防晕结构对线圈性能影响研究.pdf

防晕结构对线圈性能影响研究王雨萌刘 洋白 洋(.哈尔滨电气动力装备有限公司哈尔滨 .黑龙江科技大学哈尔滨)摘 要:高压电机 级以上或高海拔电机的绝缘体系中要求线圈及绕组采用分段式防晕结构设计 然而防晕结构的存在与否对主绝缘的绝缘性能影响尚未有准确的数据说明 本文针对防晕结构的存在与否对高压电机的主绝缘的绝缘性能影响进行系统研究为高压电机的防晕结构包扎工艺设计提供了参考关键词:防晕结构绝缘性能高压结构中图分类号:文献标志码:编码:././.(.):.:引言在制造中为防止绕组嵌线时损伤主绝缘绕组槽部宽度尺寸总比铁心槽宽度小 以上 因此高压电机的定子绕组槽部外表面与铁心槽壁之间总有 以上间隙 电机运行时该间隙中的空气介质参与并构成定子绕组绝缘的一部分 一般情况下空气的介电强度低于固体绝缘材料的介电强度 当电机额定电压在 级以上或者处于海拔高、气压低的环境时气隙中最高场强高于空气中不均匀电场下的起晕场强 /线圈周围的空气有电离现象产生一般认为额定电压超过 的电机定子绕组周围需采用半导体材料使磁场分布均匀以减少电晕对定子绕组绝缘的影响提高电机使用寿命 然而同等额定电压下线圈绕组的防晕结构存在与否对主绝缘绝缘性能的影响情况尚未有准确的试验数据支撑本试验基于 级、主绝缘系统采用少胶真空压力浸渍工艺分别以非防晕状态和防晕状态的形式对高压电机定子绕组进行包扎 按照 绝缘结构系统评定标准通过对比线圈绕组的起晕电压、介质损耗、击穿电压、介电强度等参数考察防晕结构对线圈绝缘性能的影响 试验方案设计.原材料()防晕材料绝缘技术上海大中型电机.线圈绕组的主绝缘采用环氧少胶云母带结构通常情况下防晕结构选用的是全固化防晕带、多段式防晕带相互配合阶梯包扎这就要求防晕带有如下特点:线性半导体低阻防晕带的厚度小阻值均匀渗透性好与真空压力浸渍工艺相容非线性半导体高阻防晕带有良好的非线性特性目前高压电机定子防晕带普遍采用碳化硅防晕带 由于碳化硅微粉的典型非线性伏安特性不同电压下的电阻值不同可以满足线圈绕组不同部位的电场需求 因此可以改善线圈绕组的电场分布减少放电机会 我们采用线性半导体低阻防晕带作为试验线圈直线部位的防晕结构并搭接非线性半导体高阻防晕带作为线圈端部的防晕结构防晕带性能见表 表 防晕带性能指标项目名称单位线性半导体低阻防晕带非线性半导体高阻防晕带尺寸厚度 宽度 组成材料单位面积总质量/胶黏剂和填充物定量/玻璃布定量/机械性能拉伸强度/断裂伸率电性能表面电阻率()()主绝缘材料采用基础的生产用真空压力浸渍绝缘材料少胶云母带本次试验线圈采用含有高定量鳞片粉云母纸的玻璃纤维布单面补强少胶云母带和薄膜单面补强的少胶粉云母带交替包绕方式 少胶云母带具有云母含量高、抗切通性优、胶含量低、渗透性强、不分层、不飞粉、不污染环境等优点且该云母带的高抗张强度有利于机包其性能见表()浸渍树脂电机定子绕组采用整体真空压力浸渍无溶剂高纯度环氧浸渍树脂工艺作为浸漆工艺 该工艺简化了线圈制造工艺便于嵌线绕组云母含量增大可获得无气隙绝缘提高了绕组绝缘的电气性能绕组整体性好有利于绕组固定增强了抗机械应力和电磁力的性能绕组绝缘均匀与铁心接触紧密可提高热稳定性和导热性并可以减薄绝缘厚度提高绝缘的耐环境能力降低成本等确保电机运行更可靠更安全该工艺要求浸渍树脂具有黏度低、饱和蒸汽压小、不易挥发、固化后具有优异的机械强度、电气性能和耐热性浸渍漆性能指标见表 表 云母带的性能指标名称单位环氧玻璃少胶粉云母带环氧聚酯薄膜少胶粉云母带标称厚度.云母定量/胶含量(含促进剂)聚酯薄膜定量/玻璃布定量/干燥总质量/挥发物含量.拉伸强度/介电强度/.