專利名稱：15.75kV級發(fā)電機定子多膠模壓減薄優(yōu)化結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型適用于額定電壓為15.75KV級發(fā)電機定子絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計，特別適用于大型汽輪發(fā)電機定子線棒制作。
背景技術(shù)：
按照發(fā)電機設(shè)計要求，大型電機定子鐵芯的槽為矩形，放入槽內(nèi)的線圈或線棒也選擇矩形截面，以便提高槽滿率。然而這種矩形截面導體的電場強度沿四周的分布是不均勻的，其4個角部電場強度高達6 9kV/mm，按照優(yōu)化設(shè)計要求，電機導體相對于鐵芯槽壁(即對地)絕緣厚度越薄越好，然而長期以來各發(fā)電機生產(chǎn)廠家始終沒有很好地解決這個角部場地強特高問題。設(shè)計時為了滿足4個角部的高場強要求，往往采用增加主絕緣厚度的方法。同時，角部電場畸變?nèi)菀滓鹁€圈端部電暈發(fā)生，造成線棒起暈電壓降低，機組運行時發(fā)電機定子線圈四角容易發(fā)生局放。目前國內(nèi)額定電壓為15.75kV級發(fā)電機定子單邊主絕緣厚度在4.8_ 5.2_之間，線棒最高起暈電壓僅能達到35kV，這不僅僅增加了主絕緣材料浪費，提聞了制造成本，而且影響到槽的利用率和電機整體性能的提聞。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，利用靜電場分析和有限單元計算法，找到改善線棒直部和端部電場分布均勻性的線棒制作工藝，降低線棒直部四角角部場強，使15.75kV定子線棒單邊主絕緣減薄至3.65mm,電場不均勻系數(shù)fm由3.0減少至1.26，工作場強達到2.49kV;定子線棒端部防電暈采用多級防暈結(jié)構(gòu)，起暈電壓達到50kV以上。本實用新型具有改善線棒角部電場分布效果明顯，在定子線棒主絕緣厚度明顯減薄的情況下，線棒的電氣性能得到提高。能有效預防發(fā)電機單根線圈或整機電暈發(fā)生。與容量等級的傳統(tǒng)發(fā)電機相比，主絕緣厚度減少了 24%，減小定子鐵芯硅鋼片、定子機座等原材料用量，使整機體積減小，降低了發(fā)電機的制造成本，從而提高了電機的技術(shù)經(jīng)濟指標。具有節(jié)能降耗的特點。本實用新型主要是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:15.75kV級發(fā)電機定子多膠模壓減薄優(yōu)化結(jié)構(gòu)，包括導體和絕緣層，導體的外圍包裹絕緣層，15.75kV級發(fā)電機定子的線棒為矩形截面，絕緣層包括主絕緣和附加絕緣，其特征在于:線棒的四角半徑設(shè)計為2.0mm，線棒的主絕緣采用云母含量為105±8g/mm2的多膠高粉紙云母帶，且厚度為3.65mm，定子線棒端部防電暈采用二段三級防暈結(jié)構(gòu)。所述的二段三級防暈結(jié)構(gòu)為:線圈出槽口處1/2疊包I層0.08X 25mm低阻防暈帶，低阻防暈帶的表面電阻為200 Ω 900 Ω，包扎長度為100-120mm ;然后再1/2疊包I層
