Азизов Андрей Шавкатович. Исследование и разработка современных систем изоляции статорных обмоток высоковольтных турбо- и гидрогенераторов повышенной мощности

Краткое описание

Азизов Андрей Шавкатович. Исследование и разработка современных систем изоляции статорных обмоток высоковольтных турбо- и гидрогенераторов повышенной мощности : диссертация ... кандидата технических наук : 05.09.02 / Азизов Андрей Шавкатович; [Место защиты: С.-Петерб. политехн. ун-т].- Санкт-Петербург, 2009.- 160 с.: ил. РГБ ОД, 61 10-5/830

Содержание к диссертации

Введение
Глава 1. Литературный обзор 13
1.1. Состав корпусной изоляции статорной обмотки турбо- и гидрогенераторов 13
1.2. Технология изготовления корпусной изоляции 16
1.2.1. Технология изготовления корпусной изоляции с использованием предварительно пропитанных лент 18
1.2.2. Технология изготовления корпусной изоляции с использованием непропитанных (сухих) лент 23
1.3. Усовершенствование изоляции статорной обмотки мощных турбо- и гидрогенераторов 27
1.3.1. Вопросы создания высокотеплопроводной изоляции для турбогенераторов с воздушным и водородным охлаждением 28
1.3.2. Вопросы создания корпусной изоляции с низким значением диэлектрических потерь для мощных гидрогенераторов 44
1.4. Надежность изоляции статорной обмотки высоковольтных турбо- и гидрогенераторов 48
1.4.1. Воздействие электрического поля 50
1.4.2. Воздействие тепловых факторов 54
1.4.3. Воздействие механических факторов 57
1.4.4. Влияние окружающей среды 60
1.4.5. Комплексное воздействие разрушающих факторов на изоляцию электрических машин 63
1.4.5. Выводы по литературному обзору и постановка цели исследований
Глава 2. Методическая часть 65
2.1. Конструкции образцов изоляции статорной обмотки 65
2.2. Методики измерения электрических свойств корпусной изоляции 67
2.2.1. Методика определения tg5 образцов изоляции высоковольтных электрических машин 67
2.2.2. Определение длительной электрической прочности макетных образцов изоляции 71
2.2.3. Методика статистической обработки результатов оценки длительной электрической прочности 73
2.2.4. Методика измерения характеристик частичных разрядов в электромашинной изоляции 76
2.2.5. Определение устойчивости статорной изоляции к воздействию термоциклов 79
2.3. Измерение физико-химических характеристик корпусной изоляции 79
2.3.1. Методика определения содержания связующего (Ссв) 79
2.3.2. Методика измерения коэффициента теплопроводности образцов корпусной изоляции 80
2.4. Общие вопросы методики постановки исследования 85
2.5. Выводы по методической части 86
Глава 3.Разработка корпусной изоляции с улучшенными диэлектрическими свойствами для высоковольтных гидрогенераторов с воздушным охлаждением93
3.1. Характеристики исследованных предварительно пропитанных слюдосодержащих лент промышленного производства 93
3.2. Разработка предварительно-пропитанной изоляционной ленты отечественного производства с низким значением диэлектрических потерь при максимальных рабочих температурах 93
3.3. Исследование диэлектрических потерь образцов корпусной изоляции на основе предварительно пропитанных слюдосодержащих лент 93
3.4. Экспериментальная оценка длительной электрической прочности корпусной изоляции с улучшенными диэлектрическими параметрами 103
3.5. Исследование стойкости изоляции с улучшенными диэлектрическими характеристиками к воздействию напряжения и термоциклов 108
Глава 4.Разработка корпусной изоляции с повышенной теплопроводностью для мощных турбогенераторов с воздушным охлаждением114
4.1. Характеристика исследованных материалов. Методика изготовления образцов для проведения теплофизических экспериментов 115
4.2. Результаты определения коэффициента теплопроводности образцов корпусной изоляции, изготовленных из различных слюдосодержащих лент 118
4.3. Исследование теплопроводности материалов для пазового уплотнения статорной обмотки турбогенераторов с воздушным охлаждением 126
4.4. Выбор технологического режима изготовления корпусной изоляции мощных турбогенераторов с воздушным охлаждением 130
4.5. Исследование и выбор материалов для системы корпусной изоляции мощных турбогенераторов с воздушным охлаждением 133
4.6. Испытание изоляции обмотки статора турбогенератора ТЗФП-220 с воздушным охлаждением мощностью 220 МВт и контроль качества пропитки статорной обмотки 142
Основные выводы и результаты работы 148
Литература 150
Приложение. Акт внедрения результатов работы 160

