百万千瓦级发电机端部电场分析

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1、上海交通大学硕士学位论文上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：欧阳鹏日期：2009年2月2日上海交通大学硕士学位论文上海交通大学学位论文原创性声明本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家

2、有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在_____年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密√。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：欧阳鹏指导教师签名：王建辉日期：2009年2月2日日期：2009年2月2日上海交通大学硕士学位论文第一章绪论1.1课题研究目的与意义随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，电力被全世界广泛应用。由于地理环

3、境的差异以及资源的局限性，汽轮发电机很快成为供应电力的最主要设备。汽轮发电机诞生以来，仅仅一百多年，到1997年，世界总发电量已达到约为11.8PWh⋅，单机容量在逐步增大。但为了保证大型汽轮发电机的安全运行，还是有很多关键性的问题需要解决，例如定子端部磁场计算方法，定子损耗分析方法，定子线棒换位技术等。在大型同步发电机运行中，在其构件中作用着电磁场、流体场、温度场和应力场。这些场的求解问题涉及到电磁场、流体力学、传热学和数值方法等各方面的理论知识。近年来，随着国民经济的持续快速发展，我国电力工业正处于

4、大电网与大机组平行发展的新阶段，全国总装机容量不断提高且不断有新电厂投建和运行。在火电方面，虽然有200兆瓦、300兆瓦、600兆瓦等级汽轮发电机组已相续成为电网的主力机组，但随着我国现代电机制造工业的发展，1000兆瓦汽轮发电机组已经研制成功，并已经投入运行。随着1000兆瓦特大容量汽轮发电机的研制成功及投入运行，对特大容量发电机的端部电场问题研究等一系列关键技术问题，在当前大电网、大电机安全、稳定和可靠运行的紧迫工程需求背景下，再一次列入电机制造行业的前瞻性研究专题，以推进“挑战与机遇”并存的现代大

5、电机设计与制造的新技术。当前，我国已经制造成单机容量百万千瓦级大型发电机。其定子线棒电压等级达到27千伏，对其定子线棒端部防晕结构提出了很高的要求，要求起晕电压更高、防晕长度更短。随着电压等级的提高，如何防止定子绕组产生电晕的问题日益被人们所重视。定子线棒是大电机最重要的部件之一。电机容量的提高在一定程度上取决于定子线棒的制造水平的提高。由于大电机定子线棒绝缘采用的是固体绝缘，或者说是固体－气体绝缘，这些气体即存在于固体绝缘之外，也可能局部存在于绝缘内部，这样，在交流电压的作用下，这些气体上因为相对较高

6、的电场强度就有可能发生局部放电或电晕[13]−。在定子线棒的出槽口、定子铁芯通风沟边缘以及定子线棒与槽壁间隙处，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

7、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

8、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