摘要: 定子线棒是高压电机电、热、机械和环境等多重应力集中的核心部件之一。据统计，绝缘故障占水轮发电机故障的56％，而定子绝缘故障占绝缘故障的三分之二，定子线棒性能对发电机的稳定运行有很大的影响。定子线棒一旦发生问题，会导致发电机停机，甚至... 展开 定子线棒是高压电机电、热、机械和环境等多重应力集中的核心部件之一。据统计，绝缘故障占水轮发电机故障的56％，而定子绝缘故障占绝缘故障的三分之二，定子线棒性能对发电机的稳定运行有很大的影响。定子线棒一旦发生问题，会导致发电机停机，甚至引起定子绕组损毁事故，造成重大的经济损失。因此，提高高压电机定子线棒的电性能，是保证发电机稳定运行和提高寿命的重要手段。本文系统研究高压电机定子线棒绝缘结构的优化方法，建立评判定子线棒性能的电寿命快速评估方法，有效提高定子线棒及绕组的电性能和运行稳定性。 对高压电机定子线棒槽部主绝缘结构优化进行系统研究。建立圆角电极结构下内圆角半径与电场不均匀系数的新经验模型，在此基础上确定了定子线棒主绝缘厚度的计算方法，得到主绝缘结构参数与线棒电寿命的关系。以电寿命为目标函数、线棒尺寸和槽满率为约束条件，基于遗传算法提出一种线棒绝缘结构优化方法，得到了最优线棒主绝缘的结构参数，有效优化主绝缘内部电场，提高定子线棒电寿命。通过有限元方法与Nelder-Mead优化算法相结合，建立一种新型主绝缘双层优化结构，线棒内部电场进一步优化。制备两种主绝缘材料和模拟线棒进行试验，验证了所提双层主绝缘复合结构优化方法的正确性。 对高压电机定子绕组端部电场进行分析和结构改进。得到同相和异相绕组的斜边电场解析式，提出定子线棒端部新型主绝缘结构:端部主绝缘减薄结构和主绝缘外圆角增大结构，分析两种新型结构对定子线棒内部电场和外部电场的影响，在不影响线棒性能的情况下大幅降低绕组端部外电场，提高绕组起晕电压水平。通过搭建1000MW、24kV等级水轮发电机模拟绕组试验平台，进行紫外电晕试验，端部主绝缘减薄线棒的起晕电压提高了20％，外圆角半径增大线棒的起晕电场提高了45％，有效改善真机绕组起晕电压水平，提高高压电机定子绕组的稳定性。 对定子线棒的端部防晕结构优化进行系统研究。分析不同防晕材料和结构的优化效果，得到两段防晕结构非线性系数的优化范围。基于传统防晕结构的局限性，提出基于阻值连续变化的新型防晕优化方法，该防晕优化方法能够在现有多段非线性防晕优化基础上，进一步优化线棒端部电场。提取防晕材料的非线性系数，设计优化防晕结构，通过定子绕组的起晕试验，验证绕组起晕电压提高了15％，防晕优化效果显著。 建立电机线棒电应力试验寿命预测的通用数学模型，得到电老化试验、电击穿试验和阶梯击穿试验的寿命评估方法，对阶梯击穿试验的击穿电压和时间进行了预估和试验验证，通用性很好。在分析IEC标准和威布尔分布方法基础上，得到两组同类试验、电老化和电击穿试验的威布尔分布参数关系，进一步得到两种试验威布尔概率直线的关系，建立新型定子线棒电寿命快速评估方法和评估流程，试验时间仅为传统评估时间为2.6％左右，实现对不同类型试验电寿命和分布状态的快速评估。通过模拟线棒电性能试验，对预估数据与试验数据进行了对比，验证了电寿命快速评估方法的正确性。 收起