上海大中型电机 ２０ｌ０．Ｎｏ．３ 大型水轮发电机定子线棒的局部内均压层结构研究 胡 波，梁智明，漆临生，皮如贵 （东方电气集团东方电机有限公司；四川德阳６１８０００） 摘要：通过对大型水轮发电机定子线棒和小面局部内均压层的结构分析，建立了相应的电路模型。 在此基础上计算了各特征参数与线棒的介质损耗之间的关系。结果表明，露铜点的间距、内均压层的表 面电阻率、主绝缘厚度、主绝缘的介电常数均与线棒的介损有关，同时该理论计算值与试验结果的趋势 具有较好的一致性。 关键词：水轮发电机；定子线棒；均压层；特征参数 一一 构进行分析。 １ 刖罱 大型发电机的单机容量与额定电压不断地提 高，给大电机的定子线棒提出了新的挑战。这不仅 表现在对单只线棒主绝缘的电气性能和耐电持久性 提出了新的要求，还对单只线棒的介质损耗及其增 量提出了更高的要求。这种情况下，在高压电机定 子线圈的换位面凹坑处采用低电阻材料作为内屏蔽 （均压）结构，可以均匀线圈内部场强、增大胶化线 图１ 定子线棒截面结构示意图 圈的导体截面、降低介质损耗及其增量，从而提高线 定子线棒在小面上的两露铜点之问的绝缘结构如 圈的电气性能。内均压结构可以分为局部小面内均 图２所示。假定所有露铜点均匀分布，任取一段ＭＮ 压层结构和全屏蔽内均压层结构。因为前者具有工 进行分析，ＭＮ两点的间距为 ，点Ｐ为其中间点 。 艺简单、技术和质量可靠等优点，所以目前世界上主 ５ 要发电机制造厂大多以这种结构为主 １］。 本文通过对大型水轮发电机定子线棒的局部小 面内均压层的结构分析，建立了相应的电路模型，并 在此基础上计算了各特征参数与线棒的介质损耗之 间的关系。同时考察了两个露铜点之间的间距、内 均压层的表面电阻率、主绝缘厚度、主绝缘的介电常 数对线棒介质损耗的影响。 １．两露铜点；２．导线；３．换位填充；４．内均压层；５．主绝缘 图２定子线棒两露铜点ＭＮ之间的 ２理论模型 小面内均压层结构示意图 在导线制造完成后，对其进行尺寸修整和角部 假设主绝缘的体积电阻、低阻内均压层的表面 处理后，在导线小面涂刷一层导电树脂，如图１所 电容与换位填充的体积电阻均可以忽略不计，则图 示。考虑到线棒大面上无内均压层且无股线换位， ２可以等效为图３（ａ）的分布式电路图。同时当 因此电场分布比较均匀，本文先对小面内均压层结 足够小且其阻抗远小于ｃ 的阻抗时，Ｃ。可以看作 一４８一 ２０１０．Ｎｏ．３ 大型水轮发电机定子线棒的局部内均压层结构研究 被 ，短路而忽略不计。因此，图３（ａ）的分布参数 式电路可以简化为图３（ｂ）的集总参数式电路。 Ｍ Ｎ （ａ）分布参数式电路 Ｐ ：上 ｌ ｋ 卜 ｅＩ 游 １ ｒＩ －． ｅ １ （ｂ）集总参数式电路 图３线棒两露铜点ＭＮ间绝缘的等效电路图 图中： Ｃ ——主绝缘单位长度的电容； Ｃ ——换位填充单位长度的电容； Ｒ ——内均压层表面电阻； ｃ——ＭＰ和ＮＰ两段主绝缘的并联等效电容； Ｒ——ＭＰ和ＮＰ两段内均压层的并联等效电阻。 根据图３（ｂ）的等效电路，有式（１）成立。 ｒ ＝ ＋ ｃ ＝ ／Ｒ 解式（１）可得式（２）： ＝ １＋ｊｗＣＲ 同时分析绝缘结构可知： Ｃ＝２ ＝２６ｏ Ｓ／ｄ ＝２ｓｏｓ Ａ（ ／２）／ｄ ｏ ，ＡＬ ／ｄ ＝ ＝扣 ＝ 式中： ｄ——主绝缘单面厚度 Ａ——线棒小面的宽度 ——内均压层表回电阻率 由式（２）、式（３）和式（４）得： ｌＵｃ ｌ＝Ｊ Ｉ＝＿＿＝ ＝ Ｉ ｌ √１＋（ｔｏＣＲ） ＝—＝二＝＿ｌ＝＝＝ｌ ｝ （５） √¨（ ） 因此，ＭＮ两点之间线棒小面沿轴向方向上的 表面电位分布总体呈现两头高中间低的趋势。假设 中点Ｐ两侧的绝缘结构完全相同，则该段距离上的 表面最低电位应出现在点Ｐ上，且其电压值可以由 式（５）计算得到。显然，该电压值与内均压层的表 ／ 面电阻率、两露铜点的间距和主绝缘厚度有关。 ｌ 、，正是由于小面内均压层上存在沿轴向方向上的 不同电位分布，所以小面内均压层将流过由该电位 差产生的阻性电流。而电路中总阻性电流包括流过 小面内均压层的阻性电流与流过主绝缘的阻性电 流。