发电机定子线棒的电晕放电抑制方法、结构及发电机与流程

1.本发明涉及电机技术领域，尤其是涉及一种发电机定子线棒的电晕放电抑制方法。


背景技术：

2.大型水轮发电机的定子部分由定子铁芯和定子线圈组成，定子铁芯内圆均匀分布着大量的线槽以嵌放定子线圈，定子线圈嵌放在定子槽内组成了三相绕组，其中，定子线圈结构通常是多根定子线棒按照一定的规则首尾相连行成，单根定子线棒的端部位于铁芯外空气中，中间部分的直线段嵌放在铁芯槽中。
3.通常定子线棒端部的场强比较集中，运行电压越高端部场强越大，越容易产生电晕放电，因此在设备检修过程中经常可以发现放电痕迹。准确地评估定线棒表面场强分布并提出有效的抑制场强措施，是大型发电机定子线棒端部防晕设计的关键。鉴于此，现有技术普遍在线棒主绝缘外表面缠绕或刷漆具有电场抑制能力的屏蔽层，但是这种屏蔽层虽具有一定的场强抑制效果，但并不能有效抑制电晕放电现象。


技术实现要素：

4.本发明提供一种发电机定子线棒的电晕放电抑制方法、结构及发电机，能够大大优化线棒表面的场强分布以使场强峰值降低，并使表面场强更加均匀，从而避免或减少电晕放电的产生可能性。
5.为了解决上述技术问题，本发明第一实施例提供一种发电机定子线棒的电晕放电抑制方法，包括：
6.在线棒导体的主绝缘层外、铁芯槽内设置低电阻屏蔽层；其中，所述低电阻屏蔽层的下表面与所述主绝缘层贴合，所述低电阻屏蔽层的上表面与所述铁芯接触连接；
7.在所述低电阻屏蔽层的上表面中部设置高电阻屏蔽层。
8.作为进一步改进，在所述线棒导体的主绝缘层外、铁芯槽内设置了所述低电阻屏蔽层之后，依据电气特性划分为低阻区、高阻区和高低阻搭接区；其中，所述高低阻搭接区位于所述低阻区、所述高阻区之间，所述铁芯位于所述低阻区内；
9.在所述低电阻屏蔽层对应所述高低阻搭接区的上表面设置所述高电阻屏蔽层。
10.作为进一步改进，所述低电阻屏蔽层由低电阻屏蔽件缠绕或涂刷在所述主绝缘层上形成；
11.所述高电阻屏蔽层由高电阻屏蔽件缠绕或涂刷在所述低电阻屏蔽层上形成。
12.作为进一步改进，所述高电阻屏蔽件为碳化硅非线性半导体。
13.本发明第二实施例提供一种发电机定子线棒的电晕放电抑制结构，适用于如上述的发电机定子线棒的电晕放电抑制方法，包括：
14.线棒导体、包覆在所述线棒导体上的主绝缘层；
15.所述主绝缘层上设置低电阻屏蔽层，所述低电阻屏蔽层的下表面与所述主绝缘层
贴合，所述低电阻屏蔽层的上表面与铁芯接触连接；
16.在所述低电阻屏蔽层的上表面中部设置有高电阻屏蔽层。
17.作为进一步改进，所述高电阻屏蔽层与所述铁芯不接触连接。
18.作为进一步改进，所述低电阻屏蔽层由低电阻屏蔽件缠绕或涂刷在所述主绝缘层上形成；
19.所述高电阻屏蔽层由高电阻屏蔽件缠绕或涂刷在所述低电阻屏蔽层上形成。
20.作为进一步改进，所述高电阻屏蔽件为碳化硅非线性半导体。
21.本发明第三实施例提供一种发电机，包括如权上述的发电机定子线棒的电晕放电抑制结构。
22.相比于现有技术，本发明实施例提供一种发电机定子线棒的电晕放电抑制方法、结构及发电机，其任一实施例的有益效果在于：
23.1、通过在线棒导体的主绝缘层外、铁芯槽内设置低电阻屏蔽层，所述低电阻屏蔽层的上表面与所述铁芯接触连接，使得低电阻屏蔽层的外表面接地，只要发电机在组装过程中与铁芯接触良好，低电阻屏蔽层的外表面场强很低；
24.2、低电阻屏蔽层能够将电场强度大幅度降低，但由于中部低电阻屏蔽层外表面不与铁芯直接接触，其表面仍存在一定的场强，因此在所述低电阻屏蔽层的上表面中部搭建高电阻屏蔽层，使低电阻屏蔽层外表面的场强进一步降低；
25.3、低电阻屏蔽层具有较好的导电性能，使得线棒导体下部与铁芯接触而接地的地电位仍然对高电阻屏蔽层的位置具有牵制作用，因此能够使得低电阻屏蔽层的外表面场强也可以保持在很低的水平；
