胡 波，梁智明，漆臨生，周 進(jìn)，張小俊, 何海洋，黃紹波

(東方電氣集團(tuán)東方電機(jī)有限公司，四川德陽(yáng) 618000)

高壓電機(jī)定子線(xiàn)棒兩電極介質(zhì)損耗因數(shù)與電容關(guān)系的研究

胡 波，梁智明，漆臨生，周 進(jìn)，張小俊, 何海洋，黃紹波

(東方電氣集團(tuán)東方電機(jī)有限公司，四川德陽(yáng) 618000)

對(duì)高壓電機(jī)定子條式線(xiàn)棒的槽部與端部進(jìn)行了絕緣結(jié)構(gòu)和防暈結(jié)構(gòu)分析。首次建立了線(xiàn)棒槽部與端部的兩電極介質(zhì)損耗因數(shù)及對(duì)地電容的電路模型，同時(shí)使用兩電極測(cè)試方法分別測(cè)試并分析了電極長(zhǎng)度與外施電壓對(duì)整體性良好線(xiàn)棒與嚴(yán)重脫殼線(xiàn)棒的介質(zhì)損耗因數(shù)和電容的影響。計(jì)算得到了介質(zhì)損耗因數(shù)與電容的數(shù)值關(guān)系，為高壓電機(jī)整機(jī)介質(zhì)損耗因數(shù)的計(jì)算提供了理論支撐與試驗(yàn)依據(jù)。

高壓電機(jī)；定子線(xiàn)棒；兩電極；介質(zhì)損耗因數(shù)；電容

0 引言

近二十年來(lái)，國(guó)內(nèi)制造廠引進(jìn)、消化、吸收了很多國(guó)外電機(jī)定子線(xiàn)棒與整機(jī)繞組的新技術(shù)，推廣使用了很多新型絕緣材料、新絕緣結(jié)構(gòu)或制造工藝，大大提高了線(xiàn)棒絕緣的電氣及機(jī)械性能。部分廠的線(xiàn)棒絕緣已接近或達(dá)到了世界先進(jìn)水平。

盡管多年來(lái)國(guó)內(nèi)多膠模壓或少膠真空壓力浸漬(VPI)的單只成型線(xiàn)棒絕緣的介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)試及其考核標(biāo)準(zhǔn)已按照國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，很大程度上能夠檢測(cè)出了線(xiàn)圈絕緣內(nèi)部微氣隙，但仍然無(wú)法完全避免少量氣隙在運(yùn)行電壓下的局部放電可能引起電、化學(xué)、機(jī)械、光、聲等多因子老化。這會(huì)加速定子繞組在運(yùn)行過(guò)程中的絕緣老化，進(jìn)而縮短定子線(xiàn)棒絕緣的壽命。而采用整體真空壓力浸漬(GVPI)工藝[1]的各類(lèi)發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)定子繞組與線(xiàn)圈的考核也存在很大的困難。

業(yè)內(nèi)對(duì)于考核單只定子線(xiàn)圈內(nèi)部絕緣氣隙放電的測(cè)試方法主要為三電極測(cè)試介質(zhì)損耗因數(shù)，而更接近于真機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的整機(jī)繞組絕緣內(nèi)外氣隙放電情況更加受到業(yè)內(nèi)的關(guān)注。作為其中一項(xiàng)重要的考核手段，整機(jī)繞組兩電極介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)試卻因受到繞組端部較大的電導(dǎo)性泄漏電流的干擾而無(wú)法準(zhǔn)確表征繞組整體絕緣性能。