0.18 X 25mm中阻防暈帶，中阻防暈帶的表面電阻為1.1 4.7 X IO11 Ω，包扎長度為120mm;最后1/2疊包I層0.18 X 25mm高阻防暈帶，高阻防暈帶的表面電阻為1.1 2.2 XlO13 Ω，包扎長度180mm ;其中高阻防暈帶、中阻防暈帶外層再1/2疊包I層0.14X25mm多膠粉云母帶作為附加絕緣；防暈帶之間的搭接長度設(shè)計為20_，搭接包扎采用迂回平包方式，使線棒出槽口處的不均勻電場，變?yōu)檩^均勻電場，起暈電壓達50kV以上。所述的中阻防暈帶、高阻防暈帶分別為全固化碳化硅非線性防暈材料。本實用新型是通過提高電氣強度、導體變圓和改善線圈內(nèi)部電場分配技術(shù)來增加邊緣半徑。利用靜電場分析和有限單元計算法，計算并分析最大電場強度出現(xiàn)在線圈角部45度射線上，要降低電場不均勻系數(shù)，必須降低d/r比值。所以增大導線圓角半徑r，減薄主絕緣厚度d才能有效降低線棒的最大電場強度，改善電場分布。采用等位層結(jié)構(gòu)，來降低線棒直部四角角部場強，使15.75kV定子線棒單邊主絕緣可以減薄至3.65mm,工作場強達到2.49kV ;定子線棒端部防電暈采用多級防暈結(jié)構(gòu)，起暈電壓達到50kV以上。使定子線棒絕緣厚度明顯減薄的情況下，線圈的各項性能得到提高。本實用新型采用等位層結(jié)構(gòu)，增大線棒四角半徑，降低線棒角部電場不均勻系數(shù)；選用高云母含量的云母帶做主絕緣，減薄主絕緣厚度，使主絕緣單邊絕緣厚度由傳統(tǒng)的
4.8mm 減薄至 3.65mm。

圖1為發(fā)電機線圈截面模型圖。圖中1-導體，2-絕緣層，r為圓角半徑，d為絕緣層厚度，U為絕緣所承受的電壓。圖2為額定電壓為15.75kV級定子線棒優(yōu)化三級防暈圖結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型進行詳細的說明:如圖1所示線圈截面模型，本實用新型包括導體I和絕緣層2，導體I的外圍包裹絕緣層2，導體I為銅線，15.75kV級發(fā)電機定子的線棒為矩形截面，絕緣層包括主絕緣和附加絕緣，線棒的四角半徑設(shè)計2mm，線棒的主絕緣為云母含量為105±8g/mm2的云母帶，主絕緣的厚度為3.65mm，定子線棒端部防電暈采用二段三級防暈結(jié)構(gòu)；如圖2所示，所述的二段三級防暈結(jié)構(gòu)為:線圈出槽口處1/2疊包I層0.08X25mm低阻防暈帶，低阻防暈帶的表面電阻為200 Ω 900 Ω，包扎長度為100-120mm ;然后再1/2疊包I層0.18X 25mm中阻防暈帶，中阻防暈帶的表面電阻為4.7X1011 Ω，包扎長度為120mm ;最后1/2疊包I層0.18X 25mm高阻防暈帶，高阻防暈帶的表面電阻為2.2 X IO13 Ω，包扎長度180mm;其中高阻防暈帶、中阻防暈帶外層再1/2疊包I層0.14X25mm多膠粉云母帶作為附加絕緣；防暈帶之間的搭接長度設(shè)計為20_，搭接包扎采用迂回平包方式，使線棒出槽口處的不均勻電場，變?yōu)檩^均勻電場，起暈電壓達50kV以上。所述的中阻防暈帶、高阻防暈帶帶分別為全固化碳化硅非線性防暈材料。本實用新型利用有限元計算軟件對定子線棒槽部電場進行計算和分析的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，得知線棒最大電場強度出現(xiàn)在角部45度射線上，電氣強度隨內(nèi)部導線圓角半徑增加而降低，隨線棒圓角半徑r的增加，角部不均勻系數(shù)fm減小，線棒瞬間擊穿電壓升高。同時我們發(fā)現(xiàn)雖然增大圓角半徑r可以有效降低電場不均勻系數(shù)fm，改善電場分布，而且圓角半徑越大效果越明顯，但是成型后的線棒四角半徑過大會影響槽利用率，也會給制造工藝帶來困難。最終通過一系列試驗，我們認為最佳四角半徑r為2.0mm時，主絕緣厚度減薄至
