发电机组定子绕组绝缘复合材料界面特性分析研究

发电机组的定子绕组主绝缘材料在长期运行过程中受到多场的热、电、磁、力以及复杂环境因素的影响,极易出现局部的老化,从而降低绝缘性能,严重地危害设备的安全和系统的稳定可靠性。该文以某大型水电站发电机组中的定子绕组线圈及其绝缘层为研究对象,针对复合材料及界面特点,采用专门的材料分析技术手段,系统地研究电机服役一段时间后的绝缘层材料靠近铜导线处的结构、形貌、成分和微缺陷等变化。结果表明,在使用1年后,绝缘层包覆材料靠近铜导线侧局部出现微裂纹,相应的材料特性也发生变化,并显示出与位置分布的差异性。研究结果为持续跟踪电机服役可靠性中的材料性能演变提供实证支撑。

纳米氧化铝改性聚酰亚胺薄膜的制备与研究

用溶胶-凝胶法制得纳米氧化铝溶胶,将其掺入到聚酰胺酸基体中,采用原位生成法制备了一系列不同掺杂量的PI/Al2O3复合薄膜。利用耐电晕测试装置、耐击穿测试装置、扫描电子显微镜(SEM)对薄膜进行了测试及表征。结果表明:随着掺杂量的提高耐电晕时间增大,当掺杂量为30%(质量分数)时PI薄膜的耐电晕时间为57.64 h,是未掺杂的15倍以上。随着掺杂量的提高杂化薄膜电气强度先增大后减小,但都比未掺杂的低。纳米氧化铝粒子在PI基体中分散较均匀。

纳米氧化铝改性聚酰亚胺薄膜的制备与表征

采用微乳化技术制备了铝的纳米氧化物分散液,并将其掺杂到聚酰亚胺基体中,分别制备出质量分数为4%、8%、12%、16%、20%、24%的聚酰亚胺杂化薄膜.利用耐电晕测试装置、耐击穿测试装置、热失重分析仪(TGA)、扫描电子显微镜(SEM)对薄膜进行了性能测试和结构表征.结果表明,经铝的纳米氧化物杂化的聚酰亚胺薄膜的耐电晕性能随铝的纳米氧化物掺杂量的增加而提高,当纳米组分的质量分数达到24%时,在60kV/mm的工频电压下,薄膜的耐电晕寿命可达50.7h(IEC343);杂化薄膜的击穿场强随掺杂量的增加而下降;铝的纳米氧化物掺杂量增加可以提高聚酰亚胺薄膜的热分解温度;所掺杂的纳米粒子可以较均匀地分散在聚酰亚胺基体中.

二氧化硅/聚酰亚胺纳米复合薄膜的制备与性能研究

采用溶胶-凝胶法,以苯基三乙氧基硅烷(PTES)为前驱体制备了氧化硅溶胶,并以均苯四甲酸二酐(PMDA)和4,4’-二氨基二苯醚(ODA)为原料,用原位生成法制备了一系列不同掺杂量(质量分数)的PI/SiO2复合薄膜。分别采用热失重分析仪(TGA)、扫描电镜(SEM)、耐电晕测试装置和耐击穿测试装置对薄膜的热性能、电性能进行了测试。结果表明,掺杂量为15%时纳米氧化硅粒子在PI基体中分散均匀,掺杂量为10%,热分解温度达到最大值,并且在工频50 Hz,场强为60 MV/m的室温条件下,掺杂量为15%时复合膜的耐电晕时间最长为55.73 h,电气强度为327 MV/m高于纯膜。

工频双极性方波电场下环氧树脂的空间电荷特性

为研究环氧树脂在双极性方波电场的空间电荷积累现象,以上升沿200μs和频率50Hz的双极性方波为极化电场,检测0.83~16.63kV/mm范围下环氧内部的空间电荷动态响应,并结合红外光谱的交联副产物分析,探讨电场幅值对空间电荷积累量及最大电场畸变率的影响。结果表明:环氧树脂表面层的空间电荷为异极性电荷占主导,48h真空脱气后其电荷量明显下降,与交联副产物等杂质相关的官能团量明显下降趋势一致。这表明交联副产物是空间电荷的主要来源之一,解离形成的正、负离子在电场作用力驱动下向极性相反电极定向迁移后,在试样表面层形成明显的异极性电荷积累。全周期平均相位体电荷密度中的绝对值密度ρa、正电荷密度ρ+和负电荷密度ρ-随外施场E均呈现指数n≈1增长,与欧姆传导的特征指数n=1相近。这表明检测电场范围可能在欧姆传导区,载流子源中杂质离子电荷占主导。负半周期ρa、ρ+和ρ-均呈现出指数n≈1的欧姆传导输运特征,而正半周ρa、ρs和ρ-均呈现出n在1.130~1.159的指数增长;全周期ρs、正半周期ρ+和负半周期ρ-呈现出了明显的三段试增长,存在2个明显的阈值电场,且最大电场畸变率δmax整体约在9%~17%左右。这可能主要与下电极侧试样在正、负半周期电场下的杂质离子电荷和电极注入电荷的量以及分布区域动态平衡相关。

