高海拔地区高压发电机防电晕技术研究

２０１３年第３６卷第１期　广力　Ｖｏｌ－３６　ＮＯ　１　ＧＵＡＮＧＸＩ　ＥＬＥＣＴＲＩＣ　Ｐ０ＷＥＲ　西电４５　高海拔地区高压发电机防电晕技术研究　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ａｎｔｉ－ｃｏｒｏｎａ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｉｎ　Ｈｉｇｈ　Ａｌｔｉｔｕｄｅ　Ａｒｅａ　何雷新　ＨＥ　Ｌｅｉ－ｘｉｎ　（柳州佳力新电机有限公司，广西柳州５４５００６）　（Ｌｉｕｚｈｏｕ　Ｊｉａｌｉｘｉｎ　ｍｏｔｏｒ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌｉｕｚｈｏｕ　５４５００６，Ｃｈｉｎａ）　摘要：阐述高压电机电晕产生的现象和原理，以及电晕在电机中容易产生的部位和常见的处理方法。针对在高海拔地区使用　的１０．５　ｋＶ发电机防电晕技术要求进行分析，重点介绍柳州佳力新电机有限公司制造国内首台使用在海拔高度为４５００　ｍ地区　的高压发电机的经验，以及采取的有效防电晕处理工艺措施。　关键词：高压电机；高海拔；防电晕；线圈　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ　ａｎｄ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｃｏｒｏｎａ　ｇｅｎｅｒａｔｅｄ　ｂｙ　ｈｉｓｈ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ａｒｅ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｐａｒｔｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｈａｔ　ｃｏｒｏｎａ　ｉｓ　ｅａｓｉｌｙ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ａｎｄ　ｃｏｍｍｏｎ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｒｅ　ａｌｓｏ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｎｔｉ—ｃｏｒｏｎａ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　１０．５　ｋＶ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｉｎ　ｈｉｇｈ　ａｌｔｉｔｕｄｅ　ａｒｅａ　ｉｓ　ｎａａｌｙｚｅｄ．Ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓ　ｏｆ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ｉｆｒｓｔ　ｈｉ【ｇｈ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｈｔｅ　ａｌｔｉｔｕｄｅ　ｏｆ　４　５００　ｍ　ａｒｅａ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ　ｂｙ　Ｌｉｕｚｈｏｕ　ｊｉａｌｉｘｉｎ　ｍｏｔｏｒ　ＣＯ．，Ｌｔｄ．，ａｎｄ　ｉｔｓ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ａｎｔｉ－ｃｏｒｏｎａ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ａｒｅ　ｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ　ｖｏｌａｔｇｅ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｈｉｓｈ　ａｌｉｔｔｕｄｅ。ａｎｔｉ－ｃｏｒｏｎａ－ｃｏｉｌ　中图分类号：ＴＭ３０３．４；ＴＭ２１５．４文献标志码：Ｂ　文章编号：１６７１—８３８０（２０１３）０１—００４５—０２　高压发电机工作时绕组周围的电场强度很高，　高压发电机容易出现电晕放电的部分通常在线　当达到一定值时，其周围空气中的带电粒子很容易　圈出槽口、线圈通风槽口、气隙的槽壁内和线圈内部　产生局部电离现象，出现蓝色萤光，严重时会发出吱　微小的气隙中，由于这些部位的不均匀电场变化很　吱声响，这就是电晕。电晕除产生能量损耗外，还会　大，容易引起电晕放电现象，大量计算和试验数据均　产生臭氧和氮氧化物，它们与周围的水汽等媒介发　表明，当工作电压达到６　ｋＶ时，这些部位周围的电　生化学反应，腐蚀线圈绝缘，并会引起绝缘发热和加　场强度接近起晕场强临界值，面临产生电晕的危险。　速老化。因此，制造高压发电机要考虑防电晕的技术　因此，目前行业规定工作电压在６　ｋＶ（含）以上的高　处理，采取相应措施改善线圈的绝缘介质状况，从而　压发电机要求做防电晕处理。　提高发电机绝缘起晕电压值，消除电晕的产生。研究　１　高压发电机模压线圈防电晕常规措施　数据表明，均匀空气电场中的起晕场强幅值平均在　６０　ｋＶ／ｃｍ，而在非均匀气隙中，起晕场强要低得多，　目前国内大多数厂家生产制造的线圈多数是采　幅值大约为８．