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高压电机定子绕组绝缘结构的设计

包营

（宁波工程学院电子与信息Ｔ程学院浙江宁波３１５０ｌＯ）

［摘要］介绍高压电机定子绕组匝间绝缘结构、对地绝缘结构及其设计方法以及防晕的措施，并应用于１０５００Ｖ三相同步发电机上，获得成功。为高压电机定子

绕组绝缘结构提供设计思路。

［关键词】高压电机定子绕组绝缘结构设计方法

中图分类号：Ｔ１３

文献标识码：＾

文章编号：１６７１—７５９７（２００８）０９１００１６—０２

一、撮述

随着人们生活质最的提高和工业发展需求，电力需求争逐年上升趋

势。电力供应缺口严重地制约了中小型企业尤其是二资企业和乡镇企业的

生产发展，工业用电的计划配给使得超计划用电的费用高的离谱，供电的

品质义差，说不定在某个时间突然给你一个停电。为便牛产用电有保障，

许多企业纷纷添置自备电源。在这种形势下，为改善地方局域嗣的供电质

量，在经济上及时抓住电力紧缺的商机，各地方电力部门开始建造调峰电

站，能改变电力结构，推动工业发展，如余热调峰电站、天然气调峰电

站、抽水蓄能调峰电站。一个时期后，这种投资少、见效快、同收期短的

调峰电站在经济发达地区迅速蔓延开来。为进一步减少投资，电站设计

时，多采用１０．５ｋＶ级以上的高压发电机组。因此高压电机在经济建设中所

起的作用越来越重要，对高压电机的需求量越来越多，同时对高压电机的

技术水平的要求也越来越高。

高压电机中绝缘系统占有非常重要的地位。它在很大程度上决定着高

压电机的运行寿命和运行可靠性。而作为高压电机心脏的定子绕组绝缘则

更受人们的瞩目和重视。高压电机绝缘系统的技术水平在很大程度Ｅ是由

其所用绝缘材料与所选绝缘结构决定的。对于高压电机来说，其绝缘系统

水平的提高就意味着电机整体水平的提高。

二、高压电机定子绕组的绝缘结构

高压定子绕组一般采用多匝框式结构，高压电机定子绕组的绝缘结构

主要包括匝间绝缘的选定、对地绝缘厚度及材料的确定及防电晕措施。

（一）匝间绝缘的选定

定子绕组制造和运行过程中，当操作过电压陡波侵入时，其匝间过电

压比每匝工作电压约商２０倍以上，有可能使匝间绝缘击穿。而且现场经验

表明。多匝框式定子绕组的大多数故障都是由匝间绝缘损坏开始，而最终

导致绝缘对地击穿。因此匝『日ｊ绝缘的结构至关重要。

在过电压陡波的作用下，相端首匝将出现最大的过电压ｕｓ（幅值），

所以设计时匝间绝缘的冲击击穿电压应高于Ｕｓ。

Ｕ５＝Ｕｃ・△ｔ／Ｔｆ

式中：ｕｃ为冲击过电压，一般取３．５ｍ（ｋｖ）；

△ｔ为陡波经过线圈一匝所需时间，△ｔ＝２Ｌ／Ｖ（№），其中Ｖ为绕组

槽部波速ｍ／“ｓ，Ｌ为铁心长（ｍ），ｙ＝ｏ．２５×１０００×√点×扣。，＾。，６指定子

绕组对地绝缘单边厚度（姗），ｈｓ指定子槽（开口槽）深（ｍ），ｂｓ指定

子槽宽（唧）。

Ｔ沩冲击过电压波前时间，一般取１．５№。

应用在宁波电机厂１２５０ｋｗｌ０５００Ｖ三相无刷同步发电机设计中，预选定

