文档介绍：第十四章发电机定子绕组绝缘试验
第一节定子绕组绝缘结构
一、概述
定子绕组是发电机的关键部件,发电机运行的可靠性和寿命很大程度上取决于定子绕组的绝缘。定子绕组绝缘主要指股间、匝间(框式线圈有匝间绝缘,条式线圈无匝间绝缘)、排间和对地主绝缘。不同的绝缘材料及不同的制造工艺将形成不同的绝缘结构。就定子绕组的主绝缘而言,主要有虫胶云母烘卷绝缘、沥青云母浸胶绝缘和环氧粉云母绝缘三种。由于后者的耐电、耐热、机械性能和抗腐蚀性能都比前两者好,且粉云母的来源也易解决,故目前高压大型发电机基本上都采用环氧粉云母绝缘。
二、定子绕组的主绝缘
将云母片用虫胶漆粘贴在整张纸上而制成云母箔,然后将云母箔在热态下卷烘到绕组的直线部分上去,故称为虫胶云母绝缘或套筒式绝缘。端部用黄腊布带或黑腊布带缠绕。此类型的绝缘工艺较简单,槽部绝缘厚度较薄。但其主要缺点是:由于直线部分与端部分别采用两种不同的绝缘材料与工艺过程,其搭接部位必然有接缝,因此这里的击穿电压较低,且易老化。所以这种绝缘最薄弱的环节是烘卷绝缘与端部绝缘的交界部位。
目前我国运行中采用这种绝缘的发电机已为数甚少。
沥青云母绝缘是以纸或绸为衬底,沥青为黏合剂,、宽度为25mm的云母带,以半叠绕方式连续缠绕在定子线棒的槽部和端部,因此这种工艺结构为连续式绝缘结构,它消除了虫胶云母烘卷绝缘存在接缝的这一弱点,所以击穿电压彼此接近。其缺点是线棒角部的云母带由于不易缠绕均匀,使该部位绝缘较薄弱。另外,沥青为热塑性材料,软化点较低,而纸、绸也都是耐热性较低的有机纤维材料,致使沥青云母带绝缘的耐热等级仅为A级(105℃),没能把耐热等级为180℃以上的无机绝缘材料云母的优越性充分发挥出来,而且当温度较高时机械强度也较低,这就限制了它在大容量发电机上的使用。
60年代以来,国内外已逐渐以环氧粉云母绝缘(俗称黄绝缘)来代替沥青云母绝缘。这种绝缘从结构上看也属于连续式绝缘,但材料上有了改变,是用耐热性、机械性能都较好的环氧树脂(或加聚酯树脂等)“热弹性胶”来代替沥青作为粘合剂,以粉云母纸作为基本材料代替片云母,并以玻璃丝带代替纸、绸作衬底,做成环氧云母带,在固化成形的股线束上连续包绕到要求尺寸,然后经模压或液压或经真空压力浸渍而制成。这种绝缘的击穿场强比沥青云母绝缘明显提高,如图14-1所示。而且其整体性好,机械强度、耐热性抗化学腐蚀能力都有提高,高电压下的介质损耗也明显减少,如图14-2所示。因此,目前被广泛应用于大型发电机中。
三、定子绕组绝缘的基本性能
定子绕组绝缘结构应具有该型发电机所要求的耐热等级、足够的耐电强度、优良的机械性能和抗电晕腐蚀的能力,以确保在长期使用中能安全可靠地运行。
运行中的发电机其绝缘损坏的原因之一常常来自于热老化,即在长期较高的工作温度条件下,引起绝缘材料性能不可逆地劣化,如绝缘变脆或由于热膨胀造成的绝缘分层、开裂等,使其丧失机械强度,因此要求绕组的绝缘在其工作的年限里和所承受的最高温度下,仍能保持一定性能。
大型发电机定子绕组绝缘一般都采用B级或F级耐热等级的绝缘材料,由于绕组绝缘的寿命随温度的升高呈指数下降,如图14-3所示,所以运行时绕组绝缘中最热点的温度不得超过如下规定:
B级绝缘 130℃;
F级绝缘 155℃。
绝缘的耐电强度主要以击穿电压的水平来衡量,发电机在运行过程中,绝缘要长期承受交流工作电压的作用。此外,还可能遇到短时的过电压。在这些电压作用下,在绝缘内部的空气隙里、绝缘表面(特别在出槽口及通风沟处)、绝缘与铁芯槽间的空气层里,都可能发生局部放电。而长期的局部放电所引起的热、电、化学腐蚀等联合作用,将会使绝缘迅速老化,耐电压水平不断下降,以致可能在过电压或试验电压下击穿,甚至可能在工作电压下发生击穿。因此定子绕组绝缘需要具有足够的耐电强度。
定子绕组绝缘在制造及运行过程中总要受到各种机械力的作用而造成绝缘的损伤和变形,在这种情况下仍要求其绝缘的耐电强度不应有明显的降低。
定子绕组绝缘在制造、检修及运行中机械作用力会来自于很多方面,如:线棒从开始制造到制成成品直至嵌入槽内的一系列工序过程中,绝缘要多次受到较大的弯曲应力;运行中随着发电机的起停机,绕组绝缘会受到因线棒导体的热胀冷缩而产生拉伸或挤压的热应力作用;运行在交变场中的定子绕组还要受到周期性的电动力作用;在短路故障时,由于产生强大的冲击电流,而使定子绕组槽部和端部受到强大电磁力的作用。由此可见,如果绕组绝缘的机械强度不够和机械固定松弛,在各种力的作用下,将会在不同程度上造成绝缘的损坏