[發明專利]基于多節點阻容網式模型的高壓電機防暈結構優化方法

有效

• 申請號: 202011177937.8
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112287546B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發明（設計）人: 劉學忠;劉枰;張躍;胡波;梁智明;何明鵬;謝志輝;唐麗
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;東方電氣集團東方電機有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;H02K3/40
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陳翠蘭

本發明公開的一種基于多節點阻容網式模型的高壓電機防暈結構優化方法，設定定子線圈的空氣域范圍，將空氣域、防暈結構和主絕緣劃分為多個電阻單元和多個電容單元，根據劃分的電阻單元和電容單元建立高壓電機定子線圈端部的多節點阻容網式模型，并確定多節點阻容網式模型的阻值、電容參數和邊界條件，并在定子線圈端部銅導體不同的運行條件下，進行防暈結構沿面電位、電場以及電流暫態計算分析，確定防暈結構的缺陷并對其進行優化；相比基于傳統的阻容鏈式模型的繞組端部防暈優化設計方法，該優化方法建立的模型更加完整，將線圈外部的空氣域以及主絕緣內部電場均考慮在內，從建模原理上避免了傳統方法因簡化模型而引入的計算誤差，從劃分方法上提高了計算精度。

技術領域

本發明涉及高壓電機絕緣結構設計領域，具體為基于多節點阻容網式模型的高壓電機防暈結構優化方法。

背景技術

隨著國內外對電力需求的不斷增長，以及對綠色和清潔能源的越來越青睞，各種發電機的容量和電壓等級也在逐步提高。在發電機電壓等級方面，當前800～1300MW發電機的電壓等級基本在24～27kV范圍，而限制電壓等級進一步提高的根因就是高壓電機的絕緣技術，其關鍵技術之一便是定子繞組端部絕緣的均壓防暈技術。高壓電機防暈結構的設計往往從兩方面入手，試驗測定和仿真計算，前者是挑選現有的線棒進行防暈層沿面電位或電場分布測定后分析優化，后者則是通過建立模型計算優化。

高壓電機繞組端部的均壓防暈結構的電場計算優化，計算方法可分為兩種：一種是采用傳統阻容鏈式模型計算法，另一種是采用有限元計算法。傳統阻容鏈式模型雖計算簡單，但一貫采用的節點劃分僅是從防暈長度上去考慮，省略了整個防暈結構表面之外空氣域分布電容電流對外法向電場分量的影響，以及存在主絕緣厚度與沿面長度劃分單元尺寸相差過大問題，這些一直采用的簡化手段在高壓電機端部電場計算時都會引入計算誤差。而有限元法比較成熟，但存在實施較復雜，計算資源需求較大，時間成本較高的缺點。

發明內容

針對應用現有高壓電機繞組端部的均壓防暈結構的電場計算優化誤差大或實施復雜的問題，本發明提供一種基于多節點阻容網式模型的高壓電機定子線圈防暈結構優化方法，能夠快速準確的計算高壓電機定子線圈端部電場。

本發明是通過以下技術方案來實現：

基于多節點阻容網式模型的高壓電機防暈結構優化方法，包括以下步驟：

步驟1、確定防暈結構的防暈材料非線性伏安特性；

步驟2、預設定子線圈的空氣域范圍，將空氣域以及定子線圈端部的防暈結構和主絕緣依據各自阻容特性劃分為多個電阻單元和多個電容單元，根據劃分的電阻單元和電容單元建立高壓電機定子線圈端部的多節點阻容網式模型；

步驟3、確定電阻單元的阻值參數、電容單元的電容參數，以及高壓電機定子線圈端部多節點阻容網式模型的邊界條件；

步驟4、根據步驟3得到的高壓電機定子線圈端部多節點阻容網式模型，在定子線圈端部銅導體不同的運行條件下，進行防暈結構沿面電位、電場以及電流暫態計算分析，確定防暈結構的缺陷并進行優化。

優選的，步驟1中所述防暈結構包括低阻防暈層以及多段隨電場強度變化呈不同非線性特性的高阻防暈層，對每段高阻防暈層進行非線性伏安特性測試。

優選的，非線性伏安特性測試采用試樣進行測試，試樣的制備方法如下，在絕緣管表面半疊包繞高阻帶，再沿絕緣管軸向依次纏繞多段低阻帶后經絕緣浸漬成型。

優選的，步驟2中劃分方法具體如下：

將防暈結構沿定子線圈軸向劃分為多個電阻單元，將主絕緣和空氣域沿定子線圈軸向劃分為多個電容單元，沿線圈截面徑向將主絕緣與空氣域劃分為多個電容單元。

優選的，步驟3中電容單元的電容參數依據平板電容原理計算確定電容值；邊界條件包括，設定銅導體的高電位和定子鐵芯電位為零，所述銅導體的高電位為線圈額定運行電壓或耐壓試驗電壓。