筆者對(duì)高壓電機(jī)定子條式線(xiàn)棒的槽部與端部進(jìn)行了絕緣結(jié)構(gòu)和防暈結(jié)構(gòu)分析。首次建立了線(xiàn)棒槽部與端部的兩電極介質(zhì)損耗因數(shù)及對(duì)地電容的電路模型。使用兩電極測(cè)試方法分別測(cè)試并分析了電極長(zhǎng)度與外施電壓對(duì)整體性良好線(xiàn)棒與嚴(yán)重脫殼線(xiàn)棒的介質(zhì)損耗因數(shù)與電容的影響，計(jì)算得到了介質(zhì)損耗因數(shù)與電容的關(guān)系，為高壓電機(jī)整機(jī)介質(zhì)損耗因數(shù)的計(jì)算提供了理論支撐和試驗(yàn)依據(jù)。結(jié)果表明，絕緣整體性良好線(xiàn)棒的介質(zhì)損耗因數(shù)與電容均由恒定的槽部初始值與線(xiàn)性增加的端部增量疊加而成。而絕緣嚴(yán)重脫殼線(xiàn)棒的介質(zhì)損耗因數(shù)與電容則包括恒定的槽部分量、激增的槽部增量與線(xiàn)性增加的端部增量。

2 試驗(yàn)部分

2.1 試驗(yàn)樣品

1) 3只額定線(xiàn)電壓Un為13.8 kV的真機(jī)定子線(xiàn)棒(1號(hào)～3號(hào))，絕緣整體性良好。

2) 3只額定線(xiàn)電壓Un為13.8 kV的真機(jī)定子線(xiàn)棒(4號(hào)～6號(hào))，經(jīng)冷熱循環(huán)處理后線(xiàn)棒主絕緣與銅線(xiàn)脫空，絕緣嚴(yán)重脫殼。

2.2 試驗(yàn)設(shè)備

LDSV-6型局放介質(zhì)損耗測(cè)量?jī)x。

2.3 測(cè)試方法

按照IEEE std 286中兩電極方法測(cè)試。

2.4 試驗(yàn)線(xiàn)路

線(xiàn)棒介質(zhì)損耗因數(shù)與電容的兩電極測(cè)試線(xiàn)路如圖1所示。

T1. 調(diào)壓器； T2. 試驗(yàn)變壓器； T3. 高壓表； Cp. 標(biāo)準(zhǔn)電容器；

2.5 測(cè)試電極長(zhǎng)度

線(xiàn)棒某一端的測(cè)試電極長(zhǎng)度如圖2所示，假設(shè)另一端結(jié)構(gòu)相同且對(duì)稱(chēng)。測(cè)試電極長(zhǎng)度由點(diǎn)P處向兩端延伸，每次電極兩端各延長(zhǎng)20 mm，即測(cè)試電極長(zhǎng)度分別等于每次鋁箔包裹的長(zhǎng)度L0、L1、L2、L3、L4、L5，相鄰Li的增量ΔL均為40 mm，同時(shí)第一次鋁箔包裹長(zhǎng)度L0等于可見(jiàn)低阻長(zhǎng)度。

1. 線(xiàn)棒銅線(xiàn)； 2. 線(xiàn)棒主絕緣； 3. 線(xiàn)棒槽部低阻層；

2.6 試驗(yàn)電壓

對(duì)線(xiàn)棒施加工頻交流電壓，測(cè)試電壓為0～Un，其中tanδ0為線(xiàn)棒在氣隙放電前的介質(zhì)損耗因數(shù)初始值，Δtanδ為線(xiàn)棒氣隙放電前后的介質(zhì)損耗因數(shù)變化值，C0為線(xiàn)棒在氣隙放電前的對(duì)地電容初始值，ΔC為線(xiàn)棒氣隙放電前后的電容變化值。

2.7 試驗(yàn)結(jié)果

絕緣整體性良好的1號(hào)線(xiàn)棒的介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ與電容C隨施加電壓U的變化情況如圖3～圖4所示。

圖3 1號(hào)線(xiàn)棒tanδ～U在不同電極長(zhǎng)度下的曲線(xiàn)

圖4 1號(hào)線(xiàn)棒C～U在不同電極長(zhǎng)度下的曲線(xiàn)

由圖3和圖4可知，無(wú)論電極長(zhǎng)度如何變化，隨著外施電壓的升高，線(xiàn)棒的tanδ與C基本線(xiàn)性增加。同時(shí)前面4個(gè)電極長(zhǎng)度(L0，L1，L2，L3)下的tanδ～U曲線(xiàn)與C～U曲線(xiàn)基本上分別重合；后面2個(gè)電極長(zhǎng)度(L4，L5)下，tanδ減小而C增大。

