高壓電機(jī)電暈放電及其處理方法

1、第24卷第3期 攀枝花學(xué)院學(xué)報(bào) 2007年6月Vo.l24.No.3 JournalofPanzhihuaUniversity Jun.2007#電子技術(shù)研究#高壓電機(jī)電暈放電及其處理方法潘慧梅1,2 李澤蓉3(1、攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院,四川攀枝花 617000;2、西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院,四川成都 617000;3、攀枝花學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院,四川攀枝花 617000)摘 要 通過分析電暈放電的原因、危害和傳統(tǒng)防電暈措施,結(jié)合實(shí)際在冶金電氣中大量使用的高壓電機(jī)電暈放電實(shí)例,證明使用傳統(tǒng)的防電暈措施效果不是很好,因此我們通過在實(shí)踐中的不斷摸索,采用了行之有效的新的處理措施,并在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)

2、行了多年的檢驗(yàn),效果良好。關(guān)鍵詞 高壓電機(jī);電暈放電;防電暈;措施;效果作者簡介 潘慧梅(1970),女,學(xué)士,攀枝花學(xué)院電信學(xué)院,講師。主要研究方向:電氣工程應(yīng)用與教學(xué)。0 前言高壓電機(jī)是攀枝花鋼鐵有限責(zé)任公司各廠礦內(nèi)廣泛應(yīng)用的電機(jī),但近年來由于各類綜合因素的影響,常有高壓大電機(jī)因?yàn)殡姇灧烹娭率闺姍C(jī)損壞,按傳統(tǒng)的處理方法處理后,仍然故障重重,電機(jī)不能長期正常工作。我們通過理論分析結(jié)合實(shí)踐中的探索,改進(jìn)了傳統(tǒng)的處理措施,在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行了檢驗(yàn)。1 電暈放電1.1 電暈放電的概念3在很不均勻的電場(chǎng)中,電壓還較低的時(shí)候,尖極處的場(chǎng)強(qiáng)就已經(jīng)超過臨界值,尖極處即出現(xiàn)自持放電。由于離尖極稍遠(yuǎn)處場(chǎng)強(qiáng)已大為

3、減小,故游離放電只能局限在尖極附近的空間而不能擴(kuò)展出去。該區(qū)內(nèi)所形成的離子在復(fù)合時(shí)(或被激勵(lì)的氣體分子在回到常態(tài)時(shí))將輻射出光子,其中有一部分在可見光的頻譜范圍(其他大部分為紫光),人們看見有均勻穩(wěn)定的發(fā)光層籠罩在電極周圍,這就是電暈。當(dāng)電壓再提高時(shí),如電極間距離不大,則可能從電暈放電直接轉(zhuǎn)變成整個(gè)間隙的火花擊穿;如電極間距離大時(shí),則從電暈到擊穿之間還有刷形放電的過渡階段,刷形放電是氣隙的不完全擊穿。當(dāng)電壓再增高時(shí),刷形放電增長到達(dá)對(duì)面的電極,就轉(zhuǎn)化為火花擊穿。當(dāng)電源功率足夠大時(shí),火花擊穿迅速轉(zhuǎn)變成電弧。發(fā)生電暈時(shí)在電極周圍可以看到光亮,并伴有咝咝聲。發(fā)生電暈放電時(shí),氣體間隙的大部分尚未喪失絕

4、緣性能,放電電流很小,間隙仍能耐受電壓的作用。高壓電機(jī)的槽口部位,常常發(fā)生這種電暈放電。1.2 電暈放電的危害電暈放電產(chǎn)生的暈光是電極表面這個(gè)游離區(qū)的放電過程造成的。游離區(qū)內(nèi)的分子,在電場(chǎng)的作用下,產(chǎn)生了激發(fā)、游離,形成大量的電子崩,并且不斷復(fù)合,在復(fù)合過程中,產(chǎn)生光輻射,從而產(chǎn)生暈光。從發(fā)生電暈的物理過程分析,高壓裝置產(chǎn)生暈光是有害的。首先,產(chǎn)生電暈時(shí),回路中將有電暈電流流過,同時(shí)發(fā)出光、聲、熱,會(huì)引起電暈功率損失;其次,電暈放電還能使空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生臭氧及氧化氮等產(chǎn)物,引起絕緣腐蝕;另外,在電暈放電過程中,流柱會(huì)不斷熄滅和重新爆發(fā),出現(xiàn)放電的脈動(dòng)現(xiàn)象,產(chǎn)生高頻電磁波,引起對(duì)無線電信號(hào)

