大型發電機定子繞組絕緣性能影響因素解析

摘 要：經濟的發展以及科技的進步使得發電機定子繞組絕緣領域在原有的基礎上得到了很大的發展。同時，發電機定子繞組絕緣領域領域的發展也為我國經濟的發展做出了巨大貢獻。隨著人們對于發電機定子繞組絕緣領域的重視，發電機定子繞組絕緣領域中的各項技術也得到了提高。因此，對于發電機定子繞組絕緣領域的研究有著十分重要的意義。文章主要闡述了定子繞組絕緣事故發生的原因，然后分析了對定子繞組絕緣性能產生影響的主要因素，希望通過文章分析，能夠在定子繞組絕緣性能的研究領域提出一些有價值的參考意見。

關鍵詞：大型發電機；定子；絕緣性能；繞組

1 定子繞組絕緣故障發生的原因

當發電機定子繞組絕緣保護組織遭到破壞時必然導致端部出現短路故障，直接引發銅導體液化與絕緣材料炭化并生成導電性的物質，最終導致多處短路事故的發生。導致此類事故發生的主要原因是防暈層發生破損、安裝過程中的金屬遺留物引發絕緣繞組受損、出槽口線圈破損、振動磨損、斷股事故、滲水、漏水、堵水和斷水等故障。

2 影響電機定子繞組絕緣性能的因素

2.1 線棒制造質量及結構

2.1.1 定子導線。定子槽內導線對其絕緣性能影響的主要成因是在定子槽內因為位置差異導致其繞組產生電勢大小不同，與此同時因為位置差異還導致了電磁感應產生的電勢差大小不同，從而出現了定子繞組間的電勢差。電勢差存在必然出現電流流動，直接影響了繞組的絕緣性能，進而出現了短路等電機故障。解決這個問題的根本做法是減小或者消除電磁線之間的電位差，減少定子線圈內部渦流發熱引起的附加損耗，對高額定電壓的定子線圈在槽內采取羅貝爾換位方式進行編制導線。

2.1.2 主絕緣包扎。主絕緣包扎對定子絕緣性能影響的主要因素有三個，分別是導線角部云母帶彎曲、線棒角部云母帶打褶和絕緣層中云母帶褶皺。通過文獻查閱和相關實驗對云母帶彎曲狀態和其擊穿強度進行研究，表明電樹能穿透所有彎曲半徑小于2mm的云母帶，所以在包扎絕緣過程中，導線角部半徑應該大于2mm。

2.1.3 主絕緣固化工藝。關于多膠模壓定子繞組絕緣組織，其熱壓成型工藝比較完善，但是該工藝的成品對季節變化和氣候特征反應比較敏感。氣溫高低和空氣中的潮濕度，對膠的體積變化影響非常大。這就使得同一個工藝參數在不同季節生產出的產品絕緣性能有所不同，有時會出現主絕緣發空的狀況。

對于這種情況，要注意在主絕緣固化成型的加工工藝當中，必須根據季節和具體的室溫條件，對工藝參數進行調整，盡量減少因為客觀生產環境變化對膠的體積影響而出現主絕緣發空情形。常用的方法是應用少膠真空浸漆絕緣生產工藝，通常情況下分兩步進行，首先是將線棒進入漆液當中，等到其絕緣漆形成固體定性完成后，再進行防暈漆的涂刷工作。此處需要注意直線和端部采用不同的工藝方法來處理，直線部分用模具壓制效果最佳，而端部通過包扎和熱縮帶進行工藝操作質量更好。

2.1.4 因機組額定電壓等級及海拔高度不同，機組采用的防暈結構也不同。如三峽水電站的機組就有兩種不同的防暈結構，國內主要是對線棒端部采用傳統的半截結構，如圖1，即端部高阻防暈層末端離引線有一定的放電距離，該結構適用于定子繞組接頭封閉在灌注絕緣膠的絕緣盒內結構。

圖1 國內傳統的防暈結構示意圖

2.2 繞組表面狀況

當繞組表面清潔程度不夠，其上的污物也會導致其絕緣性能受損。由于污垢對于繞組表面有一定的腐蝕性，在污垢侵蝕的條件下其絕緣組織會受到破壞，其導體會暴露在空氣當中，這時候某些污物還能夠充當導電液體，當電流經過時出現電子定子繞組表面的漏電現象。

對于這種現象，影響其放電程度大小的主要是污染物的成分，如果污染物是良好的電介質溶液其漏電的危險性會增大。對此，首先，要做好電機定子繞組的清潔工作；其次，在繞組絕緣材料選擇當中導電性比較低的材料，例如，脂環族樹脂材料，其主要優點是在漏電環境下的降解速率不高。

3 繞組絕緣局部放電

為避免定子繞組絕緣出現局放問題，設計及制造時應考慮以下技術要求：F級絕緣體系應該運行在B級溫度以下，或保證主絕緣電場強度在2.5kV/mm；控制好線棒的尺寸，槽內相鄰的線棒其防暈段要匹配，并保證端部繞組有足夠的漏電距離；對于非整浸定子，要求使用槽楔、側面波紋板墊條及適型材料如硅橡膠等材料，以保證槽內有一定的緊度，且槽內線棒與鐵心間隙小于0.1mm。例如，大部分廠家用碳化硅涂層或帶子包繞出槽口100mm左右的范圍，碳化硅涂層搭接半導體涂層，能降低出槽口部位較高。

4 繞組絕緣熱效應的影響

通常情況下，與銅芯損耗和鐵心損耗相比較，電機定子絕緣層的計劃現象導致的損耗不是非常大。在電機運行當中，繞組絕緣熱效應的主要引發原因是電流的熱效應，由于銅導體具有良好的導電性，當大量電流穿過銅導體時能夠產生很大的熱效應。通過熱傳遞，這些熱量聚集在定子繞組絕緣體系當中。電流熱效應要散發大量的熱，同時電機工作時其定子也會產生很大的熱量，在強烈持續高溫的作用下，絕緣熱阻的組成成分會發生變化使得絕緣皮的機械性能受到嚴重影響，從而導致絕緣組織老化，絕緣層出現裂紋導致導線暴露在空氣中進而發生導線部分出現漏電現象。對于此現象，要做好絕緣熱阻的散熱工作，一方面做電機持續作業的時間上進行調節，另一方面對于發電機周圍環境的溫度進行控制。此外，還要注意定期對發電機進行檢查，當發現定子線棒當中出現白色粉末或者灰色粉末時候，要對其進行及時的處理，并且要改善發電機的散熱條件，因為灰白色粉末是絕緣組織高溫受熱分解的產物。

例如，在電熱老化試驗中，F級環氧粉云母絕緣在160℃的耐老化壽命比在20℃的長，分析其一個原因是絕緣中的環氧膠黏劑的玻璃化轉變溫度低于160℃，在160℃溫度下絕緣有著較好的柔韌性，能降低裂紋出現的幾率；另一個原因是環氧膠黏劑常常是在160℃進行固化，而在此溫度下使用時產生的內應力小。

5 結束語

亞太經合會議再度在我國召開預示著我國的經濟建設中對外貿易的發展是重要的組成部分，良好的經濟發展態勢對國內各個行業的生產水平和生產能力有了進一步的要求，大型發電機是工業生產的原動力，其生產中的主要問題是電機定子繞組絕緣性能有待提高。針對定子繞組絕緣故障的原因，系統的分析其影響因素，減少絕緣組織受損導致的作業故障，能夠提高生產的安全性，同時也省去了電機故障導致的停工檢修的時間，能夠提高生產效率，從而有利于經濟效益的提高以加速中國夢的實現。

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