及防暈結(jié)構(gòu)性能良好，可推廣應(yīng)用到大型高壓水輪發(fā)電機(jī)及汽輪發(fā)電機(jī)定子線棒端部防暈層上。

　　44在洪家渡水輪發(fā)電機(jī)上的應(yīng)用15.75kV水輪發(fā)電機(jī)上應(yīng)用一臺(tái)份定子線棒（全臺(tái)720根），工頻交流耐壓全部通過(guò)（50kV，1min），起暈試驗(yàn)電壓均不低于50kV.應(yīng)用優(yōu)化的傳統(tǒng)的防暈材料及結(jié)構(gòu)，防暈性能穩(wěn)定，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)內(nèi)外先進(jìn)水平。研制的高阻防暈帶柔軟性能好，不掉渣，強(qiáng)度高，適合手包防暈處理，滿足與主絕緣一次模壓成型的工藝。

　　45在三峽發(fā)電機(jī)真機(jī)定子線棒上的應(yīng)用在三峽發(fā)電機(jī)真機(jī)線棒上應(yīng)用開(kāi)發(fā)的新型防暈材料和結(jié)構(gòu)。線棒R1/002只做40kV和48kV電老化試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表6和表7所示。

　　在同一根線棒上進(jìn)行了4CkV下，1006. 1h和48kV下，304h的電老化后，停止試驗(yàn)，主絕緣及防暈層均未擊穿。然后用該線棒在空氣中進(jìn)行閃絡(luò)電壓試驗(yàn)，結(jié)果在149kV時(shí)主絕緣擊穿，而防暈層未閃絡(luò)。

　　說(shuō)明新型防暈技術(shù)達(dá)到國(guó)內(nèi)外領(lǐng)先水平。

　　汽輪發(fā)電機(jī)上的應(yīng)用曾采用FB系列防暈材料和結(jié)構(gòu)，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，絕緣模壓后用浙青絕緣處理保護(hù)，防暈性能不穩(wěn)定。目前哈電在汽輪發(fā)電機(jī)600MW/20kV和300MW/20kV產(chǎn)品上應(yīng)用優(yōu)化的傳統(tǒng)防暈材料和結(jié)構(gòu)，結(jié)果起暈電壓均\ 50kV，全部通過(guò)1min交流耐電壓試驗(yàn)。

　　24kV、27kV級(jí)發(fā)電機(jī)定子線棒防暈技術(shù)的研究隨著國(guó)家電力事業(yè)的發(fā)展，高壓24kV級(jí)大容量水輪發(fā)電機(jī)、27kV百萬(wàn)千瓦級(jí)汽輪發(fā)電機(jī)需求量不斷增加，為了使這些國(guó)產(chǎn)發(fā)電機(jī)絕緣防暈技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)水平，必須進(jìn)行深入的研究，提高在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力。

　　24kV和27kV級(jí)單面厚度分別為5. 6.2mm；單根線棒全部通過(guò)4. 0倍額定電壓的交流耐電壓持續(xù)1min試驗(yàn)；單根線棒閃絡(luò)電壓均不低于5倍額定電壓。按照ALSTOM和Siemens公司的指標(biāo)進(jìn)行了防暈結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，確定了24kV和27kV發(fā)電機(jī)定子線棒防暈結(jié)構(gòu)，防暈試驗(yàn)結(jié)果如表8和表9均可滿足24kV級(jí)大容量水輪發(fā)電機(jī)和27kV百萬(wàn)千瓦級(jí)汽輪發(fā)電機(jī)定子線棒的防暈要求。各項(xiàng)防暈技術(shù)指標(biāo)均高于法國(guó)ALSTOM和德國(guó)Siemens公司對(duì)24kV和27cV級(jí)高壓發(fā)電機(jī)定子線棒防暈要求。

　　75kV汽輪發(fā)電機(jī)、洪家15.75kV水輪發(fā)電機(jī)及三峽真機(jī)（產(chǎn)品）定子線棒上應(yīng)用表明：優(yōu)化的傳統(tǒng)防暈結(jié)構(gòu)技術(shù)水平達(dá)到國(guó)內(nèi)外先進(jìn)水平。

　　電老化和熱老化結(jié)果表明：開(kāi)發(fā)的新型防暈結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定。特別是經(jīng)130*C老化30天后的性能和在40kV、48kV下電老化壽命均達(dá)到國(guó)內(nèi)外先進(jìn)水平。

　　研制的新型全固化防暈材料和防暈結(jié)構(gòu)性能優(yōu)于傳統(tǒng)防暈結(jié)構(gòu)，而且適合環(huán)氧多膠粉云母一次模壓成型工藝，可推廣應(yīng)用到大型高壓電機(jī)（6.3~27kV）的定子線棒防暈結(jié)構(gòu)上，對(duì)提高國(guó)產(chǎn)電機(jī)定子線棒制造水平，具有廣泛的應(yīng)用前景；同時(shí)也是高壓電機(jī)定子線棒防暈技術(shù)更新?lián)Q代產(chǎn)品。該成果為未來(lái)三峽右岸、龍灘、拉西瓦、水布埡、小灣、構(gòu)皮灘、溪落渡等巨型水輪發(fā)電機(jī)定子線棒及定子繞組奠定了可靠的防暈材料和防暈技術(shù)基礎(chǔ)。

　　采用開(kāi)發(fā)的新型防暈技術(shù)成果后，建議對(duì)于高壓電機(jī)（6.3~27kV）定子單根線棒起暈電壓由原標(biāo)準(zhǔn)\1. 5.0kV；整機(jī)起暈電壓由原來(lái)的\1.05Un提高到\1.25Un；單根定子線棒100%通過(guò)4Un交流耐電壓持續(xù)1min試驗(yàn)。