5、的干擾、電視干擾以及噪聲干擾;高電壓電氣設(shè)備,發(fā)生電暈放電會(huì)逐漸破壞設(shè)備絕緣性能,使電氣設(shè)備損壞。因此,高壓裝置要采取工藝措施,限制電暈的形成。1.3 防電暈放電的傳統(tǒng)措施針對(duì)電暈放電的物理過程,通過改變電極形狀、電場(chǎng)分布、絕緣介質(zhì)等方式,可以提高氣體間隙擊穿電壓,有效地防止電暈放電的產(chǎn)生,主要方法有:(1)改變電極形狀以改善電場(chǎng)分布,如消除電極上的銳緣、棱角、焊斑、毛刺等;(2)利用空間電荷畸變電場(chǎng)的作用改善電場(chǎng)分布,如采用細(xì)導(dǎo)線;(3)極不均勻電場(chǎng)中屏蔽的采用,如在電場(chǎng)極不均勻的空氣間隙中,放入薄片固體絕緣材料;(4)高氣壓的采用,即提高32第24卷 潘慧梅 李澤蓉:高壓電機(jī)電暈放電及其處

6、理方法 第3期氣體間隙的氣壓;(5)高真空的采用,如真空斷路器;(6)高耐電強(qiáng)度氣體的采用,如含鹵族元素的氣體化合物,六氟化硫、氟里昂等。2 高壓電機(jī)中的電場(chǎng)分布及傳統(tǒng)的防電暈措施2.1 高壓電機(jī)電場(chǎng)分布及產(chǎn)生電暈放電的原因分析在高壓電機(jī)定子槽部,繞組與槽壁間存在一定的空氣間隙,這樣在具有高電位的導(dǎo)線與具有零電位的鐵心之間既有固體絕緣層,又有薄層空氣隙,兩層介質(zhì)相互串聯(lián),由于空氣的介電系數(shù)比固體絕緣的小,因此在交流電壓下電機(jī)槽部薄層空氣隙中的電場(chǎng)較強(qiáng),而空氣的耐電強(qiáng)度遠(yuǎn)比電機(jī)的固體絕緣低,所以電機(jī)槽部薄層空氣隙容易發(fā)生電暈放電。另外,定子鐵心槽部的棱角比較突出,特別是通風(fēng)道處,此處空氣層更容易

7、發(fā)生電暈放電。在高壓電機(jī)端部出槽口處,電場(chǎng)分布更不均勻,不但存在沿絕緣表面的電場(chǎng)垂線分量,也存在很強(qiáng)的電場(chǎng)切線分量,其等值電路如圖一所示。由圖可見,由于體積電容C0的分布作用,體積電容電流分布不均勻,越是靠近槽口,電容電流Ic越大,沿絕緣表面的電位梯度越高,電場(chǎng)越強(qiáng),這里的氣隙越是容易發(fā)生電暈放電,因此電機(jī)端部槽口處的電暈常常比槽部更為嚴(yán)重。為防止高壓電機(jī)產(chǎn)生電暈放電,傳統(tǒng)工藝中的許多措施是有效的。如線圈匝間浸漆,匝間模壓,對(duì)地絕緣的熱模壓,定子線圈的整體浸漆或真空壓力浸漆等。2.2 高壓電機(jī)傳統(tǒng)的防電暈措施由于電暈會(huì)使電機(jī)絕緣表面出現(xiàn)白色或黃色粉末,嚴(yán)重時(shí)可以使絕緣表面燒成許多如蟲蛀的小洞,

8、明顯地縮短電機(jī)的使用壽命,因此在電機(jī)制造工藝上必須專門采取一些措施,防止電暈放電的產(chǎn)生。2.2.1 電機(jī)槽部的防電暈措施(1)改進(jìn)工藝,改善材料,以盡量減少由于制造或運(yùn)行中帶來的絕緣內(nèi)部的氣隙;(2)在繞組的外層包以半導(dǎo)體玻璃絲帶,在定子繞組下線前將定子槽內(nèi)壁涂以半導(dǎo)體漆。從而將繞組固體絕緣與鐵心間的氣隙短路,減小氣隙上電壓降,抑制電暈的發(fā)生;(3)嵌線以后,繞組應(yīng)壓緊密,若間隙過大,用半導(dǎo)體適形材料或半導(dǎo)體波紋板等塞緊。槽部所用半導(dǎo)體材料,一般要求其表面電阻率在10-108#cm范圍內(nèi),若太低,有可能將鐵心硅鋼片間絕緣短路而增加鐵損。2.2.2 電機(jī)出槽口處的防電暈措施(1)沿出槽口處的端部