Вопросы создания высокотеплопроводной изоляции для турбогенераторов с воздушным и водородным охлаждением
Методика измерения коэффициента теплопроводности образцов корпусной изоляции
Исследование диэлектрических потерь образцов корпусной изоляции на основе предварительно пропитанных слюдосодержащих лент
Результаты определения коэффициента теплопроводности образцов корпусной изоляции, изготовленных из различных слюдосодержащих лент

Введение к работе

Актуальность работы.Совершенствование, а именно, придание заданных электрофизических свойств, определяемых техническим прогрессом в энергетике, изоляции статорной обмотки высоковольтных электрических машин осуществляется как путем разработки и внедрения новых изоляционных материалов - предварительно пропитанных и непропитанных («сухих») слюдосодержащих лент с улучшенными характеристиками входящих в их состав компонентов (слюдобумаги, стеклотканевой подложки и связующего - пропиточного состава), так и с помощью оптимизации технологического процесса изготовления системы корпусной изоляции.
Возрастающие требования минимизации диэлектрических потерь статорной изоляции современных гидрогенераторов привели к необходимости снижения диэлектрических потерь изоляции, особенно в области максимальных рабочих температур. В частности, при проведении международных конкурсов (тендеров) на изготовление современных гидрогенераторов требования по минимальным значениям тангенса угла диэлектрических потерь корпусной изоляции при температуре 155 С не превышают 10 %. Разработка системы изоляции, характеризующейся пониженными диэлектрическими потерями в области рабочих температур, позволит повысить рабочие характеристики и надежность мощных высоковольтных гидрогенераторов.
Создание и внедрение в производство электроизоляционных материалов с высоким коэффициентом теплопроводности, позволит осуществить разработку нового типа теплопроводной корпусной изоляции, что, в свою очередь, увеличит диапазон мощности турбогенераторов с воздушным и водородным охлаждением.
Несмотря на достаточно высокие научно-технические достижения отечественного производства в области создания высоконадежной изоляции статорных обмоток крупных высоковольтных электрических машин (турбо- и гидрогенераторов), вопросы, связанные с разработкой и изготовлением новых типов корпусной изоляции с повышенными значениями теплопроводности и низким тангенсом угла диэлектрических потерь при максимальной температуре требуют дополнительной научной проработки.
Цель работы.На основе всесторонних исследований диэлектрических характеристик, теплопроводности и механизмов старения термореактивной слюдосодержащей электромашинной изоляции выработать рекомендации по созданию новых электроизоляционных материалов с улучшенными диэлектрическими параметрами (с пониженным значением тангенса угла диэлектрических потерь при максимальной рабочей температуре), а также с высоким значением коэффициента теплопроводности. Разработать и внедрить технологические процессы по созданию новых типов корпусной изоляции:
с пониженными диэлектрическими потерями для мощных гидрогенераторов;
с повышенной теплопроводностью и электрической прочностью для мощных турбогенераторов с воздушным и водородным охлаждением.
Для достижения указанной цели представляется необходимым решить следующие задачи:
1. Разработать комплексную экспериментальную методику, обеспечивающую объективную экспериментальную оценку диэлектрических параметров корпусной изоляции при разных эксплуатационных воздействиях.
1. Изучить влияние структурных особенностей и химического строения слюдосодержа-щих композиционных материалов на диэлектрические и теплофизическпе характеристики системы корпусной изоляции.
2. Разработать основные параметры технологических процессов, предназначенных для создания корпусной изоляции с улучшенными характеристиками для мощных высоковольтных гидрогенераторов и турбогенераторов с воздушным охлаждением.
Научная новизна работы.
1. Разработана комплексная экспериментальная методика, основанная на использовании модельных, макетных испытательных образцов и элементов реальных обмоток, а также на последовательном применении серии традиционных и новых, предложенных в работе тестовых методов, при помощи которых выполнено систематическое изучение процессов старения различных типов термореактивной слюдосодержащей изоляции.
2. Установлено влияние химического строения пропитывающего лака, используемого для изготовления предварительно пропитанных слюдосодержащих лент, на значение тангенса угла диэлектрических потерь корпусной изоляции при максимальных рабочих температурах.
3. Экспериментально установлена взаимосвязь коэффициента теплопроводности корпусной изоляции высоковольтных турбо- и гидрогенераторов, изготовленной по разным технологиям (гидростатической опрессовкой и вакуум-нагнетательной пропиткой), от содержания эпоксидного связующего.
