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金属杂质侵蚀下的大型发电机定子线棒绝缘劣化机理

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西安交通大学学报 2022年第6期56卷 104-111,194页

作者：刘凌张宇靳东松娄建勇西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049 西安交通大学电气工程学院西安710049

为揭示大型发电机全工况域内金属杂质侵蚀定子线棒环氧云母绝缘层的耦合机理,对金属杂质颗粒与定子绝缘层高应变下的材料介损进行了电磁-机械-温度多场有限元模拟与实验分析。在矢量磁位的有旋场下,构建含球型金属杂质的线棒与铁芯槽电... 详细信息

为揭示大型发电机全工况域内金属杂质侵蚀定子线棒环氧云母绝缘层的耦合机理,对金属杂质颗粒与定子绝缘层高应变下的材料介损进行了电磁-机械-温度多场有限元模拟与实验分析。在矢量磁位的有旋场下,构建含球型金属杂质的线棒与铁芯槽电磁-机械参数化模型,赋特征单元类型及空气域奇对称边界条件;利用矩阵等交互顺序耦合法,对该模型的体力密度值和非线性瞬态施力行为进行施力渐变分析;研究定子线棒端部环氧绝缘层相变与微观损耗增量,得出金属杂质研磨绝缘层的形变特征值及应力特征值范围;建立含球型金属杂质的电磁-温度模型,运用单向磁热耦合方式进行热侵蚀计算,得出杂质接触面的温度场范围。采用交变磁场下金属研磨实验对线棒切面绝缘层进行模拟施力验证,并对样本采用扫描电镜观测。实验与仿真结果表明:金属杂质焦耳损耗引起的异常温升不足以对环氧绝缘层造成短时热侵蚀;由杂质研磨侵蚀使环氧分子链发生断裂导致云母片缺陷加剧的机械过程是定子线棒绝缘劣化的主因。本文研究可为发电机定子线棒主绝缘的状态监测与故障诊断提供一定的参考。

关键词：大型发电机定子线棒绝缘劣化有限元分析扫描电镜

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定子线棒主绝缘介电常数计算原理和试验方法

哈尔滨理工大学学报 2023年第4期28卷 127-132页

作者：陈丽颖兰文宝哈尔滨学院电子工程系哈尔滨150076

定子线棒主绝缘在运行中承受多重应力联合作用,其介电性能对保证发电机安全运行具有重要影响。根据复合材料介电常数计算理论,建立了发电机定子线棒主绝缘的简化模型,给出了主绝缘介电常数的计算方法,结合各种材料的参数和含量得到了主... 详细信息

定子线棒主绝缘在运行中承受多重应力联合作用,其介电性能对保证发电机安全运行具有重要影响。根据复合材料介电常数计算理论,建立了发电机定子线棒主绝缘的简化模型,给出了主绝缘介电常数的计算方法,结合各种材料的参数和含量得到了主绝缘介电常数的理论分析值。通过分析得到了适用于圆角电极结构的发电机定子线棒主绝缘介电常数试验计算方法,根据定子线棒尺寸参数和试验得到的电容量,可推算主绝缘的实际介电常数。在此基础上,通过模拟线棒介电常数试验和理论分析结果对比,验证了所提方法的准确性。

关键词：定子线棒主绝缘介电常数复合材料

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定子线棒绝缘受潮对频域介电谱影响实验研究

绝缘材料 2020年第10期53卷 103-107页

作者：韩英喆王安东孙福春王继豪刘骥哈尔滨理工大学工程电介质及其应用教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150080 国网山东省电力公司电力科学研究院山东济南250002

大型发电机定子线棒主绝缘受潮是导致电机绝缘受损的重要因素之一,为探究环境湿度对电机主绝缘特性的影响,制作了不同厚度的绝缘试样,测试老化前后绝缘试样在不同环境湿度下受潮后的介质损耗特性。提出采用测试频域段的介质损耗因数积... 详细信息

大型发电机定子线棒主绝缘受潮是导致电机绝缘受损的重要因素之一,为探究环境湿度对电机主绝缘特性的影响,制作了不同厚度的绝缘试样,测试老化前后绝缘试样在不同环境湿度下受潮后的介质损耗特性。提出采用测试频域段的介质损耗因数积分值作为绝缘状态评估的特征参量,同时研究试样绝缘厚度和受潮程度对频域介电谱和频域介质损耗因数积分谱的影响和变化规律。结果表明:老化不会对绝缘受潮的介质损耗特性带来影响;随着频率升高,定子线棒绝缘的介质损耗因数逐渐降低;绝缘受潮程度较低时介质损耗因数曲线随频率增大具有相似的变化趋势;介质损耗因数积分值和频率的关系曲线具有饱和性。10-3 Hz处的介质损耗因数积分值与湿度具有线性相关;从理论上分析,厚度对介质损耗特性没有影响,但受限于制作工艺,试样内部空气无法完全排除,随着厚度增加介质损耗因数下降。