永磁直驱风力发电机定子绕组电压分布仿真计算与测试

变频器产生的高频重复激励脉冲会在电机定子绕组上产生不均匀且高幅值的过电压,从而加速电机绝缘系统老化甚至产生故障。本文基于暂态分析软件PSCAD/EMTDC,建立了2.5 MW永磁直驱发电机的三相定子绕组等效电路模型,并应用有限元方法计算了对应等效电路的分布参数。同时为了验证仿真计算结果的有效性,搭建了实验测试平台。结果表明:在三相脉宽调制脉冲电压的作用下,该永磁直驱风力发电机的定子绕组对地、线圈间以及匝间的过电压幅值沿电机接线端子到绕组中性点均呈现减小的趋势。实验测试结果进一步验证了三相定子绕组等效电路模型的准确性。

风电用TFT复合材料高频电老化性能试验探讨

对TFT复合材料在不同影响因素(电压、频率、上升沿时间、温度)下进行高频电老化测试,探讨不同影响因素对高频电老化寿命的影响。结果表明:电压与高频电老化寿命成负指数幂关系;随着频率和温度的增加,高频电老化寿命缩短;上升沿时间越短,高频电老化寿命越短。

双馈电机定子线圈高频老化及冷热冲击性能研究

通过对双馈电机定子线圈在不同周期冷热循环后进行绝缘性能对比分析以及在不同高频电压下进行寿命评估,对双馈电机定子线圈的耐冷热冲击及高频脉冲电老化性能进行研究。结果表明:冷热循环对双馈电机定子线圈的绝缘性能影响不大。随着高频电老化时间增加,线圈的介质损耗因数以及介质损耗增量均有所增大,绝缘电阻先减小后增大。高频脉冲后线圈的起始放电电压较未老化线圈有所下降,外推出定子线圈高频脉冲电老化寿命大于30年。

高压电机定子线棒和定子绕组电晕紫外成像测试影响因素的研究

为了掌握高压电机定子线棒和定子绕组电晕紫外成像测试技术,量化评估定子线棒和定子绕组的防晕水平,对定子线棒和绕组电晕紫外成像测试的影响因素进行了探讨。结果表明:紫外成像测试设备的增益和计数框大小的设置、测试距离、试验温度以及对紫外成像设备标定的影响因素等均影响测试结果。

双极性方波场下电晕老化对环氧树脂空间电荷特性的影响

为研究双极性方波电场下电晕老化对环氧内部空间电荷的影响,检测了电晕老化前、后环氧树脂在50 Hz、20μs双极性方波10~20kV/mm电场范围下的空间电荷响应,并结合松弛电流特性分析了电荷输运特性。结果表明:环氧在去极化电流0.1~3 600 s检测观察窗口内存在3类松弛极化峰,电晕老化后陷阱峰值能级的微弱下降,但陷阱密度均明显增大,这可能与老化后环氧树脂中分子结构形成的大量官能团相关。环氧未老化时在双极性方波电场下表面区均呈现异极性电荷积累,电晕老化后出现同极性电荷分布,且在过零点相位出现了电荷迟滞现象。结合不同类型电荷在正、负半周电场下的迁移方向和源位置,推断未老化时的异极性电荷主要源于内部杂质离子,电晕老化后的同极性电荷可能与环氧表面被腐蚀导致的电极/试样界面注入势垒降低和陷阱密度增大相关。另外,电晕老化后形成的大量同极性注入电荷和电场过零点相位空间电荷迟滞表明,表面区同极性电荷的积累量和过零点相位的空间电荷残留可作为绝缘状态评估的重要指标。

环氧树脂复合材料的耐热氧老化改性

针对环氧树脂复合材料抗热氧老化性能差、表面易发白等缺点,以碳纳米管、石墨烯和二硫化钼为改性填料,研究了3种填料及其复配体系对环氧树脂复合材料抗热氧老化性能的影响。电阻测试结果表明,二维纳米材料可一定程度上延缓热氧条件下环氧树脂老化过程中的电阻上升趋势,其中石墨烯效果最为明显;同时样品的老化宏观表现和扫描电镜微观图像都表明,石墨烯这类片层状纳米填料的引入对于延缓老化具有正面效果,可以明显改善环氧树脂复合材料在老化过程中的表面发白现象。