絕緣嚴(yán)重脫殼的4號(hào)線(xiàn)棒的介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ與電容C隨施加電壓U的變化情況如圖5～圖6所示。

圖5 4號(hào)線(xiàn)棒tanδ～U在不同電極長(zhǎng)度下的曲線(xiàn)

圖6 4號(hào)線(xiàn)棒C～U在不同電極長(zhǎng)度下的曲線(xiàn)

由圖5和圖6可知，無(wú)論電極長(zhǎng)度如何變化，隨著外施電壓的升高，線(xiàn)棒的tanδ與C均經(jīng)歷了基本不變至連續(xù)增長(zhǎng)的過(guò)程。同時(shí)前面4個(gè)電極長(zhǎng)度(L0，L1，L2，L3)下的tanδ～U曲線(xiàn)與C～U基本上分別重合；在后面2個(gè)電極長(zhǎng)度(L4，L5)下，tanδ略微減小而C增大。

3 理論模型

3.1 線(xiàn)棒兩電極介質(zhì)損耗因數(shù)的構(gòu)成

分析線(xiàn)棒絕緣結(jié)構(gòu)、防暈結(jié)構(gòu)和兩電極測(cè)試線(xiàn)路可知：兩電極介質(zhì)損耗因數(shù)包括線(xiàn)棒槽部介質(zhì)損耗因數(shù)與線(xiàn)棒端部介質(zhì)損耗因數(shù)兩部分。根據(jù)復(fù)合介質(zhì)并聯(lián)組合的等值計(jì)算公式[2]可知，線(xiàn)棒槽部和端部的合成介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ(即線(xiàn)棒介質(zhì)損耗測(cè)試值)可用式(1)計(jì)算得到。該公式可用于疊加計(jì)算線(xiàn)棒介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ及其兩個(gè)組成分量(槽部介質(zhì)損耗tanδs與端部介質(zhì)損耗tanδe)的數(shù)值關(guān)系，而不適用于分別計(jì)算槽部或端部介質(zhì)損耗及其增量。

(1)

式中:tanδs為線(xiàn)棒槽部絕緣的介質(zhì)損耗；tanδe為線(xiàn)棒端部絕緣的介質(zhì)損耗；Cs為線(xiàn)棒槽部絕緣的電容；Ce為線(xiàn)棒端部絕緣的電容。

而線(xiàn)棒槽部或端部的介質(zhì)損耗分別由線(xiàn)棒在較低電壓下的初始介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ0及線(xiàn)棒在較高電壓下的介質(zhì)損耗增量Δtanδ組成，如式(2)所示。

(2)

MOHSEN.F[3]認(rèn)為介質(zhì)損耗主要來(lái)自四個(gè)方面：流經(jīng)絕緣體內(nèi)或表面的電導(dǎo)損耗、由偶極子轉(zhuǎn)向極化引起的松弛損耗、空間電荷引起的界面極化損耗以及氣隙擊穿引起的局部放電損耗。

3.2 線(xiàn)棒兩電極電容的構(gòu)成

在忽略線(xiàn)棒端部雜散電容和寄生電容情況下，線(xiàn)棒兩電極電容C主要包括線(xiàn)棒測(cè)試電極范圍內(nèi)的靜態(tài)電容C0與外施高壓作用下的等值電容增量C1兩部分。等值電容增量C1只在外施高壓達(dá)到一定數(shù)值時(shí)存在，包括槽部氣隙放電增量ΔCs和端部電極效應(yīng)引起的電容增量ΔCe。