１～１　１．４　ｋＶ／ｃｍ，随着空气湿度和海拔　用模压工艺，部分厂家为了提高生产效率、降低生产　高度升高，这个值还会降低。一般规定海拔每升高　成本，开始采用少胶真空压力浸漆（ＶＰＩ）工艺，多胶　１００　ｍ，起晕电压就降低１％；湿度每增加１０％，起晕　模压线圈的防电晕措施通常采用以下几种模式：　电压就要下降１０％，因此，国内高压发电机生产厂　１）线圈在包扎主绝缘前进行匝间胶化处理，目　家一直都在研究和学习国外大公司在高压防电晕方　的是预先排除线匝间的空气间隙，提高线圈的填充　面所采取的技术方法，以提高产品的防电晕水平。　密度，避免内部电晕放电；　２）线圈下线前，在铁心定子槽型表面涂低阻漆，　收稿日期：２０１２—０８—２２　广西电力　ＧＵＡＮＧＸＩ　ＥＩ　ＣＴＲＩＣ　ＰＯＷＥＲ　２０１３年２月　Ｖｏｌ－３６　ＮＯ．１　以保证线圈嵌入槽内后能与铁心槽壁接触良好，使　线圈表面的电位均匀分布且低于临界值，防止线圈　在槽壁中产生电晕；　构采用了包高低阻带搭接工艺。在测试起晕电压的　过程中发现，线圈出现电晕的部位都集中在端部拐　角处，在有凸点和尖角等起皱部位，说明这些起皱或　尖角部位的电场分布不均匀。分析发现起皱原因是　３）在线圈直线部分外表面包扎半导体低阻带或　涂刷半导体低阻漆，在线圈端部及拐弯部分外表面　包扎半导体高阻带或涂刷半导体高阻漆，这样处理　可以改善线圈出槽口部分电场的不均匀分布状态，　同时能有效降低线圈出槽口部分的电位梯度，达到　云母带包扎这些拐弯部位时，出现一边展开另一边　挤成一堆的现象，由于这些部位没有模具压型，只能　靠最外层的包扎带包紧，在模压挤胶固化过程中很　难控制其表面平整度，内部难免会产生一些气隙现　提高起晕电压的目的；　４）用半导体材料取代传统的环氧玻璃布板垫条　来垫紧上、下层线圈，以减少层间空气间隙和使线圈　窄边表面的电位分布均匀，同时也能够降低线圈上、　下面窄边表面的电位差，达到消除电晕的目的。　通过采取上述措施处理过的高压发电机，基本　能够达到消除电晕的作用，起晕电压都能满足　≥　１．５Ｕ　的标准要求。　２高海拔地区高压发电机防电晕要求　２０１０年柳州佳力新电机有限公司为西藏阿里　地区狮泉河电厂制造４台高压发电机（型号为　ＪＦＧ６３０３—４；工作电压为ｌ０．５　ｋＶ；功率为３　０９５　ｋＶＡ）。由于西藏阿里的平均海拔高度达到４　５００　ｍ，　这４台高压发电机将是目前我国在最高海拔地区使　用，且国内尚无其他厂家生产过的高压发电机产品。　根据ＪＢ，１ｒ８４３９—２００８《使用于高海拔地区的高压交　流电机防晕技术要求》中的相关要求，经过计算，在　柳州市测试这４台高压发电机线圈起晕电压应满足　≥２４．５７　ｋＶ，而正常生产的模压线圈的平均起晕　电压值为Ｕ　＝１８　ｋＶ，比高原地区起晕电压（２４．５７　ｋＶ）的技术要求低６．５７　ｋＶ。为了满足高海拔地区电　机的防晕要求，必须改进现行的线圈防电晕绝缘结　构，设计出一种新的绝缘防电晕结构体系。　３工艺改进方案及措施　随着高压电机技术以及绝缘材料水平不断提　高，许多电机生产厂家为了提高电机性能指标和材　料利用率，降低生产材料成本，在做减小线圈绝缘厚　度设计值的努力，１０．５　ｋＶ发电机多胶模压的绝缘厚　度一般为３．０～３．３　ｍｍ，一些厂家为提高生产产量采　用ＶＰＩ工艺，绝缘厚度选择在２．２４～２．５　ｍｍ。不论采　用哪种厚度设计方案，线圈绝缘都必须满足标准要　求，必须满足电机的正常运行和正常的安全寿命。　柳州佳力新电机有限公司目前的高压电机线圈　制造工艺是采用多胶模压、真空压力浸漆处理工艺，　绝缘厚度取３．３　ｍｍ。为达到防电晕要求，防电晕结　象。为解决这些问题，采取加大线圈４个拐弯角角度　的办法，来减轻转角部分由于变形大造成包扎云母　带出现的一边起皱现象，达到降低拐弯处电场强度　的目的。工艺改进后，线圈起晕电压得到一定的提　高，测试时电压上升到２０．５　ｋＶ左右才开始出现电　晕，但仍达不到要求。经过多次各种工艺方案试验，　包括用刷高低阻漆取代叠包高低阻带和加长直线部　分，结果都达不到要求，最终得出的结论是只采用一　次防晕措施是无法取得很好的防电晕效果。　后来尝试采用二次防电晕工艺，如图１所示，模　压好的线圈第１层防晕层的表面用低阻、高阻漆进　行第２次涂刷处理，高、低阻漆之间交叠一定长度，　固化后才进行下线。二次防电晕处理后，线圈的起晕　电压明显提升，样品线圈的平均起晕电压为２５－３　ｋＶ，达到了国家标准。　这４台高压发电机均采用了二次防电晕工艺，　产品通过了客户的现场验收，于２０１０年６月份顺利　出厂，当年８月１１日在西藏阿里狮泉河电站正式并　网试运行，８月２９日４台机组全部通过连续７２　ｈ带　载运行（负载为８００～１　０００　ｋＷ，功率因数为０．９５，最　大负载为１　６００　ｋｗ）。该电站的投入使用，彻底解决　了西藏阿里地区藏民长期以来缺电的生活状况。　图１　高压发电机二次防电晕工艺　４结语　不同的电机生产厂家在高压电机防电晕结构方　面有各自的特点和优点，但无论采用哪种防电晕结　构方式，其目的都是使线圈满足下面几个要求：　１）使出槽口部分的电场均匀分布；　２）降低线圈出槽口端部方向的电位梯度；　３）降低线圈直线部分表面的电位差；　４）消除主绝缘层内部存在　（下转第８６页）