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《东方电机）２ｏｏ２年第３０卷第１期 提高发电机绝缘表面放电电压的途径 刘槛 摘要本文通过对发电机及线圈端部承受高电压时的电场进行分析，并通过试验说 明放电电压的影响因素及提高放电电压的措施。 关键词发电机绝缘放电电压滑闲 随着发电机制造技术的不断提高，发电 机容量越来越大，电压越来越高。由于额定 电压的不断提高，随之而产生的绝缘问题也 就越发突出，本文着重就高电压对发电机端 部带来的影响进行分析。 发电机绝缘除线圈直线槽内部分将承受 试验电压和运行时的额定电压外，发电机端 部（包括线圈端部、引线、绝缘支架等） 也将承受这个电压的考验。特别是在线圈下 线过程中的工序试验时，试验电压对各部分 绝缘同时进行着严格的考验，此时如果绝缘 状况不良，将导致试验时产生放电致使试验 无法进行，严重的甚至将损坏被试电机而造 成不必要的损失。另外近年来发电机端部及 引出线部分的故障越来越多，其中大多数是 由于放电引起的。这类事故一旦发生将对电 力系统造成巨大的损失。因此研究发电机端 部受电压作用时的放电情况，对发电机顺利 通过耐电压试验并长期承受工作电压的考验 起着积极的指导作用。 ２表面放电简介 采稿时问：２００１年１２月１７日 绝缘结构的沿面放电通常有３种情况： （１）绝缘表面与电极间电极是平行的即 电场分布是均匀的； （２）电场分布基本平行，但有弱的垂直 于表面的分量存在： （３）电极布置有很强的垂直于绝缘表面 的电场。 工程上通常遇到的是后两种情况，如发 电机中的绝缘支架、水内冷电机的绝缘引水 管等都是具有弱垂直分量的绝缘结构；而像 发电机线圈端部、引线、出线套管等都是具 有强垂直分量的绝缘结构。因此我们着重对 这两种结构进行分析研究。 这两种绝缘结构的放电过程有着很大的 区别，特别是在交变电场的作用下。后一种 绝缘结构其表面容将起重要作用。这种绝缘 结构的沿面放电就是我们通常所称的“滑 闪放电”。 滑闪放电与其他形式的沿面放电不同之 处在于其绝缘结构中有着强的垂直于绝缘表 面的电场。介质的表面电容受这个电场的影 响将使介质表面的放电电压明显降低。滑闪 维普资讯 http://www.cqvip.com
１ＯＯ 放电的通道内电流密度较大，电压降也较 大。随着电压的升高，滑闪放电的长度增长 很快，当放电达到另一极就形成闪络。 对于发电机线圈而言，无论是试验还是 运行时，都是电极的边缘即出槽口处电场最 强，因而通常在此处开始首先出现电晕。电 压升高到一定程度后，放电发展成弥散的带 状放电。这时的发光仍比较弱，带状放电的 长度随着电压的上升而增加。再升高电压超 过某一值时个别处将发展出树枝状的明亮火 花，出现的位置会沿着电极的边缘不断跳 动，继续升高电压，其长度会急剧增加，甚 至到达另一极而发生闪络。从大量的试验中 总结出：滑闪放电与起始放电场强成正比， 与电源频率、表面电阻率、表面电容成反 比，而与电极间距离无直接的关系。由于这 种特殊的结构形式，使得在相同距离下具有 强垂直分量的绝缘结构较其他形式的绝缘结 构放电电压低，且增大电极间距离并不能相 应地提高放电电压。其放电电压与距离呈明 显的非线性关系。 理论分析告诉我们，发电机线圈这种结 构的表面闪络通常分为４个阶段： （１）在线圈槽口电场最强处首先发生电 晕： （ｚ）随电压升高放电发展成弥散的带状 放电： （３）继续升高电压，形成树枝状的明 亮火花，并沿电极边缘不断跳动，即我们通 常所称的“滑闪放电” （４）若再升高电压将使电火花连通两极 形成闪络。 由于绝缘表面的白恢复功能，第（１） （２）阶段的放电对绝缘的危害相对不大。 而第（３）（４）阶段即滑闪放电和闪络对绝 缘有相当大的危害。