3.3 介質(zhì)損耗損耗因數(shù)初始值tanδ0

線(xiàn)棒介質(zhì)損耗因數(shù)初始值包括槽部絕緣介質(zhì)損耗初始值與端部絕緣介質(zhì)損耗初始值。

3.3.1 槽部介質(zhì)損耗初始值tanδs0

在施加電壓較低且絕緣內(nèi)部氣隙的電壓尚未達(dá)到氣隙擊穿所需的電壓值時(shí)，線(xiàn)棒槽部介質(zhì)損耗測(cè)試值，槽部絕緣介質(zhì)損耗初始值表征了線(xiàn)棒自身絕緣特性，由線(xiàn)棒絕緣結(jié)構(gòu)、絕緣工藝和絕緣材料所決定。主要由槽部絕緣內(nèi)部的電導(dǎo)損耗和松弛損耗貢獻(xiàn)。

3.3.2 端部介質(zhì)損耗初始值tanδe0

在剛施加電壓時(shí)，線(xiàn)棒端部介質(zhì)損耗測(cè)試值。端部介質(zhì)損耗初始值主要表征了線(xiàn)棒端部防暈特性，由端部防暈材料、防暈結(jié)構(gòu)、防暈工藝所決定，主要由端部表面含SiC材料的防暈層的電導(dǎo)損耗貢獻(xiàn)。

3.4 介質(zhì)損耗因數(shù)增量Δtanδ

線(xiàn)棒介質(zhì)損耗增量包括槽部絕緣介質(zhì)損耗增量Δtanδs與端部介質(zhì)損耗增量Δtanδe。

3.4.1 槽部絕緣介質(zhì)損耗增量Δtanδs

槽部絕緣介質(zhì)損耗增量主要由絕緣內(nèi)部氣隙擊穿放電引起，主要由局部放電損耗所貢獻(xiàn)。介質(zhì)內(nèi)部氣隙放電擊穿的模型[4]如圖7所示。

(a) 介質(zhì)內(nèi)部氣隙放電模型，左側(cè)為不放電部分，右側(cè)為含有放電氣隙的支路；(b) 放電前等值電路；(c) 放電后等值電路。圖7 介質(zhì)內(nèi)氣隙放電模型及等值電路

在圖7中，Ci為與放電氣隙處于不同支路的氣隙和介質(zhì)的總電容，Cg為放電氣隙的總電容，Cir為與放電氣隙位于同一條支路中的氣隙和介質(zhì)的總電容。

在氣隙兩端電壓逐漸增加且在一定電壓下發(fā)生擊穿并形成導(dǎo)電通道時(shí)，相當(dāng)于氣隙短路，該支路電容增加。而不放電介質(zhì)的等值電阻和等值電容均不發(fā)生變化。因此，隨著外施電壓的升高，槽部介質(zhì)損耗增量Δtanδs只與槽部等值電容增量ΔCs有關(guān)。

3.4.2 端部介質(zhì)損耗增量Δtanδe

因?yàn)榫€(xiàn)棒端部表面擁有可均勻端部表面電位分布的防暈層(以SiC為基材)且外施電壓最高只有Un。所以線(xiàn)棒端部表面電位梯度遠(yuǎn)低于其四周空氣氛圍的表面放電所需的電場(chǎng)強(qiáng)度，不會(huì)引起線(xiàn)棒端部表面電暈或火花放電，進(jìn)而增加線(xiàn)棒端部表面放電的附加損耗。因此，端部介質(zhì)損耗增量主要由端部表面防暈層的電導(dǎo)損耗隨外施電壓的升高而增加引起的。定子線(xiàn)棒端部等值電路圖如圖8所示。

因?yàn)榫€(xiàn)棒端部表面防暈層的表面電阻阻抗遠(yuǎn)小于表面容抗，端部對(duì)地容抗遠(yuǎn)小于體積電阻阻抗，所以圖8(a)可簡(jiǎn)化為圖8(b)[5]。

Cs. 單位長(zhǎng)度的表面電容，Cv. 單位體積的體積電容，Rs. 單位長(zhǎng)度的表面電阻，Rv. 單位體積的體積電阻圖8 定子線(xiàn)棒端部等值電路圖