26.4、将现有的发电机定子线棒高阻区的高电阻屏蔽层改为低电阻屏蔽层将大大改善线棒的表面场强，更有利于线棒的防电晕性能；
27.5、线棒导体和绝缘层等材料不变，线棒的非线性高阻层和低阻层材料本身不发生改变，却能大幅度改善线棒表面的场强分布，使线棒表面的场强分布更加均与，减少电晕放电可能性，保障设备的稳定运行。
附图说明
28.图1是本发明实施例中的发电机定子线棒的电晕放电抑制方法的步骤图；
29.图2是现有技术的普通线棒表面电磁屏蔽方案材料结构图；
30.图3是现有技术的发电机线棒的实物图；
31.图4是本发明实施例中的发电机定子线棒的线棒表面电磁屏蔽方案材料结构图；
32.其中，说明书附图中的附图标记如下：
33.1、线棒导体；2、主绝缘层；3、低电阻屏蔽层；4、高电阻屏蔽层；5、铁芯。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.请参见图1和图4，本发明第一实施例提供一种发电机定子线棒的电晕放电抑制方法，包括：
36.在线棒导体1的主绝缘层2外、铁芯5槽内设置低电阻屏蔽层3；其中，所述低电阻屏蔽层3的下表面与所述主绝缘层2贴合，所述低电阻屏蔽层3的上表面与所述铁芯5接触连接；
37.在所述低电阻屏蔽层3的上表面中部设置高电阻屏蔽层4。
38.发明人对现有技术的研究发现，如图2所示现有技术在线棒导体1的主绝缘外表面缠绕或刷漆具有电场抑制能力的屏蔽层，屏蔽层缠绕和涂刷方法是：
39.线棒在铁芯5内的部分为低阻带材料，低阻带以外的位置为高阻带，低阻带和高阻带在线棒端部倾斜位置进行搭接，低阻带位于靠里层，高阻带位于靠外层。这种方法也是同轴电缆电磁屏蔽所采用的方法，对电磁屏蔽有一定的抑制效果，但是由于线棒高电阻屏蔽层4的外表面并没有直接接地，但是高电阻屏蔽层4在搭接区域以外很难发挥应有的作用，这也是与同轴电缆是不相同的。鉴于此，本发明技术方案提出在整个线棒导体1的外表面刷低电阻屏蔽层3，在原高低组层搭接处刷高电阻屏蔽层4。本发明实施例的优势在于：
40.1、通过在线棒导体1的主绝缘层2外、铁芯5槽内设置低电阻屏蔽层3，所述低电阻屏蔽层3的上表面与所述铁芯5接触连接，使得低电阻屏蔽层3的外表面接地，只要发电机在组装过程中与铁芯5接触良好，低电阻屏蔽层3的外表面场强很低；
41.2、低电阻屏蔽层3能够将电场强度大幅度降低，但由于中部低电阻屏蔽层3外表面不与铁芯5直接接触，其表面仍存在一定的场强，因此在所述低电阻屏蔽层3的上表面中部搭建高电阻屏蔽层4，使低电阻屏蔽层3外表面的场强进一步降低；
42.3、低电阻屏蔽层3具有较好的导电性能，使得线棒导体1下部与铁芯5接触而接地的地电位仍然对高电阻屏蔽层4的位置具有牵制作用，因此能够使得低电阻屏蔽层3的外表面场强也可以保持在很低的水平。
43.作为进一步改进，在所述线棒导体1的主绝缘层2外、铁芯5槽内设置了所述低电阻屏蔽层3之后，依据电气特性划分为低阻区、高阻区和高低阻搭接区；其中，所述高低阻搭接区位于所述低阻区、所述高阻区之间，所述铁芯5位于所述低阻区内；在所述低电阻屏蔽层3对应所述高低阻搭接区的上表面设置所述高电阻屏蔽层4。
44.作为进一步改进，所述低电阻屏蔽层3由低电阻屏蔽件缠绕或涂刷在所述主绝缘层2上形成；所述高电阻屏蔽层4由高电阻屏蔽件缠绕或涂刷在所述低电阻屏蔽层3上形成。优选的，高电阻屏蔽层4材料是随着其电场强度的增加电导率自动降低的碳化硅非线性半导体防电晕层，可以使电场强度迅速下降，有效抑制电晕放电的发生。
45.作为进一步改进，所述高电阻屏蔽件为碳化硅非线性半导体。