关键词：频域介电谱介质损耗因数积分谱环氧云母复合绝缘定子线棒

发电机定子线棒主绝缘机械冲击损伤失效诊断研究

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发电机定子线棒主绝缘机械冲击损伤失效诊断研究

作者：冯钜西华大学

学位级别：硕士

大型高压电机的定子线棒主绝缘材料的质量会决定一个高压机组运行的稳定性。定子线棒主要采用多胶模压和少胶浸渍等工艺用云母带对定子线棒导体进行包裹成型,使得定子线棒具有良好的绝缘性能。但是定子线棒在制造、运输、运行和检修等... 详细信息

大型高压电机的定子线棒主绝缘材料的质量会决定一个高压机组运行的稳定性。定子线棒主要采用多胶模压和少胶浸渍等工艺用云母带对定子线棒导体进行包裹成型,使得定子线棒具有良好的绝缘性能。但是定子线棒在制造、运输、运行和检修等过程中容易受到不同程度的机械冲击损伤,使定子线棒主绝缘材料引入缺陷造成电机事故。据引发电机事故的因素统计,其中由绝缘系统引起的事故超过一半。大型高压电机机组是一个庞大且复杂的系统,一旦因绝缘故障停转,不仅会使电力系统面临瘫痪,还会造成巨大的经济损失,因此对定子线棒主绝缘材料进行损伤程度评估是至关重要的。目前对定子线棒损伤评估的方法很多,但还鲜见专门对定子线棒主绝缘材料受机械冲击损伤影响的研究。本文以应用广泛的改性桐马环氧多胶云母板作为测试对象,通过仿真模拟平台模拟工程实际中的机械冲击缺陷,对试样和冲头的冲击模型进行建模和优化,对相应的机械冲击损伤程度进行量化,并分析冲击强度与冲头结构对等效应力-应变的影响。模拟结果表明:冲头端部与试样的接触面积越大,对定子线棒主绝缘材料产生的等效应力-应变越大;当冲击强度分别达到58.8k J/m和78.4 k J/m后,定子线棒主绝缘材料受到的平均等效应力和平均等效应变趋于稳定;冲头端部与试样的接触面积越小,对定子线棒主绝缘材料产生的等效应力-应变越小,定子线棒所受到的等效应力应变更加集中在较小的区域,更容易导致定子线棒主绝缘材料产生失效缺陷。依据在工程应用中存在的机械冲击损伤状况设计了九种不同结构的冲头,借助改良的冲击仪在不同冲击强度下对固化的云母板引入不同受损程度的缺陷,再对带有不同缺陷的试样进行电应力加速,测试每种缺陷对绝缘性能的影响。结果显示:定子线棒主绝缘材料结构性能、冲头接触面积和冲击强度三者共同决定了其受机械冲击时物理结构和电气性能的变化规律;端部面积更小和具有棱角的冲头更容易损耗定子线棒主绝缘材料的使用寿命;在定子线棒生产、安装、维修和正常工作中,应避免尖锐物、棱角碰撞和较大冲击。对试样各种状态进行了检测,进一步探究机械冲击对绝缘材料内部结构的影响。得出结果显示:不同损伤程度的机械冲击会使得绝缘材料结构发生改变,如:玻璃布或云母混合层断裂、层间分离和产生空气间隙等,都会造成绝缘材料的绝缘性能下降;在应力加速下,定子线棒主绝缘材料会根据受损程度被逐步碳化。对所得的实验数据进行汇总分析,总结其中的变化规律,探究机械冲击损伤深度和广度对定子线棒主绝缘材料绝缘性能的影响,使用函数模型对变化规律转化为估算等式,采用估算等式和其它数据图可以对未来评估此类机械损伤提供方法参考。通过仿真模拟和实验结合的方式,对发电机定子线棒主绝缘机械冲击损伤失效进行系统性研究,对预测、减小和避免此类损伤带来严重危害和损失有着重大意义。

