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大型汽轮澳门新萄京定子端部防晕材料和结构的研究


前言上海是我国核电站成套设备研制和生产的最大定点基地。“十五”期间,上海将研制1000MW核电机组,其中澳门新萄京的定子额定电压将达到27kV,接近大型汽轮发电机定子电压的临界值,在这样高的电压下影响发电机可靠性的关键技术之一是定子端部的防晕问题。为配合上海汽轮发电机企业研制1000MW汽轮发电机的任务,大家对定子端部防晕材料和防晕结构作了初步探索。
从事绝缘材料与绝缘技术的科研与教学工作Uel:1非线性半导电防晕材料定子端部防晕层有漆模型和包带型两种。本次研究采用漆膜防晕层,在改性醇酸树酯漆中加入碳化硅、氧化锌等非线性半导电材抖以及炭黑、石墨等电阻调节材料,通过调节漆膜的非线性系数和电阻率,以达到优化防晕层结构的目的。
在澳门新萄京定子端部外屏防晕处理中,是利用碳化硅非线性电阻来改善出槽口处的电场,因此采用电阻率随电场强度的变化的关系式更为直观:当测量碳化硅微粉时,电阻率以体积电阻率来表示:当测量碳化硅半导电漆膜时,电阻率以表面电阻率来表示:因此,由以上几个式子,可以测试不同电场强度下的电阻率的值,并根据所得数据绘制电场强度与电阻率的关系图。然后,对曲线进行直线拟合,所得直线在纵轴(纵轴为电阻率)上的截距即为电场强度为零时的电阻率值内,而直线斜率的绝对值即为非线性系数P.之所以求出电场强度为零时的电阻率,是为了方便地进行比较,因为一般而言,各厂家都用零值时的电阻率来进行比较计算端部电场分布。
由于漆基的存在,碳化硅漆膜的非线性半导电性能与碳化硅微粉不尽相同,另外,在漆膜的测试过程中,四种碳化硅微粉虽然在高场强下表观出较好的非线性特征,但在醇酸树脂的环境中,却得不到良好的半导电非线性3单独由碳化硅微粉与醇酸树酯漆基组成的碳化硅漆睽没测得较低的电阻宇和较大的非线性系数。因此,需要对其进行改性。主要方法娃加入电阻率较低的物质。它们-般是胶体石墨和导电碳黑,在这里。大家仅给出胶体石墨配制的碳化硅漆膜的测试结果,测试计算结果列在表1.去1体3rt性碳化ft泫聘编号线性电阻宰P、  导电碳黑又称为乙块黑,即乙诀燃烧不完全时所形成的碳黑颗粒。导电碳黑的颗粒非常细小。在漆基中易于漂浮,但它能够较大幅度地降低碳化硅漆膜的电阻率和提高非线性系数。表3中列出了加入碳黑后的碳化硅漆膜非线性半导电特性参数。
加入碳黑,能够降低线性电阻率,但同时也使碳化硅漆膜的非线性系数发生变化。大家认为,由于碳化硅微粉的颗粒大小不同,碳黑加入后,在碳化硅微粉之间填充了大量的碳黑颗粒;而一般认为,碳黑本身是线性导电物质。另外,碳黑易于漂浮,对测试结果有较大的影响,漆膜的组成列在表2中,漆膜的测试结果列在表3中。
大型汽轮澳门新萄京定子端部防晕材料和结构的研究
表2碳化硅漆膜的组成编号碳化硅种类漆基碳黑表3碳化硅漆膜的非线性半导电拧性测试U数编号线性电阻宰(⑴非线性系数(cm/kV)表4给出了氧化锌漆膜的些数据。与胶体石墨配制的碳化硅漆膜相同,在这里仅列出漆膜的有关参数。
同样的漆基,氧化锌漆膜能够表现出非线性半导电特性,而澳门新萄京碳化硅漆膜却由于电阻率太高而无法测试,所以只能对碳化硅漆膜进行改性;这也部分地说明了氧化锌的良好非线性半导电特性。
