CN103427523A - 一种大型永磁风力发电机散嵌绕组定子绝缘机构 - Google Patents

一种大型永磁风力发电机散嵌绕组定子绝缘机构 Download PDF

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贾大江
吕先明
李勇
郑健
徐建新
杨明
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Abstract

本发明涉及一种大型永磁风力发电机散嵌绕组定子绝缘机构，包括槽内绝缘组件及端部绝缘组件，槽内绝缘组件包括槽楔、槽绝缘、槽底垫条、中间绝缘及散嵌线绕组，槽楔设在散嵌线绕组的一端，散嵌线绕组由上绕组及下绕组构成，中间绝缘设在上绕组及下绕组之间，槽绝缘设在散嵌线绕组的外侧，槽底垫条设在槽绝缘的下部；端部绝缘组件包括端部相间绝缘件、端部绝缘、绑扎绳、软端箍及绕组端部密封件，端部相间绝缘件设在发电机端部的各绕组之间，端部绝缘包裹在绕组外侧，绕组端部密封件设在散嵌线绕组的非出线端，软端箍经绑扎绳绑扎在端部绝缘的外侧。与现有技术相比，本发明具有防晕能力强、绝缘性能好、介质损耗少、介电强度性能好等优点。

Description

一种大型永磁风力发电机散嵌绕组定子绝缘机构
技术领域
本发明属于电机绝缘领域，尤其是涉及一种大型永磁风力发电机散嵌绕组定子绝缘机构。
背景技术
风能的开发和利用发展非常迅速，风力发电的应用技术已日趋成熟。日本福岛核电站事件之后，全球风电市场成为新的关注点。
中国风电发展迅速，发展的主要动因来自：政府支持与鼓励、现有的和新建的风场需求增加、材料成本的优势。随着风电经济性的进一步提升和风电并网消纳问题的逐步解决，同时在政府政策的强力支持下，中国将继续引领世界风电的发展。
永磁风力发电机具有能适应低风速，耗能较少、后续维护成本低等优点。从综合情况来看，我国低风速的三类风区占到全部风能资源的50％左右，更适合使用永磁风电机组，因此，作为风力发电的关键设备，永磁风力发电机将是我国风力发电机未来的发展趋势。
发电机、电动机目前最普遍采用的绕组形式有两种：成型绕组和散嵌绕组。低压电机主要使用散嵌绕组，高压电机主要使用成型绕组。成型绕组焊接点多，容易产生薄弱点；在电机优化设计方面，由于线规选材范围小，使优化方案不能实现最优化。与成型绕组比较，散嵌绕组具有成本低、故障点少(焊接点少)、线规选材范围大、设计方案易优化等优点。
国外风电大公司，例如：德国ENERCON，丹麦：Vestas，西班牙：Gamesa等公司制造的大型风力发电机均有使用散嵌绕组的案例，说明了散嵌绕组在风力发电机中的广泛应用。
作为风力发电装备的最关键部件，风力发电机的研制尤为关键，电机运行的可靠性和运行寿命主要取决于绝缘结构的设计及其材料的应用。由于风力发电机使用的特殊地理环境(戈壁、草原、海边等)，风力发电机所用绝缘结构及其绝缘材料有着特殊要求，如防震、耐盐雾及在低压、大电流绝缘结构的机械强度和因力学性能下降引发的绝缘性能衰退以及特殊环境下运行绝缘结构的耐候性问题等。
大型风力发电机使用的变流器，一般分为两种：可控整流和不可控整流。使用不可控整流变流器发电效率低。使用可控整流变流器发电效率高，所以当今国内外主流风力发电机选用可控整流变流器，但是使用可控整流变流器会产生脉冲尖峰电压(2000V-2500V)，在此电压下，易发生电晕现象。电晕产生热效应和臭氧、氦的氧化物等，使线圈内局部温度升高，导致胶粘剂变质、碳化，股线绝缘和云母变白，进而使股线松散、短路，绝缘老化。另外由于热固性绝缘表面与槽壁接触不良或不稳定时，在电磁振动的作用下，将引起槽内间隙火花放电。这种火花放电造成的局部温升将使绝缘表面受到严重侵蚀。这一切都将对电机绝缘造成极大的损害。大型风力发电机使用可控整流变流器，就要考虑尖峰脉冲电压产生的电晕问题，这就要求绝缘结构的防电晕能力要强，具体来说就要求绝缘结构的放电起始电压、熄灭电压要高于脉冲尖峰电压，这样在尖峰脉冲电压时才不会产生电晕，绝缘结构才会不受电晕的损害。
散嵌绕组通常不涉及防电晕问题，但由于我们使用可控整流变流器，就需要我们必须考虑防电晕的问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种防晕能力强、绝缘性能好的大型永磁风力发电机散嵌绕组定子绝缘机构。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种大型永磁风力发电机散嵌绕组定子绝缘机构，包括槽内绝缘组件及端部绝缘组件，其中，
槽内绝缘组件：包括槽楔、槽绝缘、槽底垫条、中间绝缘及散嵌线绕组，所述的槽楔设在散嵌线绕组的一端，所述的散嵌线绕组由上绕组及下绕组构成，所述的中间绝缘设在上绕组及下绕组之间，所述的槽绝缘设在散嵌线绕组的外侧，所述的槽底垫条设在槽绝缘的下部；