绝缘结构设计 级主绝缘电机所处的环境和电压限制不仅要求主绝缘结构具有足够的电气强度和机械强度还应具备良好的耐电晕性、耐油性、耐潮性、较高的热传导性和耐热性 不仅如此 主绝缘还须在电场、温度场、频繁启动等复杂因素作用下具备优异的耐老化性 为此选择以 级、绝缘结构、层主绝缘系统为试验绝缘结构是比较有代表.防晕结构对线圈性能影响研究绝缘技术性和说服力的基于上述系统我们采用环氧聚脂薄膜少胶粉云母带和环氧玻璃少胶粉云母带为主绝缘材料采用真空压力浸渍的方式 分别考察非防晕状态和防晕状态下线圈的绝缘性能以此判断防晕结构对线圈绝缘性能的影响 见表 图、图、表 所示表 无溶剂环氧酸酐浸渍树脂性能项目名称单位指标值黏度流出时间 旋转黏度 体积电阻率常态()室温浸水 介质损耗因数常态()()耐电痕化指数()电气强度常态室温浸水 /表 非防晕绝缘结构设计部位名称使用材料名称规格/用法层数槽部主绝缘环氧玻璃少胶粉云母带.半叠绕环氧聚酯薄膜少胶粉云母带.半叠绕保护带无碱玻璃纤维带.半叠绕端部主绝缘环氧玻璃少胶粉云母带.半叠绕环氧聚酯薄膜少胶粉云母带.半叠绕保护带单面透气保护带.半叠绕图 非防晕结构线圈包扎图图 防晕结构线圈包扎图表 带防晕绝缘结构设计部位名称使用材料名称规格/用法层数槽部主绝缘环氧玻璃少胶粉云母带.半叠绕环氧聚酯薄膜少胶粉云母带.半叠绕防晕层线性半导体低阻防晕带./绕端部主绝缘环氧玻璃少胶粉云母带.半叠绕环氧聚酯薄膜少胶粉云母带.半叠绕防晕层非线性半导体高阻防晕带.半叠绕非线性半导体高阻防晕带.半叠绕附加绝缘环氧玻璃少胶粉云母带.半叠绕保护带单面透气保护带.半叠绕绝缘技术上海大中型电机.试验线圈制作根据/高压交流电机定子线圈及绕组绝缘耐电压试验规范要求采用与实际生产一致的工艺流程绕制试验线圈并按绝缘结构设计要求包扎非防晕状态和防晕状态试验线圈样品见图 和图 所示图 非防晕结构试验模拟件图 带防晕结构试验模拟件.常规电气性能试验对试验模拟件做起晕电压(见图)、介质损耗角、交流击穿等性能试验图 起晕电压试验 ()线圈起晕电压试验从表、图 可知由于试验条件限制当试验电压达到 时达到了试验变压器的最高安全量程而在 时带防晕试验模拟件仍没有发生放电现象 满足标准规定达到了预期目标所以我们认为带防晕试验模拟件起晕电压高于 表 试验线圈起晕电压试验试验线圈编号起晕电压/中规定 目标值 实测值备注.带防晕非防晕图 起晕电压试验图()线圈介质损耗试验从图、表 可知非防晕试验模拟件热态介质损耗明显增大图 热态介质损耗试验图表 试验模拟件介质损耗角试验数据线圈号室温()().备注 上.下.上.下.上.下.带防晕.防晕结构对线圈性能影响研究绝缘技术表(续)线圈号室温()().备注 上.下.上.下.上.下.非防晕 ()交流击穿电压试验从表、图、图 可知非防晕试验模拟件电气强度小于防晕试验模拟件表 试验线圈电气性能线圈号击穿电压/介电强度/()备注 上.下.上.下.上.下.带防晕 上.下.上.下.上.下.非防晕图 交流击穿试验图图 电气强度对比图 试验结果分析.试验数据分析由线圈起晕电压试验结果分析可知:带防晕结构的试验模拟件起晕电压均可达到 以上 而非防晕结构的试验线圈起晕电压均没有达到最低目标值 /高压电机定子线圈技术条件标准中规定的起晕电压指标值 带防晕结构的试验模拟件起晕电压实测值高于标准值 倍以上相当于指标值 而非防晕结构的试验线圈起晕电压的实测值仅仅略高于标准值相当于它的 该结果表明带防晕结构的试验模拟件对于实际运行中产生的起晕现象留有足够的裕度可以很好的保护主绝缘结构避免电晕现象产生介质损耗角是反映高压电气设备绝缘性能的重要指标介质损耗角的变化可以反映绝缘受潮变质或气体放电等绝缘缺陷 由线圈介质损耗试验结果分析可知:在介质损耗试验中两种线圈介质损耗值都达到了/高压电机定子线圈技术条件标准中规定的要求且常态介质损耗实测值带防晕结构和非防晕结构的数值相差不大但在 条件下非防晕结构模拟件热态介质损耗高出防晕结构模拟件介质损耗 即非防晕结构模拟件中单位体积内能量损耗高于防晕结构模拟件 倍以上 该结果表明在长期运行中带防晕结构的绕组绝缘老化速度低于非防晕结构的老化速度可保证电机使用寿命由线圈击穿电压试验结果分析可知:防晕结构对于击穿电压的影响不是特别明显但对于介电强度的影响相对较大即当电场足够大时非防晕结构模拟件产生的电子游离累积量更迅速更容易在绝缘体中形成导电通道.