因此，端部介質(zhì)損耗增量可以認(rèn)為是由單位長(zhǎng)度表面電阻與對(duì)應(yīng)的單位體積的體積電容兩者組成的電路單元在外施電壓下的數(shù)值變化引起的。在單位體積電容隨外施電壓基本不變的條件下，端部介質(zhì)損耗增量Δtanδe只與單位長(zhǎng)度表面電阻的連續(xù)降低(即防暈層的電阻非線(xiàn)性)有關(guān)。

很多研究指出[5-7]，當(dāng)SiC防暈材料外施場(chǎng)強(qiáng)E不高于4 kV/cm時(shí)，材料表面電阻率的對(duì)數(shù)lgρ與外施場(chǎng)強(qiáng)E的關(guān)系近似于負(fù)線(xiàn)性關(guān)系。而端部介質(zhì)損耗正比于端部有功電流，即反比于端部表面電阻率。因此，可以認(rèn)為Δtanδe∝1/lgρ。宋建成等[5]指出，在外施場(chǎng)強(qiáng)變化范圍較小時(shí)，對(duì)數(shù)曲線(xiàn)lgρ～E與曲線(xiàn)ρ～E差異很小。因此，隨著外施電壓的升高，端部介質(zhì)損耗也隨之線(xiàn)性增加。

同時(shí)隨著外施電壓的升高，與點(diǎn)P相鄰的第一個(gè)電路單元中表面電阻逐漸降低以至于對(duì)應(yīng)的對(duì)地電容被短路，相當(dāng)于介質(zhì)損耗或電容測(cè)試電極延長(zhǎng)，引起電極等值電容的增加。后續(xù)電路單元也將依次出現(xiàn)類(lèi)似現(xiàn)象。

值得注意的是，當(dāng)外施電壓繼續(xù)升高時(shí)，線(xiàn)棒端部泄漏電流或端部介質(zhì)損耗因數(shù)將呈現(xiàn)出非線(xiàn)性增長(zhǎng)的趨勢(shì)。

3.5 槽部介質(zhì)損耗及其增量與電容及其增量的數(shù)值關(guān)系(局部放電類(lèi)型)

在交變電場(chǎng)下介質(zhì)的介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ如式(3)所示[8]。

(3)

式中：時(shí)間常數(shù)τ為電阻R和電容C的乘積。

該公式表征了絕緣介質(zhì)損耗因數(shù)與電容隨外施電壓變化的關(guān)系，可用于計(jì)算槽部介質(zhì)損耗和電容在絕緣內(nèi)部氣隙擊穿放電前后的數(shù)值變化，適用于局部放電損耗計(jì)算。

(4)

考慮到室溫下工頻電壓(ετ?1)和環(huán)氧云母介質(zhì)的極化主要由偶極子轉(zhuǎn)向極化構(gòu)成的條件(εs>ε∞)[9]，式(4)可簡(jiǎn)化為式(5)。

Δtanδs≈tanδs0·ΔCs/C0

(5)

對(duì)于線(xiàn)棒槽部絕緣來(lái)說(shuō)，如果放電前的電容C0和介質(zhì)損耗因數(shù)tanδs0為定值，則放電前后的介質(zhì)損耗因數(shù)增量Δtanδs與電容變化量ΔCs成正比。

3.6 線(xiàn)棒介質(zhì)損耗和電容計(jì)算公式

3.6.1 絕緣整體性良好線(xiàn)棒

絕緣整體性良好的線(xiàn)棒意味著線(xiàn)棒槽部絕緣的介質(zhì)損耗因數(shù)和電容基本不隨外施電壓升高而變化，可以認(rèn)為定值，即Δtanδs和ΔCs為0。因此，線(xiàn)棒兩電極介質(zhì)損耗tanδ和電容C可由式(6)和式(7)表述。

(6)

C=C0+C1=C0+ΔCe

(7)

在式(6)中，等號(hào)右側(cè)的第1部分基本不隨電壓變化，等于線(xiàn)棒剛施加電壓時(shí)的介質(zhì)損耗測(cè)試值；等號(hào)右側(cè)的第2部分為電壓的變量，它引起線(xiàn)棒介質(zhì)損耗測(cè)試值的變化。