端部绝缘组件：包括端部相间绝缘件、端部绝缘、绑扎绳、软端箍及绕组端部密封件，所述的端部相间绝缘件设在发电机端部的各绕组之间，所述的端部绝缘包裹在绕组外侧，所述的绕组端部密封件设在散嵌线绕组的非出线端，所述的软端箍经绑扎绳绑扎在端部绝缘的外侧。
所述的槽楔由二苯醚D350材料制作得到。
所述的槽绝缘由两层聚酰亚胺薄膜聚芳酰胺纤维纸柔软复合材料层构成，复合材料层之间夹设有五层云母带。
所述的槽底垫条由二苯醚D350材料制作得到。
所述的中间绝缘为两层聚酰亚胺薄膜聚芳酰胺纤维纸柔软复合材料或四层聚酰亚胺薄膜聚芳酰胺纤维纸柔软复合材料。
所述的散嵌线绕组由200级耐电晕漆包铜圆线绕制得到。
所述的端部相间绝缘件由两层聚酰亚胺薄膜聚芳酰胺纤维纸柔软复合材料层构成。
所述的端部绝缘由半叠包二层云母带及一层无碱玻璃纤维带构成，叠包的云母带深入到槽绝缘端部15-20mm。
所述的绕组端部密封件为无碱玻璃纤维布，表面涂刷树脂。
所述的绑扎绳为聚酯纤维绳。
所述的软端箍为无碱玻璃纤维绳。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)放电起始电压、熄灭电压高于脉冲尖峰电压，在脉冲尖峰电压时不会产生电晕，防晕能力强；
(2)绝缘材料耐热等级是H级，耐热性能好；
(3)绝缘电阻大于100GΩ，绝缘性能好；
(4)在2500V电压下测量介质损耗，小于3％，介质损耗少；
(5)电压10000V时，一分钟，绝缘结构没有被击穿，介电强度性能好；
(6)风力发电机电容大，采用直流高压测试仪(直流高压发生仪)测量，泄漏电流很小(μA级)；
(7)满足技术要求的同时，成本最低。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为槽内绝缘组件的结构示意图；
图3为端部绝缘组件的结构示意图。
图中，1为软端箍、2为绑扎绳、3为端部绝缘、4为槽绝缘、5为绕组端部密封件、6为槽楔、7为中间绝缘、8为散嵌线绕组、81为上绕组、82为下绕组、9为槽底垫条、10为端部相间绝缘件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
一种大型永磁风力发电机散嵌绕组定子绝缘机构，其结构如图1-3所示，包括槽内绝缘组件及端部绝缘组件，其中，槽内绝缘组件包括槽绝缘4、槽底垫条9、槽楔6、中间绝缘7及散嵌线绕组8，槽楔6设在散嵌线绕组8的一端，散嵌线绕组8由上绕组81及下绕组82构成，中间绝缘7设在上绕组81及下绕组82之间，槽绝缘4设在散嵌线绕组8的外侧，槽底垫条9设在槽绝缘4的下部。端部绝缘组件包括端部相间绝缘件10、端部绝缘3、绑扎绳2、软端箍1及绕组端部密封件5，端部相间绝缘件10设在发电机端部的各绕组之间，端部绝缘3包裹在绕组外侧，绕组端部密封件5设在散嵌线绕组8的非出线端，软端箍1经绑扎绳2绑扎在端部绝缘3的外侧。
散嵌线绕组8为200级耐电晕漆包铜圆线，槽绝缘4由两层聚酰亚胺薄膜聚芳酰胺纤维纸柔软复合材料层(NHN)构成，槽绝缘4的下部设有二苯醚D350材料制作得到的槽底垫条9。复合材料层之间夹设有五层云母带中间绝缘7在同相间用两层NHN，异相间用四层NHN。端部相间绝缘件10的每个绕组端部用用2层NHN隔开，槽楔6采用二苯醚D350(H级)制作得到。绕组端部密封件11为无碱玻璃纤维布，表面涂刷树脂。绑扎绳2为聚酯纤维绳。软端箍1为无碱玻璃纤维绳，端部绝缘3由半叠包二层云母带及一层无碱玻璃纤维带构成，叠包的云母带深入到槽绝缘端部15-20mm。
本发明所采用的散嵌绕组说明：漆包铜圆线，热级为200级的厚漆膜耐电晕漆包铜圆线，标称直径为1.2mm。
本发明所采用的绝缘材料说明：
聚酰亚胺薄膜聚芳酰胺纤维纸柔软复合材料(简称NHN)：厚0.2mm，耐热等级H级，耐压10000V。
H级及以上(含风电用)真空压力浸渍用少胶粉云母带(耐电晕)(简称云母带)：厚0.14mm，耐热等级H级，耐压5000V。
本发明所采用的辅助材料说明：
槽楔：二苯醚D350，耐热等级H级。
槽底垫条：二苯醚D350，耐热等级H级。
绝缘浸渍：VPI浸渍H级无溶剂绝缘树脂两次，烘焙两次。
无碱玻璃纤维带：厚0.2mm，用于端部绝缘的绑扎。
聚酯纤维绳：Φ20，用于端部绑扎。
无碱玻璃纤维绳：Φ20，绑扎绕组出线端部。
无碱玻璃纤维布：厚0.2mm，用于绕组端部密封。
绕组表面涂刷树脂：用于绕组端部密封。
制作时，放入槽绝缘4前先在槽底放入槽底垫条。槽绝缘4为两层NHN夹五层云母带，云母带的玻璃布面朝向绕组；层间绝缘：同相间用二层NHN，异相间用四层NHN。绕组两端部分别半叠包二层云母带、一层无碱玻璃纤维带(先叠包云母带)，每个绕组端部用二层端部相间绝缘隔开。叠包云母带时要深入槽绝缘端部内15-20mm，绕组端部不得高于定子铁芯内径。每个绕组端部用绑扎绳绑紧相连。软端箍用无碱玻璃纤维绳绑扎于绕组出线端部两圈并用绑扎绳绑扎紧。绕组非出线端部平包无碱玻璃纤维布(两层)，并用绕组表面涂刷树脂粘糊严密(以防漏掉浸渍漆)。VPI浸渍H级无溶剂绝缘树脂两次，烘焙两次。