9、絕緣表面涂半導(dǎo)體漆或半導(dǎo)體帶,其電阻率為10-108#cm,增大表面的電導(dǎo)電流,以減少由于電容電流的作用帶來的電位分布不均勻性。對(duì)于額定電壓較高的電機(jī),還可將半導(dǎo)體層分為多級(jí),離槽口越近,所用半導(dǎo)體阻值越小;另外,可以采用碳化硅半導(dǎo)體漆(一種非線性半導(dǎo)體材料),其阻值隨外施電場(chǎng)強(qiáng)度的增高而減少,如槽口處場(chǎng)強(qiáng)過高,它就自動(dòng)降低阻值,該處場(chǎng)強(qiáng)降低,從而自動(dòng)調(diào)節(jié)電位分布。(2)采用內(nèi)屏蔽方法。在高壓電機(jī)槽口處的絕緣層中加進(jìn)不同長度的絕緣極板,通過強(qiáng)制內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)的較均勻分布來改善絕緣表面的電場(chǎng)分布,內(nèi)屏蔽層數(shù)以1-2層為宜,而且可以與絕緣層外的半導(dǎo)體層配合使用。內(nèi)屏蔽的材料現(xiàn)在多為半導(dǎo)體玻璃絲帶。810

10、353 工作中遇到的問題高壓電機(jī)防電暈處理的傳統(tǒng)工藝:包完對(duì)地絕緣后,再外包一層含鐵石棉帶(規(guī)格為350.5mm),根據(jù)槽尺寸選擇平包或半迭包一層,最后包熱收縮帶和聚四氟乙烯薄膜帶進(jìn)行熱模壓,之后刷防暈漆。實(shí)踐證明這種處理方法的實(shí)際效果不是很好。F級(jí)絕緣高壓電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊,槽絕緣余量小,采用含鐵石棉帶占用主絕緣尺寸較多,不宜采用該工第24卷 攀枝花學(xué)院學(xué)報(bào) 第3期藝,如熱軋板廠高壓水電機(jī)等。從近年來進(jìn)廠大修的高壓電機(jī)情況看,基本不再采用含鐵石棉帶進(jìn)行防暈處理。隨著絕緣材料的不斷升級(jí),電機(jī)耐熱等級(jí)的不斷提高,含鐵石棉帶作為絕緣材料已逐步淘汰。因此需要有新突破。4 方案選擇根據(jù)高壓電機(jī)防暈的措施和電

11、機(jī)的實(shí)際情況,首先進(jìn)行了工藝方案的確定,在繞組外層包經(jīng)過脫臘處理的無堿玻璃絲帶,然后在刷涂一至兩層防暈漆,在繞組嵌放前再對(duì)電樞鐵心噴涂低阻防暈漆,從而將繞組固體絕緣與鐵心間的氣隙短路,降低氣隙間的電壓降,抑制電暈的產(chǎn)生。根據(jù)實(shí)際情況,我們提出了新的工藝方案,主要有:4.1 將高壓電機(jī)線圈防暈處理工藝放在線圈熱模壓以后單獨(dú)進(jìn)行;4.2 將含鐵石棉帶改為玻璃絲帶;4.3 采用131、130高、低阻防暈漆刷涂工藝。5 方案實(shí)施5.1主要工藝裝備及材料電熱干燥箱、常用工量具、無堿玻璃絲帶(0.125mm)、低電阻半導(dǎo)體防暈漆(130)及高電阻半導(dǎo)體防暈漆(131)。5.2 工藝過程及工藝參數(shù)的確定無堿

12、玻璃絲帶的脫臘處理,必須確認(rèn)脫臘、脫水徹底,同時(shí)不能改變玻璃絲帶性能。對(duì)不同電壓等級(jí)的電機(jī)刷涂防暈漆的尺寸數(shù)據(jù)不同,高、中、低阻漆的長度配合要盡可能合理,達(dá)到較佳的防暈效果。具體如下:(1)無堿玻璃絲帶脫臘處理。將無堿玻璃絲帶置于電熱干燥箱內(nèi),在180高溫下干燥6小時(shí),取出備用。(2)用經(jīng)過脫臘處理的無堿玻璃絲帶(規(guī)格為0.125mm)將線圈兩邊平包或半迭包一層,槽配合較緊時(shí)采取平包,槽配合余量較大時(shí),采用半迭包。包帶起始位置如圖示C-C1。平包時(shí)每圈應(yīng)搭邊1-2mm,包帶纏繞緊密,搭接準(zhǔn)確,起頭和收尾壓牢、平整,不得堆積和松散。(3)對(duì)高、低阻半導(dǎo)體防暈漆攪拌均勻,并進(jìn)行確認(rèn)。按圖2所示尺寸

