大型发电机定子线棒端部防晕结构温度和电场分布仿真研究

大型发电机定子线棒端部防晕层温度和电场分布是表征防晕结构性能的重要参数,关系着发电机的长期安全稳定运行。工频电气试验过程中,防晕材料的电导损耗是线棒端部绝缘温度梯度分布的主要原因,电场分布取决于防晕层电导和主绝缘电容,而电导率又是电场强度的函数,因此发电机定子线棒端部防晕结构温度场和电场的计算是一个相互耦合的过程。本文借助COMSOL Multiphysics有限元分析软件多物理场仿真功能,以某大型水氢冷发电机定子线棒端部防晕结构作为研究对象,仿真分析了其工频状况下的电场分布情况和时域条件下的温度场分布情况,以匹配线棒端部防晕结构设计开发过程。将仿真温度场结果与真机线棒试验结果对比,两者吻合较好,为进一步优化设计防晕结构和材料参数奠定了基础。     

防电晕结构及材料参数对电机定子线棒性能的影响

对高压电机定子线棒防晕结构采用不同参数的防晕材料进行试验研究。结果表明:定子线棒在高压交流耐压试验时,线棒端部防晕层起晕电压及温升与防晕材料电阻率有很大关系;温升的高低对线棒主绝缘击穿水平有很大影响。经过大量试验给出了6.3～27kV高压电机定子线棒端部防晕结构采用的防晕材料参数最佳范围,确保电机定子线棒及绕组安全可靠。     

大型汽轮发电机主绝缘耐压和电老化试验中定子线棒端部防晕技术的研究

大型汽轮发电机在主绝缘耐压和电老化试验中,可能出现定子线棒端部闪络和防晕层过热的情况,从而损伤主绝缘,影响试验顺利进行。本文通过建立真机线棒端部的Pspice仿真模型,模拟了线棒端部绝缘表面电场分布,分析了端部闪络的原因。通过进一步的仿真研究,提出了线棒端部防晕的技术方案,并试制了线棒端部防晕装置。试验结果表明,该防晕装置可有效防止线棒端部闪络和防晕层过热。     

大型水轮发电机绝缘参数对定子线棒端部电场和电位分布的影响

应用COMSOL软件建立了定子线棒端部的有限元仿真模型,分析了绝缘材料电性能参数对线棒端部表面电场及电位分布的影响。结果表明:随着主绝缘相对介电常数的增大,线棒端部表面最大电场增大,主绝缘材料的相对介电常数选择偏小为佳;主绝缘材料电阻率对线棒端部表面最大电场的影响不显著。各级防晕层的相对介电常数对线棒表面最大电场变化影响很小。中阻防晕层非线性电阻系数取较大值时为佳;中高阻防晕层非线性电阻系数对线棒表面最大电场影响很小,但取值为1时最佳;高阻防晕层非线性电阻系数对线棒表面最大电场基本没有影响。不同防晕层初始电阻率对线棒表面最大电场的影响程度不同,通过偏相关分析,得到绝缘材料电性能参数对端部电场最大值的影响程度排序,其中中阻防晕层的初始电阻率和非线性电阻系数为主导因素。     

高压变频电机绕组端部防晕结构温升分布特性的研究

本文针对高压变频电机定子绕组端部防晕结构的高温升问题，建立了基于18kV变频电机绕组端部防晕结构的有限元电热耦合分析模型，仿真计算了多电平电压下防晕结构的电场与热场分布特性，研究了低阻防晕层电导率对热场分布的影响。仿真结果表明，多电平电压下槽口低阻防晕层会随着重复脉冲上升沿和下降沿而产生显著的电位提升和损耗增加，导致槽口低阻防晕层的温升高于高阻防晕层，而随着低阻防晕层电导率的增加，低阻防晕层的损耗和温升呈下降趋势。     

大型发电机定子绕组端部电位分布

发电机定子端部电场分布不均匀,易发生电晕造成事故。目前采用在发电机定子端部涂电阻率不同的半导体层来改善其电场分布,但涂后改善的效果无法定量评估。笔者通过测试,研究了发电机定子端部电位分布,分析了目前所采用的防晕方法的效果,并提出了改善意见。     