关键词：定子线棒绝缘材料机械冲击仿真分析电气性能

采用混合核函数支持向量机算法的大型发电机定子线棒绝缘状态评估方法

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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西安交通大学学报 2020年第6期54卷 44-50页

作者：张跃梁智明胡波张莹李志成刘凌东方电气集团东方电机有限公司四川德阳618000 西安交通大学电气工程学院西安710049

为解决大容量发电机定子线棒的绝缘状态难以评估的问题,提出了一种采用混合核函数支持向量机算法的大型发电机定子线棒绝缘状态评估方法。该方法根据多因子老化试验平台,得到能表征定子线棒绝缘老化状态的非破坏性特征参量如吸收比、介... 详细信息

为解决大容量发电机定子线棒的绝缘状态难以评估的问题,提出了一种采用混合核函数支持向量机算法的大型发电机定子线棒绝缘状态评估方法。该方法根据多因子老化试验平台,得到能表征定子线棒绝缘老化状态的非破坏性特征参量如吸收比、介质损耗、介损增量等在不同周期下的数值,并通过计算皮尔逊相关系数进一步验证上述非破坏性参量在数值上与剩余击穿场强的显著相关性;然后采用混合核函数支持向量机算法建立定子线棒非破坏性特征参量与剩余击穿场强的映射关系模型,预测出定子线棒剩余击穿场强;最后结合层次分析法及上述支持向量机算法的预测结果实现了对发电机定子主绝缘状态的评估。数值仿真结果表明:与传统单核函数支持向量机预测算法相比,基于混合核函数支持向量机和层次分析法的评估方法弥补了单核核函数预测结果不收敛的缺陷,对剩余击穿场强的识别准确率达到97%,该方法表现出了较强的状态评估能力。

关键词：发电机定子线棒非破坏性特征参量支持向量机状态评估

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水轮发电机定子线棒故障产气规律研究

绝缘材料 2023年第11期56卷 80-86页

作者：胡蝶莫凡魏加达李康万留杰五凌电力有限公司湖南长沙410004 国家电力投资集团水电产业创新中心湖南长沙410004 中国科学院电工研究所北京100190 河南工学院电缆工程学院河南省线缆结构与材料重点实验室河南新乡453000

研究水轮发电机定子线棒在高温和局部放电作用下的产气规律,可以为基于分解气体法的水轮发电机绝缘老化状态监测提供依据。针对水电站实际使用的定子线棒,搭建了高温热解实验平台,对100、120、150、250℃下的定子线棒热解气体进行了研究... 详细信息

研究水轮发电机定子线棒在高温和局部放电作用下的产气规律,可以为基于分解气体法的水轮发电机绝缘老化状态监测提供依据。针对水电站实际使用的定子线棒,搭建了高温热解实验平台,对100、120、150、250℃下的定子线棒热解气体进行了研究;搭建了定子线棒局部放电实验平台,对定子线棒局部放电下的臭氧生成规律进行了研究。结果表明:CO和CO_(2)适合作为定子线棒高温故障的早期特征气体;当定子线棒表面发生局部放电时,臭氧浓度与放电电压和放电时间有相关性;在同样放电条件下,半导电硅胶产生的臭氧浓度生成速率更大,具有更强的抗电晕性能,在定子槽中填充半导电硅胶有利于定子线棒的安全运行和在线监测。

关键词：定子线棒热解局部放电分解气体法

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定子线棒防晕区温升机理和检测分析方法

大电机技术 2019年第5期 9-14页

作者：孙永鑫付强哈尔滨大电机研究所哈尔滨150040 水力发电设备国家重点实验室(哈尔滨大电机研究所) 哈尔滨150040 哈尔滨理工大学工程电介质及其应用教育部重点实验室哈尔滨150080

交流电气试验时,定子线棒端部温升现象明显,可使用红外热像装置进行温度检测。本文系统介绍了交流电气试验时定子线棒防晕温度的产生机理和检测分析方法,具体包括线棒温升机理、电热耦合计算方法、红外热成像试验方法和防晕温度参考评... 详细信息

交流电气试验时,定子线棒端部温升现象明显,可使用红外热像装置进行温度检测。本文系统介绍了交流电气试验时定子线棒防晕温度的产生机理和检测分析方法,具体包括线棒温升机理、电热耦合计算方法、红外热成像试验方法和防晕温度参考评判准则,为线棒防晕温度的研究提供参考。通过制定防晕温度红外热成像检测的具体试验方法和步骤,为准确有效检测线棒温度提供依据。根据实际经验和理论分析,提出了分析线棒温度的基本准则,指导防晕优化设计。