3.65mm，工作場強達到2.49kV，線棒各項性能有明顯提高。采用等位層結(jié)構(gòu)，不僅增加了線棒圓角半徑r，而且可以屏蔽由于導線換位引起的電場分布不均勻和換位處存在氣隙引起的介質(zhì)損耗增量增大的現(xiàn)象。實施步驟為:1)線棒膠化成型后，用砂帶將四角粗砂一遍。2)用工具粗修四角，再用工具細修成圓角r，注意不要破壞股線。3)在窄面換位股線修出若干接觸點。4)在窄面及圓角處涂刷半導體漆或覆墊半導體膠條，并在室溫下。如圖2所示，額定電壓為15.75kV級定子線棒優(yōu)化三級防暈圖。采用SiC非線性中阻防暈帶和高電阻防暈帶作為防電暈材料，碳化硅具有非線形電阻特性，其電阻率隨外施場強下降，具有調(diào)節(jié)場強的能力，使端部表面場強的分布比較均勻。設(shè)L為高電阻帶的繞組沿面方向的長度，將高電阻末端的電壓定義為Vmd，從分布常數(shù)模型中，可推出:
權(quán)利要求1.15.75kV級發(fā)電機定子多膠模壓減薄優(yōu)化結(jié)構(gòu)，包括導體和絕緣層，導體的外圍包裹絕緣層，15.75kV級發(fā)電機定子的線棒為矩形截面，絕緣層包括主絕緣和附加絕緣，其特征在于:線棒的四角半徑設(shè)計為2.0mm，線棒的主絕緣采用云母含量為105±8g/mm2的多膠高粉紙云母帶，主絕緣的厚度為3.65mm，定子線棒端部防電暈采用二段三級防暈結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的15.75kV級發(fā)電機定子多膠模壓減薄優(yōu)化結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的二段三級防暈結(jié)構(gòu)為:線圈出槽口處1/2疊包I層0.08X25mm低阻防暈帶，低阻防暈帶的表面電阻為200 Ω 900 Ω，包扎長度為100-120mm;然后再1/2疊包I層·0.18 X 25mm中阻防暈帶，中阻防暈帶的表面電阻為1.1 4.7 X IO11 Ω，包扎長度為120mm;最后1/2疊包I層0.18 X 25mm高阻防暈帶，高阻防暈帶的表面電阻為1.1 2.2 XlO13 Ω，包扎長度180mm ;其中高阻防暈帶、中阻防暈帶外層再1/2疊包I層0.14X25mm多膠粉云母帶作為附加絕緣 。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的15.75kV級發(fā)電機定子多膠模壓減薄優(yōu)化結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的防暈帶之間的搭接長度設(shè)計為20_，搭接包扎采用迂回平包方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的15.75kV級發(fā)電機定子多膠模壓減薄優(yōu)化結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的中阻防暈帶、高阻防暈帶分別為全固化碳化硅非線性防暈材料。
專利摘要本實用新型涉及一種15.75kV級發(fā)電機定子多膠模壓減薄優(yōu)化結(jié)構(gòu)，包括導體和絕緣層，導體的外圍包裹絕緣層，15.75kV級發(fā)電機定子的線棒為矩形截面，絕緣層包括主絕緣和附加絕緣，其特征在于:線棒的四角半徑設(shè)計為2.0mm，線棒的主絕緣采用云母含量為105±8g/mm2的多膠高粉紙云母帶，主絕緣的厚度為3.65mm，定子線棒端部防電暈采用二段三級防暈結(jié)構(gòu)。本實用新型與容量等級的傳統(tǒng)發(fā)電機相比，主絕緣厚度減少了24%,減小定子鐵芯硅鋼片、定子機座等原材料用量，使整機體積減小，降低了發(fā)電機的制造成本，從而提高了電機的技術(shù)經(jīng)濟指標，具有節(jié)能降耗的特點。
文檔編號H02K3/34GK203056721SQ20122072415
公開日2013年7月10日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者何智蓉, 陳勇, 陳永庚, 張利新, 毛薇, 錢靖 申請人:中國長江動力集團有限公司