子绕组对地绝缘单边绝缘厚６

ｌ－３珊，定子槽深ｈ产８０姗，定子槽宽

ｂ。＝１６．５ｍ，定子铁心长Ｌ＝０．６８ｍ。

则：

ｒ一，一

广－，——一

ｙ＝ｏ．２５ｘ１０００×√４×√６。，＾。＝ｏ．２５×ｌ０００×、／３×√１６．５，８０＝２２

ｒ１１，№

△ｆ＝２Ｕｙ兰２４０．６８，２２＝ｏ．０６１８№

仉＝玑・△ｆ，７每３．５＋ｌＯ．５＋０．０６１８，１．５＝１５１４Ｖ

而仉。。＝ｏ．３５￡ｋ＝ｏ．３５＋１０．５＝３．６７５ｋＶ＝３６７５Ｖ

所以：

１５１４Ｖ＜匝间冲击击穿电压＜３６７５Ｖ

定子绕组电磁线若采用自粘性玻璃缝包云母带绕包铜扁线ｓＢＥＦＢ一

７０／１５５—２Ｎ，导线绝缘层薄，可靠性好，耐电晕性好，关键其弯曲后击穿电

压为４ｋＶ。因此对１０．５ｋＶ高压电机定子绕组若选用此电磁线后，其ｍ问不再

需另包绝缘，这样可以提高梢利用率，缩小电机的主要尺寸，利用槽内有

效的空间以达到良好的电磁性能。

（二）对地绝缘厚度的确定

‘

绕组对地绝缘是绝缘结构的蕾要部分，确定绝缘厚度时，要考虑：机

械渊素、历次耐压试验的累积效应、绝缘的分散度和正常运行条件下的年

平均老化速率等。设对地绝缘材料选用环氧玻璃粉云母带，其单边绝缘厚

度可按下式估算：

４≥而去盎啊＋％一

式中：ｕ曲额定电压（ｋＶ）；

Ｋｖ为预防性试验电压倍数，一般取１．５；

Ａ

ｔ为历次耐压累积效应系数。

为了检查绝缘结构的缺陷，在制造过程中要按规范对绕组进行多次工

频耐压试验，每进行…次，就会在结构中产生一定的细微劣化痕迹，使其

耐电性能有所下降，称累积效应。表刀÷这一效应的系数ｎ １与外施电场的强

弱及其作用时间有关。如图ｌ所示环氧粉云母带绝缘一分钟耐压试验的累积

效应特性。

４

３

享

ｄ

２

１

Ｏ

８

９

１０

ｌＩ

１２

１３

１４

Ｅ

ｋＶ，ｍｍ

图ｌ

累积效应系数ａ与外施场强Ｅ的关系

Ａ

２为分散度，一般６ｋｖ以卜取Ｏ．１，６ｋｖ及以下取０．１５；

Ｂ为年平均老化速率指数，发电机取０．０２，电动机取Ｏ．０３；

Ｔ为运行年限，发电机取３０年，电动机取２０年；

Ｅ“为击穿场强（ｋＶ／ｍ），计算时一般取２４ｋＶ／ｍ：

Ａ沩考虑机械因素所要求的附加厚度，一般取Ｏ．５衄。

例如１２５０ｋｗｌ０５００Ｖ三相无刷同步发电机设计中。绝缘热压成型后线圈

绝缘耐压试验电压

ＵＴ＝２．７５ＵＮ＋４．５＝２．７５×１０．５＋４．５：３３．４ｋＶ

外施场强Ｅ＝ｕＩ／６ ｉ＝３３．４／３＝１１．１３ｋＶ／衄（预选６。＝３岫），查图１得历

次耐压累积效应ａ １≈１９６＝０．０１。所以

４≥而去格：瓦＋如

１．５×１０～

．

５矿面雨面派面而丽丐夏＋０＿５２３・４４一

经验数据：每毫米单边绝缘厚额定输出３～４ｋＶ，则１０．５ｋＶ发电机定子

绕组对地绝缘厚为２．６３～３．５ｍ。

据以卜所述，取对地绝缘厚度６。＝３．５咖。

（三）对地绝缘材料的选用

绕组运行的可靠性和使用寿命，很大程度上：取决于绝缘材料的性能，