大型汽輪發電機出租定子端部防暈材料和結構的研究

前言上海是我國核電站成套設備研制和生產的最大定點基地?！笆濉逼陂g，上海將研制1000mw核電機組，其中發電機出租的定子額定電壓將達到27kv，接近大型汽輪發電機定子電壓的臨界值，在這樣高的電壓下影響發電機可靠性的關鍵技術之一是定子端部的防暈問題。為配合上海汽輪發電機公司研制1000mw汽輪發電機的任務，我們對定子端部防暈材料和防暈結構作了初步探索。
從事絕緣材料與絕緣技術的科研與教學工作uel：1非線性半導電防暈材料定子端部防暈層有漆模型和包帶型兩種。本次研究采用漆膜防暈層，在改性醇酸樹酯漆中加入碳化硅、氧化鋅等非線性半導電材抖以及炭黑、石墨等電阻調節材料，通過調節漆膜的非線性系數和電阻率，以達到優化防暈層結構的目的。
在發電機出租定子端部外屏防暈處理中，是利用碳化硅非線性電阻來改善出槽口處的電場，因此采用電阻率隨電場強度的變化的關系式更為直觀：當測量碳化硅微粉時，電阻率以體積電阻率來表示：當測量碳化硅半導電漆膜時，電阻率以表面電阻率來表示：因此，由以上幾個式子，可以測試不同電場強度下的電阻率的值，并根據所得數據繪制電場強度與電阻率的關系圖。然后，對曲線進行直線擬合，所得直線在縱軸（縱軸為電阻率）上的截距即為電場強度為零時的電阻率值內，而直線斜率的絕對值即為非線性系數p.之所以求出電場強度為零時的電阻率，是為了方便地進行比較，因為一般而言，各廠家都用零值時的電阻率來進行比較計算端部電場分布。
由于漆基的存在，碳化硅漆膜的非線性半導電性能與碳化硅微粉不盡相同，另外，在漆膜的測試過程中，四種碳化硅微粉雖然在高場強下表觀出較好的非線性特征，但在醇酸樹脂的環境中，卻得不到良好的半導電非線性3單獨由碳化硅微粉與醇酸樹酯漆基組成的碳化硅漆睽沒測得較低的電阻宇和較大的非線性系數。因此，需要對其進行改性。主要方法娃加入電阻率較低的物質。它們-般是膠體石墨和導電碳黑，在這里。我們僅給出膠體石墨配制的碳化硅漆膜的測試結果，測試計算結果列在表1.去1體3rt性碳化ft泫聘編號線性電阻宰p、導電碳黑又稱為乙塊黑，即乙訣燃燒不完全時所形成的碳黑顆粒。導電碳黑的顆粒非常細小。在漆基中易于漂浮，但它能夠較大幅度地降低碳化硅漆膜的電阻率和提高非線性系數。表3中列出了加入碳黑后的碳化硅漆膜非線性半導電特性參數。
加入碳黑，能夠降低線性電阻率，但同時也使碳化硅漆膜的非線性系數發生變化。我們認為，由于碳化硅微粉的顆粒大小不同，碳黑加入后，在碳化硅微粉之間填充了大量的碳黑顆粒；而一般認為，碳黑本身是線性導電物質。另外，碳黑易于漂浮，對測試結果有較大的影響，漆膜的組成列在表2中，漆膜的測試結果列在表3中。
表2碳化硅漆膜的組成編號碳化硅種類漆基碳黑表3碳化硅漆膜的非線性半導電擰性測試u數編號線性電阻宰（⑴非線性系數（cm/kv）表4給出了氧化鋅漆膜的些數據。與膠體石墨配制的碳化硅漆膜相同，在這里僅列出漆膜的有關參數。
同樣的漆基，氧化鋅漆膜能夠表現出非線性半導電特性，而發電機出租碳化硅漆膜卻由于電阻率太高而無法測試，所以只能對碳化硅漆膜進行改性；這也部分地說明了氧化鋅的良好非線性半導電特性。