与小面内均压层结构有关的各参数的变化，都 将引起总电流中有功电流的变化，进而改变线圈的 介质损耗。 同时根据图３（ｂ）的串联电路模型，ＭＮ段线棒 小面绝缘的介质损耗因素可以由式（６）计算得到： ｔａｎ６。＝ｔａｎ６小面＝ ＣＲ＝ （６） 考虑到大面绝缘上无内均压层且电场分布比较 均匀，可以认为其介质损耗因素ｔａｎ８：为常数，则大 面和小面的合成介质损耗因素ｔａｎｔ￣可以根据复合 介质并联组合的等效计算公式计算得到，如式（７） 所示 ： ｎ （７） 十叼 式中： ｔａｎ ——线棒大面绝缘的介损； ｔａｎ６ ——线棒小面绝缘的介损； ——小面绝缘与大面绝缘的体积之比； ——大面绝缘介电常数与小面绝缘介电常数之比。 考虑到小面绝缘与大面绝缘具有相同的绝缘厚度 和绝缘长度，则 约等于导线宽度与高度之比ｎ，而 在数值上等于１。因此，式（７）可以简化为式（８）。 ｔａｒｔ￣＝ｔａｎ６２＋（ｔａｎ６１一ｔ ２） （８） ．．．——４９．．．—— ／Ｌ２、 上海大中型电机 ２０１０．Ｎｏ．３ 假设ｄ＝４ ｍｍ、ｔａｎｇ２＝１．０％和ｎ＝１，现对ｔａｎ６ 大。电阻率高（大于１０ ｎ）时，两露铜点的间距 与Ｐ 和 的关系简要计算如表１所示。 表１ ｔｎｒ￣（％）计算实例 对介损值的影响很大。这与试验结果的趋势比 较一致。 ～一∞一。一～ 一加 ｃ如卯如 如∞∞ Ｃ Ｃ Ｃ Ｇ ０ ａ １ 如∞∞∞∞ 如卯 ∞ 卯 （Ｃ Ｃ Ｇ Ｃ Ｃ ０ 卯 如如 如如 ； ｃ； 加如 Ⅺ ０ 加 ０ ０ ¨ Ｂ ∞ 瑚 同时还可以知道：当内均压层电阻率或两露铜 点间距过大或过小时，计算结果与试验结果相差较 ０ １０ １０ １０ １０ １Ｏ 大，这说明该理论模型不适于电阻率或露铜点间距 过大或过小的情况。 当内均压层电阻率过小或两露铜点间距过小 时，由式（５）可知，内均压层表面电位沿轴向方向上 几乎相同，小面内均压层沿轴向方向上基本没有的 阻性电流流过。此时ＭＮ段绝缘内的阻性电流主要 １０ 是由主绝缘的体积电阻产生的。因此，该电路模型 ３模拟试验 不再适用。 试验采用真机线棒，在线棒外面涂刷不同电阻 率的低电阻漆，在漆完全干燥后，测量损耗。外包扎 当内均压层电阻率过高或两露铜点间距过大 时，图３（ａ）中换位填充的体积电容ｃ 不能忽略，则 小面绝缘介损的计算不能再简化计算，显然本模型 不再适用。 ５结语 云母带，使得防晕层与测量电极隔开，在一定长度上 与电极接触，改变接触长度，测量其损耗。试验结果 如表２所示。 表２ ｔａｎ６（％）测量结果 （１）建立了大型水轮发电机定子线棒的局部 小面内均压层的理论模型，计算了各参数对线棒绝 缘常态介损的影响。 （２）在一定的范围内，计算值与试验值的趋势 具有较好的一致性。 （３）该理论模型不适于表面电阻率或露铜点 ４试验结果与讨论 间距过大或过小的情况。 参考文献 ［１］漆临生，梁智明，皮如贵．发电机定子线棒导线绝缘结构试验研 究［Ｊ］．绝缘材料，２００５，（３）：１９～２８． ［２］王绍禹，周德贵．大型发电机绝缘的运行特性与试验［Ｍ］．北 京：水利电力出版社，１９９２：５５～６Ｏ． 由表１和表２可知：当内均压层表面电阻率 和两露铜点的间距在一定的范围内（１０ ～１０ Ｑ、 ３００ ｍｍ），介损值基本没有变化；电阻率较低（小 于１０ Ｑ）时，两露铜点的间距对介损值影响不 信息点滴・ ・杨玉峰表示，现在提倡的“低碳转型”经济，其 关键性问题就是能源转型，能源的供给消费结构优 化和调整，要寄希望于新能源方面。目前国内在风 电、光伏太阳能等新能源方面的增长潜力巨大，而且 我国的水电接近全球总量的２０％，另外，生物智能、 国家发改委专家：中国新能源发展前景远大 “２０１０中国塑料产业论坛”上，国家发展和改革 委员会能源研究所副主任杨玉峰表示，中国经济的 增长潜力和空间巨大，我国的能源需求增长是有理 由的。西方一些国家对中国对能源需求的增长存在 着偏见，“中国能源威胁论”站不住脚。 一海洋能电等还处于研发阶段。中国的市场容纳能够 非常大，各种可再生能源和技术都有广阔发展前景。 ２０１ ００３０１ ５０一