在式(7)中，等號(hào)右側(cè)的第1部分C0基本不隨電壓變化，為線(xiàn)棒剛施加電壓時(shí)的電容測(cè)試值；等號(hào)右側(cè)的第2部分為電壓的變量，它引起線(xiàn)棒電容測(cè)試值的變化。

3.6.2 絕緣嚴(yán)重脫殼線(xiàn)棒

絕緣嚴(yán)重脫殼的線(xiàn)棒意味著線(xiàn)棒槽部絕緣的介質(zhì)損耗因數(shù)和電容隨外施電壓升高而增大，均為電壓的函數(shù)。因此，線(xiàn)棒兩電極介質(zhì)損耗tanδ和電容C可由式(8)和式(9)表述。

(8)

C=C0+C1=C0+ΔCs+ΔCe

(9)

在式(8)中，等號(hào)右側(cè)第1部分基本不隨電壓變化，為線(xiàn)棒剛施加電壓時(shí)的介質(zhì)損耗測(cè)試值；等號(hào)右側(cè)第2部分和第3部分為電壓的變量，引起線(xiàn)棒介質(zhì)損耗測(cè)試值的變化。

在式(9)中，等號(hào)右側(cè)第1部分基本不隨電壓變化，為線(xiàn)棒剛施加電壓時(shí)的電容測(cè)試值；等號(hào)右側(cè)的第2部分和第3部分為電壓的變量，引起線(xiàn)棒電容測(cè)試值的變化。

3.7 線(xiàn)棒介質(zhì)損耗和電容中各分量典型曲線(xiàn)

3.7.1 絕緣整體性良好線(xiàn)棒

絕緣整體性良好線(xiàn)棒的tanδ～U的典型曲線(xiàn)或C～U典型曲線(xiàn)如圖9所示。

1. tanδs; 2. tanδe; 3. tanδ圖9 絕緣整體性良好線(xiàn)棒的典型曲線(xiàn)

3.7.2 絕緣嚴(yán)重脫殼線(xiàn)棒

絕緣嚴(yán)重脫殼線(xiàn)棒的tanδ～U的典型曲線(xiàn)或C～U典型曲線(xiàn)如圖10所示。

1. tanδs; 2. tanδe; 3. tanδ圖10 絕緣嚴(yán)重脫殼線(xiàn)棒的典型曲線(xiàn)

4 結(jié)果與分析

4.1 電極長(zhǎng)度對(duì)整體性良好線(xiàn)棒的影響

4.1.1 介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ

由圖11可知，1號(hào)線(xiàn)棒電極長(zhǎng)度從L0開(kāi)始(令ΔL=0)，隨著電極長(zhǎng)度的增加，不同電壓下的曲線(xiàn)趨勢(shì)基本一致，均為先基本不變?cè)贉p小。曲線(xiàn)拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電極長(zhǎng)度為圖2中項(xiàng)3的低電阻防暈帶長(zhǎng)度。

1. 0.2Un下實(shí)測(cè)值; 2. 0.6Un下實(shí)測(cè)值; 3. 1.0Un下實(shí)測(cè)值;

假設(shè)線(xiàn)棒槽部與端部的截面尺寸相同且介質(zhì)均勻，則槽部與端部的電容之比即等于長(zhǎng)度之比。根據(jù)ΔL=120 mm的介質(zhì)損耗測(cè)試值，可由式(6)計(jì)算得到后續(xù)計(jì)算值，如圖11所示。值得注意的是，因?yàn)槎瞬拷^緣介質(zhì)損耗計(jì)算條件取值存在較大的不確定性，所以介質(zhì)損耗計(jì)算值和實(shí)測(cè)值也存在較大的差異。

4.1.2 電容C

由圖12可知，1號(hào)線(xiàn)棒電極長(zhǎng)度從L0開(kāi)始(令ΔL=0)，隨著電極長(zhǎng)度的增加，不同電壓下的曲線(xiàn)趨勢(shì)基本一致，均為先基本不變?cè)僭龃?。曲線(xiàn)拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電極長(zhǎng)度為圖2中項(xiàng)3的低電阻防暈帶長(zhǎng)度。

