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2026kV级发电机定子线棒端部部防晕结构研究.pdf96页
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20一26kV级发电机定子线棒端部防晕结构研究
我国正在研制开发1000MW级的汽轮发电机和778MW的三峡水轮发电机，这
些大容量、高电压等级的发电机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，这就使得设计和制造合理的电机定子端部防晕结
构很有意义，本文对电机定子端部防晕结构进行了系统的理论和实验研究。
向 电机定子端部防晕结构的优化设计需要借助于对电机端部防晕结构电场分
布的计算和合理的优化算法。由于在碳化硅防晕结构计算模型中有非线性电阻元
存在明显的方法误差，在充分考虑了碳化硅材料非线性特性的基础
首次提出用暂态差分法来计算碳化硅防晕层表面电场分布，与实验数据相
的结果证明暂态差分法比相量法的准确度高。在此基础上又研究了内屏蔽和表
面防晕层复合防晕结构的表面电场分布计算，解决了由于电机定子线棒尺寸和边界
问题所带来的计算上的难点。这些计算的实现为优化设计打下基础。
侮对在防晕结构优化设计中存在影响因素多、考核指标多的难点，本文提出了
一个新的优化目标函数，将衡量防晕效果的三个指标最大电场强度E.-、防晕层末
端与线棒导体电位差Vd和最大损耗密度W-有机地结合起来:并将遗传算法成功
地应用到碳化硅防晕结构的优化设计上，解决了难于用传统算法进行优化的问题，
运算结果表明，遗传算法具有较高的运算效率，并在理论上证明缩短防晕层长度的
在理论优化设计的基础上，本文对不同配方的碳化硅防晕带电性能进行了
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发电机定子线棒绝缘烧损原因及对策
来源：　　【】　
　　3.2冷却系统散热能力不足　　3台发电机事故点及电腐蚀严重区域都处于定子线棒上游侧段，而线棒下游侧段无异常，说明事故及线棒烧损的区域存在规律性。从事故及线棒烧损区域可以发现其处于冷却风道的后段，而冷却风在此段温度已升高，冷却能力相对下降，此区域为定子高温区域。由于在常温附近电介质的热劣化随温度升高而劣化作用加大、劣化速度加快，因此这个区域绝缘劣化速度比其区域快且强烈，造成事故和烧损集中于此区域发生。同样，若定子端部焊接有缺陷而导致发热时，则上游侧开焊事故机率远大于下游侧。造成风冷系统冷却能力不足的原因有：1）由于设计缺陷造成局部放电较为强烈，对定子发热量和温升估计不足；2）冷却系统设计有缺陷。由概况介绍中可知，定子内未设计通风道，定子铁芯内部散热不够，造成热量积累。因冷却风量不足，导致冷却风在风道后段温度过高；3）冷却风到达风道末段后，有风机的强迫抽取作用，由转子磁极间隙和气隙流出的气流直接被风机抽走，上游侧定子端部与灯泡体间局部范围内气流量很小，加上冷却风温度升高等因素使得上游侧定子端部冷却条件差。　　3.3机械力作用加剧绝缘破坏　　发电机定子线圈在运行中一旦松动，在机械振动和电磁振动作用下会使主绝缘磨损，造成线圈损坏引起短路和接地故障。检查中发现上游侧线棒与槽壁间有0.3～1mm间隙，线棒松动，可以断定存在振动损伤主绝缘的危害。由于机组线棒振动最剧烈的部位是线棒的端部，使得线棒的槽口段破坏加速，在槽口发生事故机率比在槽内大得多。因此可以很好地解释为什么事故都发生在线棒槽口。分析发电机线棒松动的主要原因有：1）上游侧线圈、槽楔及槽内各间隙填充的硅橡胶等长期处于高温运行中，逐渐收缩；2）3.1所述叠片公差过大等结构设计缺陷；3）长期的局部放电造成绝缘层及硅橡胶的收缩和劣化。　　3.4运行环境不良　　灯泡贯流式机组最大的特点是整个机组浸于水下，外壳四周充满河水，机组结构紧凑且封闭。当机壳内温度高于河水，且空气湿度较大时（我国南方天气正有这个特点），就很容易在机壳内腔结露。这种结露在运行中较难发生且影响不大，一旦停机时间较长，就可能结露使发电机受潮，大大降低了发电机的绝缘。ELIN公司的机组设计有防结露设施，但效果不佳，经常在机组停机时，发现有结露现象。另外，由于电站直供了几家冶炼厂和化工厂的电力，而这些厂家未对其所产生的工业谐波加以治理。经权威部门测试发现，谐波指标严重超标，超标谐波主要有3、5、7、11次。这些谐波直接侵入机组，加大了发电机的附加损耗，对发电机绝缘劣化也有一定作用。　　分析上述几方面原因，其中线棒绝缘设计缺陷和冷却系统冷却能力不足是造成事故和线棒烧损的内在因素，机械破坏作用和不良运行环境加速和加剧了事故和线棒烧损的形成。　　4对策　　4.1改造定子绕组　　由于故障与槽绝缘结构和引出线接头等设计不合理有很大关系，在国内寻找替代厂商进行优化设计，逐步更换定子绕组。通过改变槽内绝缘结构，改进线棒端部接头焊接结构，改变焊接工艺（如采用银铜焊）等，从内在结构上消除或减弱故障产生内因。　　4.2改造发电机冷却系统　　由于冷却能力存在不足，因此有必要对冷却系统进行改造。因定子改造短期内难以实现，考虑到更换部分烧损严重的线棒和加固松动的线棒后，发电机在运行条件良好的情况下还能正常运行，应先改造冷却系统，以少的投入，使机组产生最大效益。主要改造措施：1）增大风机容量或增加风机，加大通风量；2）改造或增加水空冷却器，增强其冷却能力；3）改变冷却风流向，将风向逆转，改由从定子上游侧注入，改善上游侧线棒的冷却性能，延长线棒使用寿命；4）改变风向后在定子下游侧增加离心风扇，改善下游侧端部散热性能。　　4.3加强对机组的监测　　增加在线监测设备，对机组运行情况及时掌握。特别是要增加测温设施，在定子两端增加测温设施，加上原有定子中部的测温装置，对运行中的定子温度进行监测比较；增加冷却风道末端风的温度监测设施，对冷却风首端风和末端风的温度进行监测比较。　　4.4改善发电机运行环境　　先是要治理好工业谐波（目前已完成）。再是要降低机组结露的危害。为减轻结露对机组的影响，在原有的基础上增加三台除湿机，有效降低空气湿度。在机组停机时间较长后，对机组采取一定的干燥措施。　　参考文献　　[1]刘云。《水轮发电机故障处理与检修》。北京：中国水利水电出版社，2002.　　沙锡林，等。《贯流式水电站》。北京：中国水利水电出版社，1999.　　邱毓昌，等。《高电压工程》。西安：西安交通大学出版社，1995.　　钟步青。电机的风扇与冷却。电机技术，2003，（3）：26－29.&&&2&&&
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灯泡式贯流机组定子线棒端部破裂分析
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