光纤传感电场测试仪及其在高压电机上的应用

一、引言为了追求高经济技术指标,世界各国都把高电压、大容量发电机组作为电机发展的主攻方向。随着发电机电压等级的不断提高,电机定子线圈端部由于电场集中将发生电晕,腐蚀主绝缘,导致绝缘击穿,缩短使用寿命,严重威胁大电机的发展。因此,槽部和端部的防晕处理成了必须解决的关键技术问题,而搞好防晕处理的前提是准确地检测定子线圈的电场分布。众所周知,电机线棒端部电场是非均匀电场,测量其电场分布是比较困难的。传统的检测手段,例如静电电压表等,一方面因其感度低不能满足实用要求,另一方面,由于传输电信号的金属导体引入被测电场之中,在使导体静电感应的同时,感生电荷所建立的电场将引起被测电场产生畸变,使发电机定子线圈端部电场产生畸变,不能真实反映定子线圈的电场分布。     

大型水轮发电机定子绕组端部间隙控制探讨

为了研究和解决发电机定子绕组端部线棒表面法向电场引起的电晕问题,基于平板电容的电场分布与计算原理和美国工程师皮克(F.W.Peek)关于交流输电导线表面起晕场强的研究成果,以某大型水轮发电机为例,计算该发电机定子端部线棒表面的法向电场强度及其表面起晕场强,得出该发电机定子绕组端部大面积电晕的原因为其法向平均电场强度接近于其起晕场强的结论。并进一步给出应该根据绕组端部线棒法向电场强度来控制发电机定子绕组端部间隙的建议,以期为发电机定子端部间隙的设计、安装和发电机端部电晕处理提供参考。     

高海拔下汽轮发电机定子绕组端部的防晕

讨论了高海拔下汽轮发电机定子绕组端部防晕技术要求,并籍此分析了660 MW双水内冷发电机的防晕结构,认为该机定子绕组防晕结构设计能满足海拔4 000 m试验和运行要求。     

温度对高压电机用防晕材料非线性电阻特性的影响

为研究温度对不同防晕材料非线性电阻特性的影响规律,提出并应用预置低阻带作为电极的测量方法,测试4种防晕材料在不同温度下的非线性伏安特性,同时采用函数拟合方法研究了温度对不同防晕材料非线性电阻特性的影响程度,进一步通过仿真研究对比额定相电压和耐压试验电压下及不同温度下的24 kV水轮发电机定子绕组端部防晕结构沿面电场的分布差异.结果表明:4种防晕材料的非线性伏安特性与表面电阻率均表现出明显的温度依赖性,初始表面电阻率和非线性系数均随温度的升高呈减小的趋势;不同温度下24 kV水轮发电机防晕结构的沿面电场分布差异较小.     

电晕电流及其辐射信号特性的研究

为得到电晕放电辐射场的时域和频域特征,采用针板结构首先对电晕电流及其辐射场进行了理论分析,然后在此基础上对电晕电流及其辐射信号进行了实验研究。实验表明,电晕电流脉冲波形具有明显的极性效应:①负极性下先发生电晕放电,但正极性放电发生时,脉冲幅值比负极性时大;②负电晕电流脉冲波形的上升时间小于正电晕电流。实验结构不同,电晕放电辐射场的特征不同:利用第①种实验结构得到的放电波形的上升时间为十几个ns,频率分布范围集中在20～100MHz;利用第②种实验结构得到的放电波形的上升时间为几个ns,频率在200～600MHz。该结论对于下一步研究空中带高压物体的电晕放电辐射信号特征具有参考价值。     

超高压交流变电站金具电晕特性与选型研究

为消除电晕放电造成的能量损耗和电磁干扰,对不同种类金具的电晕特性以及不同电压等级下金具选型进行研究。利用紫外成像仪对几座超高压交流变电站的电晕放电现象进行观测,找出易发生电晕放电的金具;对此金具结构建立三维有限元仿真模型,计算在施加500 kV和750 kV电压等级下,不同尺寸金具表面电场强度分布情况,并针对场强较大的结构进行优化设计。研究结果表明,随着均压环、屏蔽环管径和屏蔽球球径的增大,其表面电场强度逐渐减小;结合金具表面起晕场强控制限值,给出了500 kV和750 kV电压等级下,耐张绝缘子串屏蔽环、V型绝缘子串均压环以及导线屏蔽球的尺寸选型。     

整浸高压电机用防晕结构设计及防晕材料的研究

通过理论计算和有关的优化理论，设计出合理的防晕结构，并对10kV整浸电机的防晕结构进行了设计，经实验检验该设计方法有效可行且十分准确。将国内外材料进行各项性能考核、比较，最终选定了10kV级VPI电机用防晕材料。     