1. 0.2Un下實(shí)測(cè)值; 2. 0.6Un下實(shí)測(cè)值; 3. 1.0Un下實(shí)測(cè)值;

假設(shè)線(xiàn)棒槽部與端部的截面尺寸相同且介質(zhì)均勻，則電容的增加即等于長(zhǎng)度的增加。根據(jù)ΔL=120 mm的電容測(cè)試值，可由式(7)計(jì)算得到后續(xù)計(jì)算值，如圖12所示。測(cè)試曲線(xiàn)與計(jì)算曲線(xiàn)具有較好的一致性。

4.2 電極長(zhǎng)度對(duì)絕緣脫殼線(xiàn)棒的影響

4.2.1 介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ

由圖13可知，4號(hào)線(xiàn)棒電極長(zhǎng)度從L0開(kāi)始(令ΔL=0)，隨著電極長(zhǎng)度的增加，不同電壓下的曲線(xiàn)趨勢(shì)基本一致，均為先基本不變?cè)俾晕p小。曲線(xiàn)拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電極長(zhǎng)度為圖2中項(xiàng)3的低電阻防暈帶長(zhǎng)度。

1. 0.2Un實(shí)測(cè)值；2. 0.6Un實(shí)測(cè)值；3. 1.0Un實(shí)測(cè)值

在圖5和圖13中，電極長(zhǎng)度(或各部分電容)對(duì)tanδ的影響并不明顯，這是因?yàn)棣anδs遠(yuǎn)大于Δtanδe且Cs大于Ce而使式(8)中等號(hào)右側(cè)第3部分為第2部分所掩蓋。

4.2.2 電容C

由圖14可知，4號(hào)線(xiàn)棒電極長(zhǎng)度從L0開(kāi)始(令ΔL=0)，隨著電極長(zhǎng)度的增加，不同電壓下的曲線(xiàn)趨勢(shì)基本一致，均為先基本不變?cè)僭龃?。曲線(xiàn)拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電極長(zhǎng)度為圖2中項(xiàng)3的低電阻防暈帶長(zhǎng)度。

1. 0.2Un實(shí)測(cè)值; 2. 0.6Un實(shí)測(cè)值; 3. 1.0Un實(shí)測(cè)值

4.3 電極長(zhǎng)度對(duì)曲線(xiàn)計(jì)算的意義

由圖3～圖6中不同電極長(zhǎng)度下各曲線(xiàn)互相平行或重合可知：在相同電壓下，在線(xiàn)棒電極長(zhǎng)度兩端各延長(zhǎng)0～100 mm范圍內(nèi)，線(xiàn)棒端部未被電極覆蓋的部分的Δtanδe～U曲線(xiàn)和ΔCe～U曲線(xiàn)特性未發(fā)生變化，只是槽部與端部各自所占電容比例發(fā)生了變化。

由圖11～圖14中不同電壓下各曲線(xiàn)互相平行可知：在相同電極長(zhǎng)度下，線(xiàn)棒端部的Δtanδe數(shù)值和ΔCe數(shù)值與外施電壓U近似于線(xiàn)性增加，因此在實(shí)際計(jì)算中Δtanδe～U曲線(xiàn)和ΔCe～U曲線(xiàn)可簡(jiǎn)化為線(xiàn)性關(guān)系。

4.4 絕緣脫殼線(xiàn)棒的tanδ～U曲線(xiàn)計(jì)算

假設(shè)相同形狀和結(jié)構(gòu)的不同線(xiàn)棒端部防暈系統(tǒng)相同時(shí)，tanδe～U特性也基本相等，則可以通過(guò)測(cè)試相同形狀和結(jié)構(gòu)的2號(hào)和3號(hào)線(xiàn)棒的tanδ～U曲線(xiàn)并分解出tanδe～U曲線(xiàn)。

根據(jù)4號(hào)線(xiàn)棒C～U曲線(xiàn)并按照式(5)和式(8)可計(jì)算得到4號(hào)線(xiàn)棒tanδ～U曲線(xiàn)，如圖15所示。

