隨著大型水輪發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的不斷增大和額定電壓等級(jí)的不斷提高,對(duì)大型發(fā)電機(jī)定子線棒絕緣結(jié)構(gòu)和材料的要求也越來(lái)越高。由于定子線棒角部和端部的電場(chǎng)分布十分集中,容易發(fā)生電暈放電,損壞絕緣材料,導(dǎo)致水輪發(fā)電機(jī)的使用壽命大大降低。為了有效均化定子線棒的電場(chǎng),大容量水輪發(fā)電機(jī)定子線棒常采用內(nèi)部屏蔽結(jié)構(gòu)、外部防暈結(jié)構(gòu)和具有非線性電導(dǎo)特性的機(jī)敏材料,該結(jié)構(gòu)和材料的合理設(shè)計(jì)取決于定子線棒在不同內(nèi)屏蔽和防暈結(jié)構(gòu)下電場(chǎng)及損耗的準(zhǔn)確計(jì)算。本文以1000MW水輪發(fā)電機(jī)為研究對(duì)象,對(duì)其定子線棒的參數(shù)化建模及仿真、槽部結(jié)構(gòu)優(yōu)化、端部結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及非線性電導(dǎo)材料的制備等問題進(jìn)行了研究。本文運(yùn)用PTC Creo軟件構(gòu)建了定子線棒的槽部及端部的參數(shù)化幾何模型,然后通過Livelink for PTC Creo模塊將comsol與PTC Creo相連,再使用comsol軟件中的APP開發(fā)器,創(chuàng)建了定子線棒槽部和端部結(jié)構(gòu)電場(chǎng)分布的自動(dòng)仿真系統(tǒng)。當(dāng)使用該仿真系統(tǒng)時(shí),只需輸入發(fā)電機(jī)線棒的結(jié)構(gòu)尺寸、材料屬性和電動(dòng)勢(shì)等相關(guān)參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)建模與仿真計(jì)算。該系統(tǒng)為大電機(jī)定子線棒絕緣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了一種便捷的新方法。本文以0°/360°/0°全換位結(jié)構(gòu)為例,在考慮各股線額定電動(dòng)勢(shì)與漏感電動(dòng)勢(shì)聯(lián)合作用的基礎(chǔ)上,對(duì)槽內(nèi)定子線棒模型進(jìn)行了數(shù)值分析,結(jié)果表明:4種內(nèi)屏蔽類型的最大電場(chǎng)強(qiáng)度都隨著圓角半徑的增大而減小,其中全屏蔽結(jié)構(gòu)均化電場(chǎng)的效果最好,而層壓板結(jié)構(gòu)均化電場(chǎng)的效果最差;當(dāng)內(nèi)屏蔽層的厚度為0.4mm時(shí),其電阻率應(yīng)選擇在0.1至100?·m之間;當(dāng)內(nèi)屏蔽層的電阻率為1?·m時(shí),接觸點(diǎn)的距離在6?18倍的換位節(jié)距(接觸的個(gè)數(shù)在4?10個(gè))之間最為適宜。將3級(jí)防暈結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果與無(wú)防暈結(jié)構(gòu)和線性防暈結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)3級(jí)防暈結(jié)構(gòu)的最大表面切向電場(chǎng)強(qiáng)度最小,與相同防暈段長(zhǎng)度的另外兩種結(jié)構(gòu)相比,分別降低了90%和65%,這說(shuō)明3級(jí)防暈結(jié)構(gòu)對(duì)端部場(chǎng)強(qiáng)的改善效果更明顯。再以防暈層的長(zhǎng)度和電阻值作為自變量、最大切向電場(chǎng)強(qiáng)度作為函數(shù)值,創(chuàng)建了一組訓(xùn)練樣本空間和一組測(cè)試樣本空間。利用訓(xùn)練樣本空間對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練。通過測(cè)試樣本空間驗(yàn)證訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,得到了較好的擬合精度和預(yù)測(cè)精度曲線。將訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與遺傳算法相結(jié)合,得到6組防暈結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方案。通過損耗密度和3倍額定電壓下電場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行校驗(yàn),確定了最優(yōu)防暈結(jié)構(gòu),即中阻層、中高阻層和高阻層的長(zhǎng)度分別為200mm、100mm和90mm;電阻率分別為10~6?·m、10~8?·m和10~(10)?·m。當(dāng)采用最優(yōu)防暈結(jié)構(gòu)時(shí),在額定電壓下最大切向場(chǎng)強(qiáng)為2.3kV/cm、最大損耗密度為0.097W/cm~3,在3倍額定電壓下最大切向場(chǎng)強(qiáng)為3.56kV/cm。最后按照最佳優(yōu)化方案的防暈結(jié)構(gòu)建立了3槽定子線棒模型,以3槽模型代替整機(jī)模型驗(yàn)證了最佳優(yōu)化方案在整機(jī)運(yùn)行時(shí)的可靠性。為了探討微納米復(fù)合材料對(duì)改善線棒絕緣中場(chǎng)強(qiáng)分布的作用,本文以EP為基體,分別制備了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的納米SiC/EP,納米ZnO/EP,微米ZnO/EP,納米SiC/納米ZnO/EP和納米SiC/微米ZnO/EP等非線性電導(dǎo)特性的復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)研究了不同復(fù)合材料電導(dǎo)率隨場(chǎng)強(qiáng)的變化,結(jié)果表明,復(fù)合材料的電導(dǎo)率都隨著無(wú)機(jī)填料含量的增加而增加;當(dāng)微米ZnO與納米SiC的比例為2:3時(shí)(總含量為5wt%),復(fù)合材料的非線性系數(shù)為0.07cm/kV,這與具有相同含量的SiC/EP,微米ZnO/EP和納米ZnO/EP復(fù)合材料相比,非線性系數(shù)分別增大了1.06,2.48和4.83倍。將此微-納米復(fù)合材料添加到內(nèi)屏蔽層與主絕緣之間,構(gòu)成了雙層屏蔽結(jié)構(gòu),通過仿真計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn):在三倍額定電壓下定子線棒角部最大電場(chǎng)強(qiáng)度與單層內(nèi)屏蔽結(jié)構(gòu)相比下降了17%,而且在額定電壓下其介質(zhì)損耗變化不大。
【學(xué)位單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM312
【部分圖文】：