Claims (10)

1.一种大型永磁风力发电机散嵌绕组定子绝缘机构，其特征在于，该绝缘机构包括槽内绝缘组件及端部绝缘组件，其中，
槽内绝缘组件：包括槽楔、槽绝缘、槽底垫条、中间绝缘及散嵌线绕组，所述的槽楔设在散嵌线绕组的一端，所述的散嵌线绕组由上绕组及下绕组构成，所述的中间绝缘设在上绕组及下绕组之间，所述的槽绝缘设在散嵌线绕组的外侧，所述的槽底垫条设在槽绝缘的下部；
端部绝缘组件：包括端部相间绝缘件、端部绝缘、绑扎绳、软端箍及绕组端部密封件，所述的端部相间绝缘件设在发电机端部的各绕组之间，所述的端部绝缘包裹在绕组外侧，所述的绕组端部密封件设在散嵌线绕组的非出线端，所述的软端箍经绑扎绳绑扎在端部绝缘的外侧。
2.根据权利要求1所述的一种大型永磁风力发电机散嵌绕组定子绝缘机构，其特征在于，所述的槽楔由二苯醚D350材料制作得到。
3.根据权利要求1所述的一种大型永磁风力发电机散嵌绕组定子绝缘机构，其特征在于，所述的槽绝缘由两层聚酰亚胺薄膜聚芳酰胺纤维纸柔软复合材料层构成，复合材料层之间夹设有五层云母带。
4.根据权利要求1所述的一种大型永磁风力发电机散嵌绕组定子绝缘机构，其特征在于，所述的槽底垫条由二苯醚D350材料制作得到。
5.根据权利要求1所述的一种大型永磁风力发电机散嵌绕组定子绝缘机构，其特征在于，所述的中间绝缘为两层聚酰亚胺薄膜聚芳酰胺纤维纸柔软复合材料或四层聚酰亚胺薄膜聚芳酰胺纤维纸柔软复合材料。
6.根据权利要求1所述的一种大型永磁风力发电机散嵌绕组定子绝缘机构，其特征在于，所述的散嵌线绕组由200级耐电晕漆包铜圆线绕制得到。
7.根据权利要求1所述的一种大型永磁风力发电机散嵌绕组定子绝缘机构，其特征在于，所述的端部相间绝缘件由两层聚酰亚胺薄膜聚芳酰胺纤维纸柔软复合材料层构成。
8.根据权利要求1所述的一种大型永磁风力发电机散嵌绕组定子绝缘机构，其特征在于，所述的端部绝缘由半叠包二层云母带及一层无碱玻璃纤维带构成，叠包的云母带深入到槽绝缘端部15-20mm。
9.根据权利要求1所述的一种大型永磁风力发电机散嵌绕组定子绝缘机构，其特征在于，所述的绕组端部密封件为无碱玻璃纤维布，表面涂刷树脂。
10.根据权利要求1所述的一种大型永磁风力发电机散嵌绕组定子绝缘机构，其特征在于，所述的绑扎绳为聚酯纤维绳；所述的软端箍为无碱玻璃纤维绳。
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