46.本发明实施例中，线棒导体1的主绝缘层2外侧包缠屏蔽层，目的是降低线棒导体1表面的场强，能够防止线棒导体1表面起晕并产生一系列的放电等问题，因此外表面的屏蔽层材料和结构非常重要。当线棒导体1表面缠绕或刷漆低电阻屏蔽层3时，由于低电阻屏蔽层3与铁芯5相连接地，此时线棒导体1中的运行高电压将在低电阻屏蔽层3表面产生很低的场强值。
47.本发明根据发电机定子线棒按照芯棒外面缠绕屏蔽层的电气特性不同划分为三部分：低阻带、高阻带、高低组搭接带(中间带)，如图2-4。
48.其中，低阻带位于铁芯槽内，与直接接地的铁芯相接触，不易发生放电，高阻带位于发电机定子端部暴露于空气中；中间带是位于线棒的低阻带和高阻带的中间位置，中间带的屏蔽层是由先缠绕低电阻屏蔽层3然后缠绕高电阻屏蔽层4形成，若中间层的外屏蔽材料在长期运行过程中老化，就容易引起放电。
49.如图3所示，线棒导体1的低阻搭接层，靠近主绝缘层2是低电阻屏蔽层3，最外层是高电阻屏蔽层4不直接接地，当线棒中通入高电压时，由于低电阻屏蔽层3受到铁芯5的钳制作用，低电阻屏蔽层3的表面场强基本上降低到了较低的水平，但由于高低组搭接层位于空气中，且根据运行实际情况在线棒拐弯处易于发生放电现象，于是在低电阻屏蔽层3最外面缠绕非线性高电阻屏蔽层4，可使低电阻屏蔽层3表面场强迅速降低。
50.在高阻区，由于距离铁芯5距离较远，仅仅涂刷非线性高电阻屏蔽层4并不能使表面场强迅速降低，反而在轴向方向上，由于导体和铁芯5之间存在电位差，高电阻屏蔽层4内部的轴向电场强度很大。因此，如果将高阻区的高电阻屏蔽层4替换为低电阻屏蔽层3，低电阻屏蔽层3电位将受到铁芯5地电位的钳制作用其表面场强将大幅降低。本发明实施例的有益效果在于：
51.(1)高电阻屏蔽层4在高低阻搭接区发挥的作用。
52.如图3和图4所示，在高低电阻屏蔽层3搭接区，低组层受定子铁芯5的地电位钳制作用，其外表面场强呈现指数下降趋势，基本上能满足表面场强不至于引起放电的要求；
53.但考虑到高低阻搭接区域处于空气和铁芯5的交接环境中，且根据历史运行数据，在该处的低电阻屏蔽层3老化时易于发生电晕放电情况，因此在低电阻屏蔽层3外表面缠绕非线性高电阻屏蔽层4既可以使低电阻屏蔽层3外表面的场强迅速降低，又可以起到防老化作用。
54.(2)高电阻屏蔽层4在高低阻搭接区发挥的作用及其改进措施。
55.如图4所示，考虑到高阻区周围是空气且离地电位钳制点有一定的距离，如果在高阻区刷高阻带，将会在线棒轴向形成导体-高阻带-地电位的电流通道，因此根据分压原理，高阻带上分得的电压最高，其场强也最集中，将不利于降低表面场强。如果在原高阻区域刷低电阻屏蔽层3，那么低电阻屏蔽层3上的表面场强将远远小于相同位置刷漆高阻材料的值，从而大大改善线棒整体的表面场强分布，使线棒表面场强分布更加均匀，避免或大幅度减少电晕放电现象的发生。
56.本发明第二实施例提供一种发电机定子线棒的电晕放电抑制结构，适用于如上述的发电机定子线棒的电晕放电抑制方法，包括：
57.线棒导体1、包覆在所述线棒导体1上的主绝缘层2；
58.所述主绝缘层2上设置低电阻屏蔽层3，所述低电阻屏蔽层3的下表面与所述主绝缘层2贴合，所述低电阻屏蔽层3的上表面与铁芯5接触连接；
59.在所述低电阻屏蔽层3的上表面中部设置有高电阻屏蔽层4。
60.作为进一步改进，所述高电阻屏蔽层4与所述铁芯5不接触连接。
61.作为进一步改进，所述低电阻屏蔽层3由低电阻屏蔽件缠绕或涂刷在所述主绝缘层2上形成；
62.所述高电阻屏蔽层4由高电阻屏蔽件缠绕或涂刷在所述低电阻屏蔽层3上形成。
63.作为进一步改进，所述高电阻屏蔽件为碳化硅非线性半导体。
64.本发明第三实施例提供一种发电机，包括如权上述的发电机定子线棒的电晕放电抑制结构。
65.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。