[发明专利]基于多节点阻容网式模型的高压电机防晕结构优化方法

说明书

本发明公开的一种基于多节点阻容网式模型的高压电机防晕结构优化方法，设定定子线圈的空气域范围，将空气域、防晕结构和主绝缘划分为多个电阻单元和多个电容单元，根据划分的电阻单元和电容单元建立高压电机定子线圈端部的多节点阻容网式模型，并确定多节点阻容网式模型的阻值、电容参数和边界条件，并在定子线圈端部铜导体不同的运行条件下，进行防晕结构沿面电位、电场以及电流暂态计算分析，确定防晕结构的缺陷并对其进行优化；相比基于传统的阻容链式模型的绕组端部防晕优化设计方法，该优化方法建立的模型更加完整，将线圈外部的空气域以及主绝缘内部电场均考虑在内，从建模原理上避免了传统方法因简化模型而引入的计算误差，从划分方法上提高了计算精度。

技术领域

本发明涉及高压电机绝缘结构设计领域，具体为基于多节点阻容网式模型的高压电机防晕结构优化方法。

背景技术

随着国内外对电力需求的不断增长，以及对绿色和清洁能源的越来越青睐，各种发电机的容量和电压等级也在逐步提高。在发电机电压等级方面，当前800～1300MW发电机的电压等级基本在24～27kV范围，而限制电压等级进一步提高的根因就是高压电机的绝缘技术，其关键技术之一便是定子绕组端部绝缘的均压防晕技术。高压电机防晕结构的设计往往从两方面入手，试验测定和仿真计算，前者是挑选现有的线棒进行防晕层沿面电位或电场分布测定后分析优化，后者则是通过建立模型计算优化。

高压电机绕组端部的均压防晕结构的电场计算优化，计算方法可分为两种：一种是采用传统阻容链式模型计算法，另一种是采用有限元计算法。传统阻容链式模型虽计算简单，但一贯采用的节点划分仅是从防晕长度上去考虑，省略了整个防晕结构表面之外空气域分布电容电流对外法向电场分量的影响，以及存在主绝缘厚度与沿面长度划分单元尺寸相差过大问题，这些一直采用的简化手段在高压电机端部电场计算时都会引入计算误差。而有限元法比较成熟，但存在实施较复杂，计算资源需求较大，时间成本较高的缺点。

发明内容

针对应用现有高压电机绕组端部的均压防晕结构的电场计算优化误差大或实施复杂的问题，本发明提供一种基于多节点阻容网式模型的高压电机定子线圈防晕结构优化方法，能够快速准确的计算高压电机定子线圈端部电场。

本发明是通过以下技术方案来实现：

基于多节点阻容网式模型的高压电机防晕结构优化方法，包括以下步骤：

步骤1、确定防晕结构的防晕材料非线性伏安特性；

步骤2、预设定子线圈的空气域范围，将空气域以及定子线圈端部的防晕结构和主绝缘依据各自阻容特性划分为多个电阻单元和多个电容单元，根据划分的电阻单元和电容单元建立高压电机定子线圈端部的多节点阻容网式模型；

步骤3、确定电阻单元的阻值参数、电容单元的电容参数，以及高压电机定子线圈端部多节点阻容网式模型的边界条件；

步骤4、根据步骤3得到的高压电机定子线圈端部多节点阻容网式模型，在定子线圈端部铜导体不同的运行条件下，进行防晕结构沿面电位、电场以及电流暂态计算分析，确定防晕结构的缺陷并进行优化。

优选的，步骤1中所述防晕结构包括低阻防晕层以及多段随电场强度变化呈不同非线性特性的高阻防晕层，对每段高阻防晕层进行非线性伏安特性测试。

优选的，非线性伏安特性测试采用试样进行测试，试样的制备方法如下，在绝缘管表面半叠包绕高阻带，再沿绝缘管轴向依次缠绕多段低阻带后经绝缘浸渍成型。

优选的，步骤2中划分方法具体如下：

将防晕结构沿定子线圈轴向划分为多个电阻单元，将主绝缘和空气域沿定子线圈轴向划分为多个电容单元，沿线圈截面径向将主绝缘与空气域划分为多个电容单元。

优选的，步骤3中电容单元的电容参数依据平板电容原理计算确定电容值；边界条件包括，设定铜导体的高电位和定子铁芯电位为零，所述铜导体的高电位为线圈额定运行电压或耐压试验电压。