所以我们既需要提高绝 缘的滑闪放电电压，更必须沿面闪络的 发生 《东方电机）ｚｏｏ２年第３ｏ卷第１期 由于具有强垂直分量的绝缘结构的放电 电压最低，所以我们通过对３种不同表面状 况的试验线圈进行试验，测量其端部沿面闪 络电压与放电距离之间间的关系。３种不同 表面状况的试样分别为： （１）线圈成型后无表面处理； （２）在成型线圈上进行高、低电阻防 晕处理； （３）在防晕处理后的线圈上进行绝缘 覆盖处理 从试验结果可以看出，放电电压与放电 距离的关系曲线呈不断的饱和趋势。说明放 电距离的加大并不能相应地提高闪络电压； 同时发现闪络电压的大小与线圈表面电阻率 的大小成正比，即表面电阻越大则闳络电压 越高；而滑闪放电电压与表面电阻率呈反 比，即表面电阻越大则滑闪放电电压越低 试验中还发现，第一种类型的试样其滑闪放 电电压较另外两种结构低许多（约４ｋＶ．另 两种均大于８ｋＶ） 综上分析可以看出，绝缘表面电阻小虽 抑制了滑闪放电的发生，但沿面闪络电压将 降低且表面泄漏电流也会相应增大；若表面 电阻竟［大则容易产生滑闪放电。持续的滑闪 放电与沿面闪络一样都将对绝缘造成一些不 可逆转的劣化。并可能因此而诱发更大的事 故发生。 ３提高放电电压的途径 提高承受电压的绝缘结构的放电电压， 既要防止滑闪放电的发生，又要提高绝缘表 面的闪络电压，从理论分析和试验结果中都 可以看出，要解决好这个矛盾可以从以下几 个方面人手： （１）选择合适的绝缘材料和合理的工 艺使绝缘表面承受的电位差尽量降低。 （２）设计合理的绝缘结构，使绝缘表 维普资讯 http://www.cqvip.com
《东方电机｝２００２年第３Ｏ卷第１期 １０１ 面电场的垂直分量尽可能减小，以改善电场 分布，提高表面放电电压。 （３）对绝缘表面进行适当的表面处理 调整表面电阻值，这种方法主要用于具有强 垂直分量的绝缘结构。如电机线圈端部、出 线套管、引出线的各连接部位。特别像汽轮 发电机鼻端绝缘盒附近，近年来多次发生事 故，均造成重大损失。其中大多数是由于这 些部位绝缘不良，产生滑闪放电进而发展成 闪络酿成的结果。若对几个关键部位进行表 面处理，即可大大减少由滑闪放电诱发的事 故。 认真开展了这些工作，将可很好地提高 绝缘结构表面的放电电压。既可保证预防性 试验的正常进行，又能为电机今后的安全、 正常运行打下坚实的基础。 《东方电机》设置卷次启事 经研究决定，《东方电机》杂志自２００２年起设置卷次，每年出版的各期合为一卷。现 将《东方电机》１９７３年创刊至２００１年的卷次、出版年、期次Ｉ￣ｘ－，ｒｉｇ关系列表如下： 卷次 １ ２ ３ ４ ５ ６ 出版年 １９７３ １９７４ １９７５ １９７６ １９７７ １９７８ 期 １，２ 次 卷次 １６ １７ １８ １９ ２０ ２１ ２２ ２３ ２４ ２５ 出版年 １９８８ １９８９ １９９Ｏ １９９１ １９９２ １９９３ １９９４ １９９５ １９９６ １９９７ 期 次 １，２，３，４ １，２，３，４ １，２，３，４ １．２，３，４ １，２．３，４ １，２，３，４ １，２，３，４ １，２，３．４ １，２，３．４ １，２，３，４ １，２，３，４ １，２，３，４ １，２，３ １，２ １，２ ７ ８ ９ １Ｏ ｌｌ １２ １３ １４ １５ １９７９ １９８０ １９８１ １９８２ １９８３ １９８４ １９８５ １９８６ １９８７ １，２，３，４，５ １．２，３，４ １，２，３，４ １，２，３ １，２—３，４ １—２．３ １，２，３，４ １—２．３，４。 １，２，３．４ ２６ １９９８ １，２，３，４ ２７ ２８ ２９ ｌ９９９ ２０ｏ０ ２００１ ’ １，２，３，４，增刊 １，２，３，４ １，２，３，４ 《东方电机）鳊辑部２００２年３月