表4氧化鋅漆膜非線性半導電特性編號線性電阻率ps非線性系數3在探索用低電阻率物質來改性碳化硅漆膜的非線性半導電特性的同時。我們又將一些這樣的材料復合起來，共同作為碳化硅漆膜的組成部分。由于每次涂刷時情況不盡相同，所得到的結果并不完全如意料之中，這也是為什么國內廠商普遍采用-次固化成型或半固化成型的防暈工藝的原因所在。一次固化成型工藝或半固化成型工藝雖然比涂刷工藝要復雜，但工藝的穩定性好，所以，在目前國內的技術水平條件下，采用一次同化成型工藝或半固化成型工藝可以有效地防止電暈的發生。
表5碳化硅漆膜的組成試樣編號非線性物質碳黑漆基碳化硅氧化鋅有關漆膜的組成列在表5屮則試結果列在表6中，要指出的是，這里我們僅使用標號為dc的漆基進行了嘗試，效果并不理想。
表6非線性半導電持性的測試結果試樣編號線性電阻率p（n）非線性系數p可以看出，隨著氧化鋅量的增多，非線性系數在變大，之所以沒能達到實用的要求，分析主要原因是在漆基和涂刷工藝上。國內許多廠家使用環氧樹脂作為防暈涂料的漆基，從有關資料上來看，碳化硅漆膜線性電阻率及非線性系數與碳化硅產地、批次、漆基種類、涂刷工藝、測試條件、測試環境都有關系，這也是為什么直到現在還沒碳化硅防暈漆膜測試規范的根本原因所在。
2防暈結構我們將測試得到的數據輸入到“大型發電機碳化硅防暈涂層計算軟件”中進行計算以驗證漆膜是否合適，并將高阻與中阻漆睽配合使用，就可以得到一幅電壓、電場強度及損耗分布的圖形。
電場強度：發電機出租最大場強不大于9.lkv/損耗：最大損耗不大于0.使用“大型發電機碳化硅防暈涂層計算軟件”，并將測試數據輸入，就可以得到至。其高阻與中阻配合計算情況如表7表示：4的曲線，我們可以看出，制備的碳化硅漆膜基木能夠滿足27千伏等級的汽輪發電機定子端部防暈要求。但是，從表38中，我們也發現。計算軟件希s中阻漆膜表7優化處理時的輸入數據對應的編組線性電阻率p（n）非線性系數p（cnkv）長度（c圖形編號中阻高阻中阻高阻中阻高阻表8計算結果一覽表圖形編號線性電阻率非線性系數p（cm/kv）涂刷長度（cm）最大損耗中阻高阻中阻高阻圖中：中阻段長：1.高阻段長：1：15中阻段最大場強：2.56高阻段最大場強：5.21中阻段最大損耗：0.539高阻段最大損耗：0.543編組14的優化曲線圖中：中阻段長：11.h高阻段長：18>中阻段最大場強：高阻段最大場強：4.11中阻段最大損耗高阻段最大損耗：。5：h編組為27的優化曲線圖中：中阻段長：111k高阻段長lf）。2中阻段最大場強：2.w高阻段最大場強：4.07中阻段最大損耗：高阻段最大損耗：0.s24的線性電阻率能夠更低一些。如在、3和4中，中阻漆膜線性電阻率的計算結果都接近輸入數據的下限；而對高阻漆膜，則希望其非線性系數能夠更大一些。有些高阻漆膜的非線性系數計算結果也非常接近上限。
3結論（1）添加碳化硅、氧化鋅和導電碳黑的防暈材料能使非線性系數和電阻率調節至所5的優化曲線需的要求范圍；（2）采用高、中阻兩段防暈結構，能基本滿足27kv電壓等級的要求，且使工藝簡化。
為使其防暈性能更好，可采用三段結構，但工藝與材料上要復雜些。


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