面上各加一層厚度為 0.5mm 的半導(dǎo)體層壓板。為了使層壓板上的電位與股線保持一致，需要在層壓板上每隔一定的距離鉆一個(gè)直徑約為 5mm 的孔，并用相同電導(dǎo)率的半導(dǎo)體膩?zhàn)犹畛�，從而均化了定子線棒窄面換位處的電場(chǎng)分布；加拿大 GE 公司也是先將線芯壓制成型，然后在成型線芯的四個(gè)角部打磨倒角，并在倒角處均勻地涂刷一層厚度約為 0.1mm~0.2mm 的半導(dǎo)體漆，最后再包環(huán)氧云母帶作為主絕緣；奧地利 ELIN 公司是先在成型線芯的窄面上各焊接一片厚度約為 0.05mm 的銅片，然后在整體包繞一層半導(dǎo)體帶，最后再包繞主絕緣云母帶并將線棒整體加熱固化成型。各種內(nèi)屏蔽結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示。(a) SIMENS 公司的內(nèi)屏蔽結(jié)構(gòu) (b) ABB 公司的內(nèi)屏蔽結(jié)構(gòu)

物形成大量的界面相互作用區(qū)域，大多數(shù)學(xué)區(qū)別于納米粒子和聚合物基體的特殊性能，。mersley 在 1957 年首次提出了滲流理論，主的流動(dòng)。后來(lái)的研究表明，復(fù)合型導(dǎo)電高分復(fù)合材料的電阻率隨場(chǎng)強(qiáng)的變化有兩個(gè)階段率隨外加場(chǎng)強(qiáng)的增大基本不變；第二個(gè)階段，復(fù)合材料的電導(dǎo)率會(huì)急劇增加，這種現(xiàn)象為閾值場(chǎng)強(qiáng)[91,92]。94]和 J.K.Nelson[95,96]等研究學(xué)者提出，界面ouble layer)。納米粒子受到電場(chǎng)的作用，在由于極化作用在納米粒子外部積聚，形成屏子受到庫(kù)侖力的作用會(huì)發(fā)生一定程度的遷移 1-3 所示的介電雙層結(jié)構(gòu)。相比于聚合物基當(dāng)復(fù)合材料中納米粒子相鄰太近，發(fā)生介部分也就是具有較好導(dǎo)電能力的導(dǎo)電通道。，復(fù)合材料的絕緣能力也會(huì)隨之發(fā)生改變。

圖 1-4 納米復(fù)合材料中的多核模型Fig.1-4 Multi-nuclear model in nanocomposites究的主要內(nèi)容的文獻(xiàn)資料，發(fā)現(xiàn)目前大型水輪發(fā)電機(jī)主絕緣和端部電場(chǎng)的計(jì)算，以及通過調(diào)構(gòu)，本文針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外大電機(jī)主絕緣屏蔽結(jié)構(gòu)與材料對(duì)主絕緣電場(chǎng)分布的影結(jié)構(gòu)，并開發(fā)研制出新型的微-納米復(fù)具體研究?jī)?nèi)容如下：reo 軟件構(gòu)建定子線棒槽部及端部的參的 APP 開發(fā)器與 PTC Creo 聯(lián)合創(chuàng)建，從而實(shí)現(xiàn)定子線棒全參數(shù)建模及數(shù)值子線棒自動(dòng)仿真系統(tǒng)建立仿真模型，以各股線的漏感電動(dòng)勢(shì)，并將其施加在對(duì) 種內(nèi)屏蔽結(jié)構(gòu)均化場(chǎng)強(qiáng)的效果。從電場(chǎng)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2812369