关键词：定子线棒防晕温度红外热像参数化建模电热耦合

电老化对大型电机定子线棒主绝缘频域介电谱特性的影响

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高电压技术 2022年第11期48卷 4255-4263页

作者：陈庆国赵寒付强哈尔滨理工大学工程电介质及其应用教育部重点实验室哈尔滨150080 哈尔滨大电机研究所哈尔滨150040 水力发电设备国家重点实验室哈尔滨150040 国家水利发电设备工程技术研究中心哈尔滨150040 哈尔滨电机厂有限责任公司哈尔滨150040 哈动国家水力发电设备工程技术研究中心有限公司哈尔滨150040

为研究电老化对大型电机定子线棒主绝缘频域介电谱特性的影响,对不同电老化状态下的少胶真空压力浸渍(vacuum pressure impregnation,VPI)少胶绝缘和多胶模压(resin-rich molding,RRM)多胶绝缘进行频域介电响应测试,利用扫描电镜(scanni... 详细信息

为研究电老化对大型电机定子线棒主绝缘频域介电谱特性的影响,对不同电老化状态下的少胶真空压力浸渍(vacuum pressure impregnation,VPI)少胶绝缘和多胶模压(resin-rich molding,RRM)多胶绝缘进行频域介电响应测试,利用扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)和傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)对电老化前后主绝缘试样的微观结构和化学成分变化进行分析,并采用Havriliak-Negami弛豫模型对复介电常数进行拟合分析,以探究介电谱随电老化时间增加的变化规律。试验结果表明:电老化后绝缘介质结构发生破坏,极性基团数量增加,界面极化和偶极子转向极化作用得到增强,从而使电老化后VPI和RRM主绝缘的介电性能,如复介电常数实部ε′和虚部ε″以及介损因数tanē在低频区大幅上升;VPI少胶和RRM多胶绝缘体系受电老化影响程度不同,VPI绝缘结构劣化更为严重,而RRM绝缘极性基团增量更多;对电老化前后复介常数分析结果表明,界面极化弛豫强度Δε2数值远远大于偶极子极化弛豫强度Δε1,其在绝缘介质整体松弛极化强度中占主导地位,可通过Δε2分析主绝缘的老化程度,研究成果可为评估电机定子线棒主绝缘老化状态、分析电老化机理提供参考。

关键词：大型电机定子线棒真空压力浸渍绝缘多胶模压绝缘电老化频域介电谱

热老化对发电机定子线棒用环氧-云母绝缘频域介电特性的影响

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高压电器 2021年第1期57卷 94-99页

作者：杨敏王新童小忠江铁徐星陈向荣浙江浙能技术研究院有限公司杭州311121 浙江省火力发电高效节能与污染物控制技术研究重点实验室杭州311121 浙江大学电气工程学院浙江省电机系统智能控制与变流技术重点实验室杭州310027

为了研究热老化对发电机定子线棒用环氧-云母绝缘频域介电特性的影响,在170℃环境下对线棒样段进行加速热老化试验,老化时间分别为0、7、14、21 d.通过频域介电谱法测试了不同老化时间试样的频域介电谱,分析了老化时间对介质损耗和相对... 详细信息

为了研究热老化对发电机定子线棒用环氧-云母绝缘频域介电特性的影响,在170℃环境下对线棒样段进行加速热老化试验,老化时间分别为0、7、14、21 d.通过频域介电谱法测试了不同老化时间试样的频域介电谱,分析了老化时间对介质损耗和相对介电常数的影响;采用扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱对环氧-云母绝缘体系老化前后的微观形貌和化学结构等理化特性进行表征。结果表明:在老化前期,由于绝缘体系固化交联结构得到加强,极化强度减弱,导致介质损耗和相对介电常数与未老化试样相比有所下降;随着老化时间变长,老化程度增大,绝缘体系的大分子链出现热氧分解,粉云母层也开始出现裂解,产生大量极性游离基团,从而导致介质损耗和相对介电常数增大,同时长时间的老化也会使绝缘体系出现分层、剥离等劣化现象;环氧-云母绝缘的介电谱随着频率增大而减小,未老化和短时间老化的试样在低频段会出现松弛区;高频下介质损耗和相对介电常数虚部受到老化程度影响较小,不同老化时间试样差别不大。

关键词：热老化定子线棒环氧-云母绝缘频域介电特性