4. Показано влияние структурных особенностей и состава композиционной электромашинной изоляции (типа и толщины стеклянной подложки, типа эпоксидного связующего и мелкодисперсного твердого наполнителя) на ее теплофизическпе и диэлектрические характеристики.
Практическая значимость работы.
5. Разработана достоверная, экономически доступная и удобная в применении, в том числе в промышленных условиях, комплексная экспериментальная методика выбора электроизоляционных материалов для создания электромашинной изоляции с заданными электрическими и теплофизическими свойствами.
6. Совместно с ОАО «ХК Элинар» разработан, исследован и внедрен в производство в ОАО «Силовые машины» филиал «Электросила» электроизоляционный слюдосодержащий материал (Элмикатерм 52409) с улучшенными электрическими свойствами, с применением которого разработана и внедрена в ОАО «Силовые машины» филиал «Электросила» технология изготовления корпусной изоляции с пониженными диэлектрическими потерями для мощных гидрогенераторов с воздушным охлаждением.
7. Исследованы и внедрены в производство в ОАО «Силовые машины» филиал «Электросила» электроизоляционные слюдосодержащие материалы с оптимизированной структурой (Porofab МЕ3434, Элмикатерм Т), предназначенные для создания высокотеплопроводя-щей изоляции статорной обмотки. Разработана и внедрена технология изготовления высокотеплопроводной изоляции статорной обмотки для турбогенераторов с воздушным охлаждением мощностью 220 МВт.
8. Изготовленные с использованием результатов, достигнутых в настоящей работе, головные образцы электрических машин с изоляцией, имеющей улучшенные характеристики (гидрогенератор СВ 1182/300-48Т (395/438,6 МВА, 17 кВ) для ГЭС «Эль-Кахон» (Мексика) и
турбогенератор с воздушным охлаждением ТЗФП-220 для Красноярской ТЭЦ), укрепили конкурентоспособность продукции ОАО «Силовые машины» филиал «Электросила» (г. Санкт-Петербург). Практическая значимость полученных результатов подтверждена актом внедрения их в ОАО «Силовые машины» филиал «Электросила» (г. Санкт-Петербург).
На защиту выносятся:
(.Результаты исследований электрическихитеплофизических характеристик различных типов термореактивной слюдосодсржащеи электромашинной изоляции, изготовленных методом гидростатической опрессовки и вакуум-нагнетательной пропитки.
2. Принципы выбора электроизоляционных материалов, конструкция и технология изготовления корпусной изоляции с пониженным значением диэлектрических потерь для мощных гидрогенераторов.
3. Принципы выбора электроизоляционных материалов, конструкция и технология изготовления корпусной изоляции с повышенной теплопроводностью для мощных турбогенераторов с воздушным и водородным охлаждением.
Достоверность результатов.Достоверность обеспечивается обоснованным выбором и корректным использованием современных методов измерения электрических и теплофизических характеристик исследуемых материалов; применением современных методик, позволяющих всесторонне изучить проблему; статистической обработкой полученных данных; проведением повторных испытаний, включающих испытания на полномасштабных образцах статорных обмоток, показывающих воспроизводимость результатов.
Личный вклад авторасостоит в определении цели и методов исследования; проведении экспериментальных исследований; обработке, обобщении и анализе полученных результатов. Все результаты, представленные в работе, получены лично автором или при его непосредственном участии. Автор благодарит за помощь в проведении исследований сотрудников лаборатории электрической изоляции ОАО «Силовые машины» филиал «Электросила» (г. Санкт-Петербург).
Апробация работы.
Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
1. Научно-практическая конференция «Полимерные материалы, композиты и изделия из них», 13.10 -14.10.2005, Санкт-Петербург.
2. Четвертая международная научно-техническая конференция «Электрическая изоля-ция-2006», 16.05-19.05.2006, Санкт-Петербург.
3. 10'hINSUCON International Conference, 24.05-26.05.2006, Birmingham, UK.
4. Научно-практическая конференция «Перспективные электроизоляционные материалы и системы изоляции вращающихся электрических машин», 25.04-27.04.2007, г. Наро-Фоминск.
5. C1GRE SC A1&D1 Joint Colloquium, 24.10-27.10.2007, Korea.
6. XI Международная конференция Физика диэлектриков (Диэлектрики-2008), 03.06-07.06.2008, Санкт-Петербург.
7. VII Международной конференции «Электроизоляционные материалы для вращающихся электрических машин», 09.06-11.06.2009, г. Наро-Фоминск.
8. XIII Всероссийская конференция по проблемам науки и высшей школы «Фундаментальные исследования и инновации в технических университетах», 18.05.2009, Санкт-Петербург.
9. VII Международная научно-техническая конференция «Элмаш-2009», 22.09-25.09.2009, г. Истра.
Публикации.По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 3 работы в журналах, входящих в список ВАК.
Структура и объём диссертационной работы.Диссертация общим объёмом 160 страниц состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы (105 наименование), приложения. Работа сод