水轮发电机定子绕组绝缘及电晕防护系统的应用

摘 要 本文介绍了糯扎渡水电工程9#（ALSTOM）发电机定子绕组的绝缘结构及电晕防护系统。定子高压绕组电晕的形成、分析及防护，该绝缘结构及电晕防护系统的使用情况以及使用中的性能和主要特点。

【关键词】定子线棒 电晕 电场 绝缘材料 防晕材料 低阻 半导体

1 概述

随着国内外对电力资源需求的不断增长，研制和开发大容量发电机组已成为现阶段水电站的发展趋势。而构成大容量发电机组最重要且必不可少的部件之一就是定子绕组（又叫定子线棒），它是实现由机械能想电磁能转换的场所。为了提高绝缘性，现阶段常采用固体—气体绝缘。此工艺是将绝缘气体同时置于固体绝缘内外，但在交流高电压作用下，这些气体因为承受相对较高的电场强度时，易发生局部放电或电晕。

2 发电机的电晕现象的产生机理及其对机组的危害

电晕的产生是因为不平滑的导体产生不均匀的电场，在不均匀的电场周围曲率半径小的电极附近当电压升高到一定值时，因空气游离就会发生放电，形成电晕。针对大容量机组，定子绕组通常置于通风槽口及直线出槽口处，由于绕组端部电场集中，当局部位置场强达到一定数值时，气体发生局部游离，在电离处出现蓝色荧光，形成电晕现象。电晕产生热效应和臭氧、氦的氧化物，使线圈内局部温度升高，导致胶粘剂变质、碳化，股线绝缘和云母变白，进而使股线松散、短路，绝缘老化。另外由于热固性绝缘表面与槽壁接触不良或不稳定时，在电磁振动的作用下，将引起槽内间隙火花放电。这种火花放电造成的局部温升将使绝缘表面受到严重侵蚀。这一切都将对电机绝缘造成极大的损害，而缩短定子线棒的使用寿命甚至破坏线棒。

3 电晕防护措施——定子绕组电晕防护系统

对于定子绕组而言，端部电晕的根源在于槽口电场集中。因此只要使电场均匀化，也就能有效地抑制电晕的产生。目前，常用的防护措施有：MICADUR（真空压力浸渍〈VPI〉绝缘系统）、 槽电晕防护系统（SCP）、端部电晕防护系统（OCP）。综合上述各个防护系统的优点，糯扎渡水电站9#机的线棒端部——槽电晕防护和端部电晕防护的交接处，设计了多层电晕防护，分级扩宽电荷流向低电位处（铁芯）的路径，有效的改善了电场集中现象，在一定的电压范围内，有效地抑制了电晕的产生。（如图1、2所示）

图中电荷从集中区域通过分级半导体路径流入导电防晕层（槽电晕防护层），最终通过导电防晕层外包绕的低阻槽衬流入接地的定子铁芯，从而达到均衡电场的目的，最大程度的避免了电晕的产生。 同时，糯扎渡水电站还采用了定子绕组端部半导体防晕漆处理和线棒环绕绑扎系统。现将线棒环绕绑扎系统的工艺及优点叙述如下：

发电机在下线前，首先将一定宽度的半导体低阻槽衬通过专用敷胶工具，均匀敷设一定厚度的半导体硅树脂后对折，以裹胶后的半导体低阻槽衬做缠绕带，均匀的缠绕在线棒直线段上。在胶未固化的情况下，将线棒用人力下入铁芯槽。硅树脂膨胀固化并有较好的弹性，因此线棒与铁芯的尺寸配合可以稍大，包绕后的线棒可以很容易下入铁芯槽，待硅胶膨胀固化，使线棒与铁芯有很好的机械接触，固化后的弹性硅胶又可以补偿因温度变化引起的热膨胀和运行中可能出现的位移或线棒与铁芯槽间的间隙（目前定子所使用的环氧粉云母绝缘的线膨胀系数很小，在正常运行条件下，环氧粉云母绝缘的线棒的膨胀量不能填充线棒和铁芯间的间隙。），有利于发电机的安全运行。

硅胶被半导体低阻槽衬包裹，故线棒表面与铁芯槽壁是通过半导体槽衬连接，较好的保证了线棒与槽壁的电气连接，以有效的防止槽部电晕。线棒在安装时可轻易地在铁芯槽中作少许的垂直移动，以准确对正上下层线棒的电接头，因此线棒的安装也较为简单方便、节省工时，而且线棒可以反复利用，具有良好的经济效益。

4 结论

随着现代社会的发展，电力和大型发电机工业在国民经济中继续起着重要作用，并将得到更大发展。在发电机定子绕组上所选用的绝缘材料及所研发的电晕防护系统，在其机组实际运行中效果明显，发挥了良好的作用。值得提出来，参考借鉴。

参考文献

[1]崔永生.26kV高压电机定子线棒端部防晕材料及结构的研究与应用[D].硕士 学位论文，2003.

[2]刘瑛岩.20～26kV级发电机定子线棒端部防晕结构研究[D].博士学位论文，2000.

作者简介

段凯敏（1984.06-），女，汉族，河南三门峡人，讲师，硕士，长江工程职业技术学院（水利工程系），研究方向：水利水电工程。

作者单位

1.长江工程职业技术学院 湖北省武汉市 430212

2.南水北调中线建管局河南直管建管局 河南省郑州市 450000