1000MW级核电发电机绝缘技术研究.doc

1000MW级核电发电机绝缘技术研究
关键词: 核电发电机绝缘技术
摘要针对国内发电机绝缘技术与国外存在的差别,为了满足核电发电机组的需要,开展核电机组绝缘材料、绝缘结构、绝缘工艺和电气绝缘试验研究。在引进技术的基础上,同国内绝缘材料制造厂共同研制多种新型材料,开发新型绝缘结构、绝缘工艺,完善了绝缘试验手段,提高了绝缘试验能力,并已成功应用于300MW、600MW汽轮发电机组及江垭、二滩等水轮发电机组上。
关键词核电发电机;绝缘材料;绝缘结构;防晕;端部固定;槽内固定
1、前言
核电发电机组单机容量为1?000MW,额定电压为26kV,其绝缘材料、绝缘结构和制造工艺的可靠性和先进性是机组的关键。
目前,世界各电机制造公司的大型发电机采用的绝缘有两大体系:少胶VPI绝缘体系和多胶热压绝缘体系。以西屋公司(WH)为代表的少胶连续绝缘体系,其特点是生产效率高,绝缘可以基本做到无气隙,绝缘性能好,但其生产所需设备、材料和管理要求较高;以GE公司为代表的多胶云母连续绝缘体系,其绝缘性能与VPI绝缘体系相差不大,但生产工艺和设备要求较低。
多胶绝缘体系通过改善线棒绝缘结构和成型工艺,如增加内均压层、真空干燥、热压固化或采用真空干燥沥青液压,是能够达到少胶绝缘体系
的绝缘性能的,因此,对于核电机组采用少胶绝缘体系和多胶绝缘体系都能够满足绝缘性能要求。采用多胶绝缘体系,对于额定电压为26kV的核电发电机组,立足国内实际情况,通过对多胶绝缘体系进行技术攻关是能够满足机组绝缘性能要求的。
2、主绝缘材料试验研究
国内外主绝缘材料情况
大型发电机定子绕组是发电机的心脏部件,在运行过程中必须承受电、热、机械应力和环境条件的作用,还得承受起动和停机发生的冷热循环热应力作用和突然短路事故产生的强大电磁力作用,因此要求定子线圈绝缘具有良好电气和机械性能,从而保证发电机的可靠运行。
目前国内高电压大电机使用的主绝缘材料主要为多胶环氧云母绝缘体系,其云母含量为80g/m2。而国外大电机使用的主绝缘材料无论多胶、少胶体系,一般云母含量在160g/m2左右,目的是保证发电机在长期运行条件下具有良好的机械和电气性能,特别是耐电热老化性能。
主绝缘材料研究
对于1000MW核电发电机来说额定电压达26kV,提高主绝缘的云母含量,可使主绝缘的耐电热老化性能更加优良,国外云母含量标重均在160g/m2左右,因此,研制达到国际水平的160g/m2云母主绝缘材料是本专题要解决的难题。
云母带和云母板性能要求
根据国外技术资料和国内原材料生产实际情况,制定了制造160g/m2云母纸云母带的技术指标要求,见表1。
通过对云母带和胶粘剂的多次改进及应用试验,测试了线棒主绝缘的介质损耗随温度和电压变化的关系等电气绝缘性能,满足核电技术要求,达到了预期的要求。
将云母带按国家标准要求压制成云母板,测试了云母板电气性能和机械性能,达到国家标准云母板电气机械性能指标要求,其中云母板电气性能如表2所示。
主绝缘材料热力学性能试验
国内对主绝缘材料热力学性能方面试验研究较少,这次对主绝缘材料的热力学性能如动态模量、力学损耗、动态粘度、蠕变性能和导热系数进行试验研究。
聚合物蠕变特性是指聚合物在一定应力作用下,形变随温度的变化规律。蠕变也是聚合物的一项重要力学性能,与动态力学分析具有一定的相关性,当温度超过聚合物玻璃化转变温度时,聚合物形变增大,对槽内固定有相当重要的意义。
同时也测试了聚合物的导热系数,由于发电机在运行时发热较大,如果主绝缘的导热性能好,对于降低发电机运行温度,提高运行可靠性具有重大意义。
3、定子线棒电热老化试验
通过用模拟定子线棒真机运行工况的条件进行加速线棒绝缘电、热老化的试验方式,得出其电热老化寿命,从而评定线棒绝缘结构在实际运行条件下耐电热老化的水平。
电热老化试验
试样
为了验证定子线棒主绝缘材料和绝缘结构的电热老化性能,选择4只具有代表性的定子线棒(二滩真机定子线棒)作为电热老化试样,其额定电压为18kV,,双面绝缘厚度为9mm。
电热老化试验方法和试验条件
试验方法:按IEEE1043—1989标准规定,每只线棒布置6对加热板,每对加热板间距≤100mm,每对加热板并联加热并配置热电偶独立控制和测量温度。
试验条件:、50Hz,试验温度为120℃。
试验线棒电热老化寿命(表3)
电热老化后工频击穿电压试验
试验线棒工频击穿电压的最低值为69kV,最高值达130kV,表明经2kh电热老化试验后,