圖15 4號(hào)線(xiàn)棒tanδ～U實(shí)測(cè)曲線(xiàn)與計(jì)算曲線(xiàn)

由圖15可知，實(shí)測(cè)曲線(xiàn)與計(jì)算曲線(xiàn)基本一致，這說(shuō)明：對(duì)于絕緣脫殼線(xiàn)棒來(lái)說(shuō)，Δtanδs遠(yuǎn)大于Δtanδe且Cs大于Ce，同時(shí)相關(guān)計(jì)算比較符合式(5)。

5 結(jié)語(yǔ)

1) 首次建立了高壓電機(jī)定子線(xiàn)棒兩電極介質(zhì)損耗因數(shù)和電容的等值電路模型。

2) 首次建立了高壓電機(jī)定子線(xiàn)棒兩電極介質(zhì)損耗因數(shù)和電容的各組成分量的數(shù)值計(jì)算模型。

3) 絕緣整體性良好線(xiàn)棒的介質(zhì)損耗因數(shù)與電容均由恒定的槽部初始值與線(xiàn)性增加的端部增量疊加而成。

4) 絕緣嚴(yán)重脫殼線(xiàn)棒的介質(zhì)損耗因數(shù)與電容包括恒定的槽部組分、激增的槽部增量與線(xiàn)性增加的端部增量。

[1] 顧家華.電機(jī)繞組真空連續(xù)浸漬絕緣工藝簡(jiǎn)析[J].微特電機(jī),2005,30(5):35～38.

[2] 夏英來(lái).大型發(fā)電機(jī)定子槽內(nèi)振動(dòng)火花放電機(jī)理[J].高電壓技術(shù),2013,39(4):1009～1017.

[3] 何景彥，吳廣寧，高波.基于介質(zhì)損耗分析研究變頻電機(jī)絕緣老化特性[J].高壓電器, 2008,44(3):243～245.

[4] 胡波,梁智明，皮如貴. 大型水輪發(fā)電機(jī)定子線(xiàn)棒氣隙群放電的特性研究[J].絕緣材料, 2009,42(1):39～43.

[5] 宋建成，樂(lè)波，謝恒堃. 大電機(jī)主絕緣多因子老化試驗(yàn)中試樣線(xiàn)棒端部防暈技術(shù)的研究[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào). 2000, 15(3):1～5.

[6] 謝磊，寧叔帆，于開(kāi)坤. 碳化硅非線(xiàn)性導(dǎo)電特性的研究進(jìn)展[J]. 絕緣材料。2005.(3):60～65.

[7] 于開(kāi)坤，寧叔帆，趙麗華. 防暈層厚度和碳化硅含量對(duì)其電學(xué)性能影響因素的研究[J]. 絕緣材料. 2005,(3):29～34.

[8] 金維芳.電介質(zhì)物理[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1995.70～75.

[9] 胡波，謝志輝，何明鵬. 電機(jī)定子線(xiàn)棒絕緣介質(zhì)損耗特性研究[J].防爆電機(jī), 2012,47(2):25～28.

胡波，男，1981年生，碩士研究生，工程師，畢業(yè)于西安交通大學(xué)電氣絕緣專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事高壓電機(jī)絕緣工藝研究。

·信息點(diǎn)滴·

菲律賓仍有516萬(wàn)kW水電資源待開(kāi)發(fā)

據(jù)《菲律賓星報(bào)》2014年8月22日?qǐng)?bào)道，菲能源部的數(shù)據(jù)顯示，菲未開(kāi)發(fā)的水電資源在516萬(wàn)kW左右，其中呂宋地區(qū)待開(kāi)發(fā)的有358萬(wàn)kW，棉蘭老島有86萬(wàn)kW，米沙鄢地區(qū)有72萬(wàn)kW，共需約130億美元的投資。菲律賓目前水電總裝機(jī)容量為349萬(wàn)kW，占全國(guó)總裝機(jī)容量的13.7%，水電裝機(jī)容量落后于越南、泰國(guó)和印尼。

20140403