專利名稱：15.75kV級發(fā)電機(jī)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(shí)用新型適用于額定電壓為15.75KV級發(fā)電機(jī)定子絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，特別適用于大型汽輪發(fā)電機(jī)定子線棒制作。
背景技術(shù)：
按照發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)要求，大型電機(jī)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(dǎo)體的電場強(qiáng)度沿四周的分布是不均勻的，其4個角部電場強(qiáng)度高達(dá)6 9kV/mm，按照優(yōu)化設(shè)計(jì)要求，電機(jī)導(dǎo)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(jī)生產(chǎn)廠家始終沒有很好地解決這個角部場地強(qiáng)特高問題。設(shè)計(jì)時為了滿足4個角部的高場強(qiáng)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(jī)組運(yùn)行時發(fā)電機(jī)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(jī)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(dá)到35kV，這不僅僅增加了主絕緣材料浪費(fèi)，提聞了制造成本，而且影響到槽的利用率和電機(jī)整體性能的提聞。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)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(jì)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(qiáng)，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(qiáng)達(dá)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(dá)到50kV以上。本實(shí)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(yù)防發(fā)電機(jī)單根線圈或整機(jī)電暈發(fā)生。與容量等級的傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)相比，主絕緣厚度減少了 24%，減小定子鐵芯硅鋼片、定子機(jī)座等原材料用量，使整機(jī)體積減小，降低了發(fā)電機(jī)的制造成本，從而提高了電機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。具有節(jié)能降耗的特點(diǎn)。本實(shí)用新型主要是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:15.75kV級發(fā)電機(jī)定子多膠模壓減薄優(yōu)化結(jié)構(gòu)，包括導(dǎo)體和絕緣層，導(dǎo)體的外圍包裹絕緣層，15.75kV級發(fā)電機(jī)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(jì)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?jiān)颇笌В液穸葹?.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(jì)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(dá)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(shí)用新型是通過提高電氣強(qiáng)度、導(dǎo)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(jì)算法，計(jì)算并分析最大電場強(qiáng)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(dǎo)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(qiáng)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(qiáng)，使15.75kV定子線棒單邊主絕緣可以減薄至3.65mm,工作場強(qiáng)達(dá)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(dá)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(xiàng)性能得到提高。本實(shí)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(jī)線圈截面模型圖。圖中1-導(dǎo)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(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的說明:如圖1所示線圈截面模型，本實(shí)用新型包括導(dǎo)體I和絕緣層2，導(dǎo)體I的外圍包裹絕緣層2，導(dǎo)體I為銅線，15.75kV級發(fā)電機(jī)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(jì)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(jì)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(dá)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(shí)用新型利用有限元計(jì)算軟件對定子線棒槽部電場進(jìn)行計(jì)算和分析的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得知線棒最大電場強(qiáng)度出現(xiàn)在角部45度射線上，電氣強(qiáng)度隨內(nèi)部導(dǎo)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(yàn)，我們認(rèn)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(qiáng)達(dá)到2.49kV，線棒各項(xiàng)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(dǎo)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(shí)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(xì)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(diǎn)。4)在窄面及圓角處涂刷半導(dǎo)體漆或覆墊半導(dǎo)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(qiáng)下降，具有調(diào)節(jié)場強(qiáng)的能力，使端部表面場強(qiáng)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(jī)定子多膠模壓減薄優(yōu)化結(jié)構(gòu)，包括導(dǎo)體和絕緣層，導(dǎo)體的外圍包裹絕緣層，15.75kV級發(fā)電機(jī)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(jì)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?jiān)颇笌?，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(jī)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(jī)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(jì)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(jī)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(shí)用新型涉及一種15.75kV級發(fā)電機(jī)定子多膠模壓減薄優(yōu)化結(jié)構(gòu)，包括導(dǎo)體和絕緣層，導(dǎo)體的外圍包裹絕緣層，15.75kV級發(fā)電機(jī)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(jì)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?jiān)颇笌?，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(shí)用新型與容量等級的傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)相比，主絕緣厚度減少了24%,減小定子鐵芯硅鋼片、定子機(jī)座等原材料用量，使整機(jī)體積減小，降低了發(fā)電機(jī)的制造成本，從而提高了電機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，具有節(jié)能降耗的特點(diǎn)。
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(tuán)有限公司