2.5 MW 直驱风力发电机定子线圈绝缘性能研究

通过对2.5 MW直驱风力发电机定子线圈全套绝缘性能研究分析的介绍,系统评估了该机型定子线圈绝缘材料及绝缘结构。结果表明,定子线圈常规绝缘性能及在高频和工频电源下的耐电老化寿命均能满足行业标准及机组长期安全运行的需要。

风力发电机定子线圈绝缘高频脉冲电老化性能研究

为掌握风力发电机定子线圈绝缘结构的耐高频脉冲电压水平和优化风力发电机定子线圈的绝缘结构,对风力发电机定子线圈进行了高频脉冲电老化性能研究,测试了风力发电机定子线圈每隔250 h高频脉冲电老化后的电性能。结果表明:随着高频脉冲电老化时间的增加,介质损耗因数有所增大,吸收比增加,绝缘电阻先下降后上升;线圈的起始放电电压较未老化线圈的起始放电电压有所下降;外推出风力发电机定子线圈高频老化寿命大于30年。

大型水轮发电机定子绕组端部电场分布仿真及试验研究

本文基于有限元方法对大型水轮发电机定子绕组端部电场分布进行了仿真计算,重点关注定子绕组斜边及层间电气距离,得到了气隙放电和沿面放电的特征参数。首次采用紫外成像仪量化评价模拟绕组的放电强度,并将测量结果与仿真计算结果进行对比分析和验证,探讨了定子绕组电气距离设计方法及避免绕组端部放电的应对措施,为大型水轮发电机定子绕组绝缘设计提供依据。

风力发电机用云母带和复合材料高频电老化性能研究

本文对复合材料在不同影响因素下进行高频电老化试验研究,探讨不同影响因素对高频电老化寿命的影响;并对不同风电用云母带及复合材料在重复脉电压下进行电老化寿命评估。结果表明:高频电老化寿命受不同因素的影响较大;相同试验条件下,耐电晕聚酰亚胺薄膜少胶粉云母带、聚酰亚胺薄膜少胶粉云母带、聚酯薄膜少胶粉云母带的耐高频电老化寿命顺序降低,复合材料浸胶NHN、浸胶NMN、浸胶TFT、NHN、NMN、TFT的耐高频电老化寿命也顺序降低。

电励磁风电转子绝缘结构设计、制造工艺和绝缘性能研究

为降低风力发电机的生产成本,采用电磁励转子代替永磁体转子进行电励磁风力发电机转子的开发、设计和制造,避免使用磁钢。开展了电励磁风力发电机转子绝缘结构设计、制造工艺和性能试验研究。结果表明:开发的电励磁风力发电机转子绝缘结构、制造工艺和绝缘性能均满足发电机设计要求,通过了真机型式试验和用户验收,填补了国内空白,可投入批量化生产。

交流电动机单支线圈与整机绕组介质损耗复合计算初探

为了能够建立交流电动机定子线圈与整机绕组介质损耗数值的关系,确保模拟线圈与整机绕组之间的介质损耗计算的近似度,降低整机绕组设计、制造与验证的成本,本文以额定电压10kV的交流异步电动机作为研究对象,基于双层电介质的介质损耗复合计算模型及该电动机的结构特点,建立了工程近似的数学计算公式并进行实际数值计算,为该类型电动机的定子线圈与整机绕组介质损耗数值计算提供了参考。

电机定子线棒绝缘介质损耗特性研究

通过对电机定子线棒主绝缘中单气隙-介质串联电路的两种放电理论(气隙击穿理论和界面极化理论)的对比分析,研究了两种放电理论对线棒绝缘的介质损耗及其增量的定量计算和适用范围。结果表明,气隙击穿理论可以定量解释较大气隙的放电引起的介质损耗随电压升高而增大的正增量现象,而界面极化理论可以定性解释较小气隙放电引起的介质损耗随电压升高而减小的负增量现象。

风力发电机线圈绝缘冷热循环试验

风力发电机的运行条件恶劣,在实际运行中常常会经受极低和极高的温度。本文介绍了为开发并验证风力发电机线圈绝缘结构而进行的冷热循环试验,其中包含了冷热循环试验的试验大纲、测试设备和测试环境、试验数据及分析等。该冷热循环试验能有效确保风力发电机绝缘结构在冷热环境中良好、稳定的运行。

高压电机定子绕组绝缘涂层仿真研究

对高压电机定子绕组端部电晕及电腐蚀典型区域进行了原因分析,基于有限元方法仿真研究了不同介电常数的绝缘涂层结构,同时分析了新型涂层的相对介电常数和厚度对端部斜边间隙电场强度的影响,为大容量、高电压的高压电机定子绕组的优化设计提供理论依据。