基于紫外成像技术的极不均匀电场电晕放电

为监测电气设备外绝缘缺陷、灵敏观察和准确定位电晕放电,以紫外光谱特征量为量化电晕放电强度的表征参数,以相同工频电压等级下的放电水平和电晕脉冲电流峰值作为量化比较参数,在基本相同的大气条件下,利用紫外成像技术试验研究了极不均匀电场工频电压下电晕放电。结果表明,电晕放电强度量化表征参数与量化比较参数之间的对应关系很好;表征参数可反映电晕放电的几个阶段;结合紫外成像反映的放电形态,可分辨电晕放电过程的各阶段,且紫外光谱特征量在电晕放电过程各阶段的分布具有一定的统计规律。最后提出选取流注放电阶段的紫外光谱特征量交集作为空气间隙击穿的注意范围判据。     

Structural optimization of grading rings on composite insulators on 500‐kV compact transmission lines

Serious corona discharges occur on some grading rings of 500‐kV compact transmission lines in China owing to defects in the structural design. The noise of the corona is heard clearly even 50 m away from the tower. In order to solve this problem, we have optimized the structure of the grading rings to suppress the corona. In this study, the grading rings that had serious corona discharges were identified and observed with an ultraviolet imager (UVI), and the electric field (E‐field) distributions of the grading rings were calculated by means of the three‐dimensional finite element method. Based on an analysis of the areas on the grading ring where excessive high E‐field magnitudes were observed, we optimized the structures of the grading rings to improve the field distributions on their surfaces. Based on the optimization suggestions, new grading rings were manufactured to replace the old ones. UVI observations showed that the new grading rings could effectively prevent the occurrence of corona discharge. © 2014 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

220kV变电站电晕噪声抑制技术研究和应用

变电站电晕放电会导致变电站工频电磁场及无线电干扰水平超标,对周围环境造成噪音和电磁污染,影响居民生活和工程的环境评价,因此必须对其进行治理。根据相关设备、金具的实际布置形式和外形结构图纸,结合变电站电晕实测结果,同时考虑相间影响和周围带电导体作用,采用有限元软件ANSYS建立了220 kV变电站典型放电位置的三维电场有限元仿真计算模型,计算了金具表面的电场分布,得到了其表面的场强最大值和分布规律。根据计算结果优化了金具的结构、尺寸和参数,并提出了电晕噪声抑制措施。仿真结果表明采取优化和抑制措施后,金具的电场分布畸变有较大改善,表面最大场强下降到3 000 V/mm以下。研究成果为变电站的防晕降噪设计提供了重要参考,为绿色电网和变电站的建设提供了依据。     

交流滤波电容器装置电晕的噪声评估

交流滤波电容器装置的噪声是换流站中噪声来源的主要因素之一,其噪声主要来自电容器外壳的振动和均压环等结构的电晕放电,因此电晕噪声水平的计算对研究和合理评估整个电容器装置的噪声水平有着重要的意义。文章从美国BPA推荐的交流输电线路可听噪声预估公式出发,推导出有限长线声源与点声源的电晕噪声预测公式,并结合500 kV交流滤波电容器装置的结构尺寸,利用ANSYS仿真软件计算其电场分布,得到表面电场强度较大的均压环和电容器引线端在测量点处的噪声水平,以此作为电容器装置电晕噪声的评估依据。结果表明:当满足计算条件时,预测公式可以得到比较理想的计算结果,并且随着结构表面电场强度的减小或测量距离的增大,电晕噪声呈指数规律降低。     

330kV线路用FR型防振锤结构优化

330kV输电线路所采用的FR-3型防振锤结构复杂,其锤头形似音又,两端面的曲率半径较小,导致其场强较高,在实际运行中可能会发生电晕放电,从而对周围的电磁环境造成污染。采用有限元方法建立FR．3型防振锤的三维模型进行电场仿真计算,得出了防振锤的电场分布规律,据此优化了其锤头的音叉结构,将锤头端部的最高场强由3000kV...     

Charging of Polymeric Surfaces by Positive Impulse Corona

This paper focuses on analysis of charging of polymeric surfaces by means of impulse corona discharges in air. Internal (space charge densities and electric fields) as well as external (circuit current) characteristics of corona in a point-plane electrode configuration are investigated by means of computer simulations. Two types of onset positive corona modes, namely positive glow corona and burst pulse corona are identified. The developed and verified computer model is further used to study corona charging of a 2 mm thick polymeric material sample. Both the mechanism of charge deposition and distribution of deposited charges on the surface are dependent on the mode of the corona discharge used. In the case of glow corona, charge generation is limited to the anode region and the generated charges move towards the sample surface under applied electric field. Thereafter the deposited charge cloud expands radially along a portion of the surface with fairly constant concentration. In the case of burst pulse corona, series of positive charge clouds start from the anode and move towards the sample surface in a wave-like manner. Each burst contributes to the deposited charge, which spreads over the surface less extensively than that observed during glow corona charging.