百万千瓦级发电机端部电场研究

《百万千瓦级发电机端部电场研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、上海交通大学硕士学位论文线棒绝缘表面的电场分布是不均匀的。当上述部位的局部电场强度达到临界场强时，附近气体的带电粒子发生局部游离，出现蓝色的荧光，并伴有放电响声，同时产生臭氧。这种现象叫做电晕[4]。对于定子线棒而言，最常见的是槽部电晕和端部电晕。随着我国经济的发展，能源问题日益严重。目前，只有核电，才是一种可以大规模使用的工业能源。大型核电机组将会出现一个长期、稳定和持续发展的新局面。核电机组设备制造的主要关键技术之一就是汽轮发电机27kv以上定子绕组主绝缘及防晕层的设计开发。而发电机定子绕组端部的连接处，更是绝缘的薄弱环节，尽管采

2、取了一系列措施(如防晕漆涂层和分级防晕层等)．仍是绝缘事故的多灾区。通常发电机绕组端部采用绑扎或压板结构固定，在运行中由于振动和摩擦使防晕层损坏时，会引起端部表面放电。由于发电机端部电场局部集中，一旦发生端部放电，将对发电机的绝缘产生很大的破坏作用。因此，有必要研究发电机端部电场理论，计算端部电场的分布，为进一步采取合理的绝缘结构和改进现有绝缘结构奠定基础。发电机防晕结构采用外防晕的形式，就是用不同电阻率的防晕带使线圈表面的电位梯度分布均匀。并且线圈不同部位，所用防晕带也不同。因为线棒出槽口处电场十分集中，最易发生电晕。因此，从槽口低

3、阻层开始包扎一定长度的防晕层，改善槽口的电场分布．提高槽口起晕电压。因此，有必要针对不同种类的防晕结构计算端部电场，调整防晕层的布置，优化电位分布。反过来，端部电场计算的结果也能指导防晕层的改进和优化。1.2国内外研究状况在大电机定子端部防晕结构的研究设计工作中，对端部一些容易发生电晕放电的区域可以用有限元法等方法计算其电场分布特性[5−7]，或用统计方法找出外界因素对电晕放电影响的规律[8−9]，从而来指导实际生产。但对于定子端部防晕层的理论研究来说，长期以来，都是用套管型结构电场的线性电容链或阻容链等效电路图，然后采用相量法[10

4、]，根据一定的边界条件，用解二阶线性常微分方程解析解的形式来解决带有固定阻值的防晕结构[11−17]。而对于SiC防晕结构，一般是从上述方法的基础上定性地说明SiC防晕涂层比固定阻值涂层的优越性。A.Kelen在1967年推出了确定非线性防晕层结构的经验公式，但比较粗糙[18]。1977年平林庄司等用半导体二极管（Diode）非线性特性模拟SiC的电阻特性得出一定的结论[19−20]。1980－1981年，哈尔滨大电机研究所刘上椿、李景富[21−23]用二分打靶法[24−25]在DJS-21计算机上计算了2上海交通大学硕士学位论文一段

5、和多段SiC防晕表面电位、电场分布的数值解，并用图解法完成了对防晕层的优化设计；1986年，谢恒堃等人用龙格－库塔法结合牛顿－拉夫逊法对用包含碳化硅在内的几种非线性材料做一段防晕处理的套筒型绝缘结构进行了电场数值计算[26]，和二分打靶法相类似，属于相量法范畴，即此种方法的出发点是认为如果激励源是交流正弦量，那么沿面各点的相应也是正弦量，且角频率和激励源相同；这种方法对大电机端部防晕结构理论设计有过很大的贡献，现在国内计算SiC防晕层的电位分布的数值解基本都是沿用此类方法[27]；但是这种方法还是有不足的，由于属于相量法范畴，那么就没

6、有充分考虑到碳化硅材料的非线性电阻特性，存在一定的方法误差。1984年，原武久[28]等人应用时间周期法对SiC防晕层进行求解，考虑了时间因素，也即考虑了碳化硅材料的非线性，在方法上很合理。1998年，刘瑛岩[29]等人在总结了电机定子线棒端部防晕层电场现行计算方法的不足基础上，解决了如何计算表面电场非线性控制的问题。采用暂态差分法求解防晕层电路模型，考虑了电路模型中碳化硅的非线性，比相量法更为合理，并在此基础上研讨了带有内屏蔽模型的端部防晕结构的电场计算，以解决对于带有内屏蔽结构的端部防晕结构的定量计算分析问题，用离散节点法解决带内

7、屏蔽防晕结构电场的计算问题。1.2用打靶法求解防晕层电位计算用打靶法计算防晕层表面电位时的电路模型如图1-1所示，参数说明如下：i代表第i段防晕层，U为相电压，0ρ对应i段防晕层的比表面电阻率，0iC为绝缘层比表面体积电容，β对应i段防晕层的非线性系数，L为每段防晕ii层的长度，ω为角频率。U0Ci图1-1打靶法计算电路模型Fig.1-1thecalculatecircuit根据图1-1，设距离铁心的x处的电位为U&，则有下式成立：x3上海交通大学硕士学位论文dU&&&(1-1)dU−βxxeI=−ρ⋅⋅dx0ixdx&&(1-2)d

8、Ix=−jwC⋅Uxdx对(1-1)式求导，经简化可以得到下式：dU&&&&&(1-3)dUdUdU2x2−βxxx=−jρwC⋅U⋅e−βdx0ixidxdxdx22将虚部U&写成实部和虚部的形式：xU&=U+jU(1