表4氧化锌漆膜非线性半导电特性编号线性电阻率Ps非线性系数3在探索用低电阻率物质来改性碳化硅漆膜的非线性半导电特性的同时。大家又将一些这样的材料复合起来,共同作为碳化硅漆膜的组成部分。由于每次涂刷时情况不尽相同,所得到的结果并不完全如意料之中,这也是为什么国内厂商普遍采用-次固化成型或半固化成型的防晕工艺的原因所在。一次固化成型工艺或半固化成型工艺虽然比涂刷工艺要复杂,但工艺的稳定性好,所以,在目前国内的技术水平条件下,采用一次同化成型工艺或半固化成型工艺可以有效地防止电晕的发生。
表5碳化硅漆膜的组成试样编号非线性物质碳黑漆基碳化硅氧化锌有关漆膜的组成列在表5屮则试结果列在表6中,要指出的是,这里大家仅使用标号为DC的漆基进行了尝试,效果并不理想。
表6非线性半导电持性的测试结果试样编号线性电阻率p(n)非线性系数P可以看出,随着氧化锌量的增多,非线性系数在变大,之所以没能达到实用的要求,分析主要原因是在漆基和涂刷工艺上。国内许多厂家使用环氧树脂作为防晕涂料的漆基,从有关资料上来看,碳化硅漆膜线性电阻率及非线性系数与碳化硅产地、批次、漆基种类、涂刷工艺、测试条件、测试环境都有关系,这也是为什么直到现在还没碳化硅防晕漆膜测试规范的根本原因所在。
2防晕结构大家将测试得到的数据输入到“大型发电机碳化硅防晕涂层计算App”中进行计算以验证漆膜是否合适,并将高阻与中阻漆睽配合使用,就可以得到一幅电压、电场强度及损耗分布的图形。
电场强度:澳门新萄京最大场强不大于9.lkV/损耗:最大损耗不大于0.使用“大型发电机碳化硅防晕涂层计算App”,并将测试数据输入,就可以得到至。其高阻与中阻配合计算情况如表7表示:4的曲线,大家可以看出,制备的碳化硅漆膜基木能够满足27千伏等级的汽轮发电机定子端部防晕要求。但是,从表38中,大家也发现。计算App希S中阻漆膜表7优化处理时的输入数据对应的编组线性电阻率P(n)非线性系数P(cnkV)长度(C图形编号中阻高阻中阻高阻中阻高阻表8计算结果一览表图形编号线性电阻率非线性系数P(cm/kV)涂刷长度(cm)最大损耗中阻高阻中阻高阻图中:中阻段长:1.高阻段长:1:15中阻段最大场强:2.56高阻段最大场强:5.21中阻段最大损耗:0.539高阻段最大损耗:0.543编组14的优化曲线图中:中阻段长:11.H高阻段长:18>中阻段最大场强:高阻段最大场强:4.11中阻段最大损耗高阻段最大损耗:。5:H编组为27的优化曲线图中:中阻段长:111K高阻段长lf)。2中阻段最大场强:2.W高阻段最大场强:4.07中阻段最大损耗:高阻段最大损耗:0.S24的线性电阻率能够更低一些。如在、3和4中,中阻漆膜线性电阻率的计算结果都接近输入数据的下限;而对高阻漆膜,则希翼其非线性系数能够更大一些。有些高阻漆膜的非线性系数计算结果也非常接近上限。
3结论(1)添加碳化硅、氧化锌和导电碳黑的防晕材料能使非线性系数和电阻率调节至所5的优化曲线需的要求范围;(2)采用高、中阻两段防晕结构,能基本满足27kV电压等级的要求,且使工艺简化。
为使其防晕性能更好,可采用三段结构,但工艺与材料上要复杂些。
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