13、刷涂高、低阻半導(dǎo)體防暈漆,各電壓等級(jí)電機(jī)高、低阻防暈漆刷涂長度如表所示。一般應(yīng)刷涂兩次,第一次刷涂經(jīng)自然涼干后,再進(jìn)行第二次刷涂。涼干后作耐壓試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下:UN6KV10KV低阻漆出鐵心長K30-50mm45-50mm高低阻漆搭接長M15-20mm20-30mm高阻漆長N75-150mm90-200mm5.3 高壓電機(jī)防暈處理新工藝的應(yīng)用高壓電機(jī)防暈處理工藝參數(shù)和工藝方法確定以后,我們應(yīng)用到實(shí)際電機(jī)中。氧氣廠Y630-12,10KV電要兩臺(tái),進(jìn)廠大修時(shí),都按新工藝進(jìn)行防暈處理,起暈電壓為35KV以上,超過傳統(tǒng)工藝條件下的起暈電壓值2。小軋廠1000kw電機(jī)也采用了防暈處理新工藝,其起暈電

14、壓值亦有明顯提高。高壓電機(jī)線圈按照上述方案進(jìn)行防暈處理后,與傳統(tǒng)處理方法作了比較試驗(yàn),采用新工藝后線圈起暈電壓有所提高,達(dá)到35000V,起暈電壓遠(yuǎn)高于有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。6 實(shí)用效果攀鋼新鋼釩股份有限公司氧氣廠于2003年6月30日回復(fù)用戶意見:2001年3月,氧氣廠氧壓機(jī)進(jìn)電氣公司大修,電機(jī)型號(hào)為Y630-12,630kw,10kv,在修理過程中,電機(jī)防暈處理采用了新工藝措施,經(jīng)兩年來電機(jī)運(yùn)行情況看,沒有明顯的電暈現(xiàn)象,沒有產(chǎn)生電暈腐蝕作用。(下轉(zhuǎn)第37頁)34第24卷 付 喬:鍋爐生產(chǎn)過程的節(jié)能控制 第3期參考文獻(xiàn)1趙慶林.用變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)工程的自動(dòng)控制J.石油自動(dòng)化,2000,(7).2.韓曉東,

15、王淳.深井供水電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J.大電機(jī)技術(shù),2000,(02)3胡軍.銅選礦廠的節(jié)能降耗實(shí)踐J.有色冶金節(jié)能,2006,(03).EconomizationControlduringBoilerProductionProcessFuQiao(ElectricalandInformationEngineeringCollege,PanzhihuaUniversitySichuanPanzhihua617000)Abstrac:tThepaper,basedonfactanalysis,illustratestheimportanceofeconomizationandenergycons

16、umptionreductionbyadoptingadvancedmeterandcontroltechniquesinordertoimprovethemanagementandcontrolofenergy.KeyWords:autocontro;leconomization;frequencycontro;lprocesscontrol(上接第34頁)實(shí)踐證明高壓電機(jī)采用防暈處理新工藝后,電機(jī)起暈電壓有明顯提高,有效提高電機(jī)絕緣壽命,提高高壓電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性,降低故障率,效果良好。參考文獻(xiàn)1王川波.高壓電氣絕緣及測(cè)試M.北京:中國水利水電出版社,1998.4.2陳化鋼.電氣設(shè)備預(yù)防性試

17、驗(yàn)方法M.北京:中國水利電力出版社,1994.9.3周澤存.高電壓技術(shù)M.北京:中國水利電力出版社,1988.6.TheDisposalofCoronaDischargeinHigh-voltageElectricMachinePan-huimei Li-zerong1,23(1Dept.ofInformationElectroengineering,PanzhihuaUniversitySichuanPanzhihua617000;3Electromechanicalengineeringschoo,lPanzhihuaUniversitySichuanPanzhihua617000)Abstrac:tByanalyzingthereason、theharmofcoronadischargeandtheprimarymethodofcoronaprotectiononthebasisofpracticalcasesinmetallurgy,thepaperprovesthatthetraditionalmethodofcoronap