原理分析电晕是一种局部游离的辉光放电现象 在电晕放电过程中流柱会不断熄灭和重新爆发出现放电的脉动物理现象在电晕产生过程中空气也发生化(下转第 页)绝缘技术上海大中型电机.序改变引起状态切换出现速度偏移故障 后续改进措施针对 模块损坏造成的档位失灵故障 由于 模块使用已超过 年桥机内各设备定期维护时极少会对 模块进行拆解、检查 为确保设备安全、稳定运行计划对所有 模块进行整体更换并每隔数年开展一次彻底的拆解、检查工作针对 程序中变频器数据变化的故障 为避免类似故障发生已重新制定了相关管理规定严禁随意连接设备程序工作中确有必要时只能连接并实时监测同时连接程序时至少两人在场专人监护不得对程序进行修改 结论桥机是一种应用极其普遍的起重作业设备 随着社会发展和技术进步 模块化控制起重设备越来越普遍 模块具备高可靠性和稳定性是未来的发展趋势 模块故障率低但影响面广一旦出现故障轻则局部设备不可用重则整套设备停运需要加以重视 程序是设备正常运行的核心在没有人为干预的情况下能一直保持稳定运行 程序故障往往是人为因素导致因此需要加强人员管理从源头上杜绝 程序被擅自修改的可能性参考文献 王凤良郭春洁.数控机床 模块的故障诊断及排除方法.制造业自动化():.向勇.自动控制技术在变频器中的应用.技术与市场():.隋术山.模块损坏事故的原因分析.冶金动力():.张建国赵晨晖陈红俊等.小心 程序中的隐形炸蛋.工业控制计算机():.作者简介:黄世超男 年生 年学士本科毕业于华北电力大学电力工程系电气工程及其自动化专业工程师从事高压电力设备检修维护相关工作(上接第 页)学反应产生臭氧及氧化氮等产物引起绝缘腐蚀在反复的不断的物理现象和化学反应过程中逐步导致绝缘发生劣化最终发生实质性击穿 所以电晕是对绝缘的一种慢性击穿为了保护绝缘寿命减小绝缘老化速度在高压电机设计和制造阶段会采取必要措施均匀电场提高起晕电压预防电晕产生介质损耗测量能反映电机绝缘的材料特性检查绝缘的吸潮和老化情况 电机运行过程中发热是必然的热态介质损耗的数值更能代表电机运行过程中绝缘材料的真实性能情况 线圈绕组电晕的产生使介质损耗增大表明绝缘系统的无功功率增大该无功功率以热量的形式消散另一方面电晕产生的电腐蚀会加速绝缘系统的老化介质损耗相对较大 所以为了降低线圈运行过程中的温度保证绝缘寿命电机绕组的介质损耗应足够的小 结论随着电压等级的升高海拔增加如果不进行相应的防晕措施起晕电压裕度由 减至 容易产生电晕击穿 热态介质损耗值明显增大随着电机的运行电机定子绕组如果不进行防晕绝缘老化速度提高电机寿命降低 在生产和设备运行过程中极易导致主绝缘击穿从而使电机发生事故 综上所述带防晕结构的主绝缘系统更能保证高压电机正常运行或在高海拔情况下运行的安全性和可靠性参考文献 卢春莲.高压电机定子线圈防晕材料及防晕结构发展现状.绝缘材料():.李振海.高压电机新型防晕材料、防晕结构及应用的研究.上海大中型电机():.赵李江.发电机起晕试验和现场防晕处理.浙江电力():.赵晓旭石霄峰赫欣.整浸高压电机用防晕结构设计及防晕材料研究.电机与控制学报():.作者简介:王雨萌女 年生毕业于哈尔滨理工大学电气工程及其自动化专业现任哈尔滨电气动力装备有限公司主要从事电机绝缘结构设计.某电厂桥机运行过程中间歇性停运及不同步现象研究运行与维修