Обеспечение надежности турбогенераторов на основе контроля разрядных процессов в электрической изоляции статорной обмотки

Рассматриваются и анализируются вопросы, связанные с надежностью системы электрической изоляции высоконагруженных мощных турбогенераторов с косвенным газовым охлаждением. Изучены механизмы старения основных компонентов (корпусной изоляции, элементов пазового заполнения) системы изоляции в эксплуатационных условиях при воздействии электрического и теплового полей, а также механических воздействий. Проанализированы современные представления о механизмах старения корпусной изоляции и элементов пазового уплотнения под действием внутренних и внешних (пазовых и виброискровых разрядов). Деградация изоляционных материалов в процессе эксплуатации начинается, прежде всего, в слабой локальной области корпусной изоляции, характеризующейся большим количеством технологических дефектов (полостей, заполненных газом), в которых возникают внутренние частичные разряды. Тем не менее, термореактивная изоляция высоковольтных электрических машин, может нормально функционировать в течение всего срока службы при наличии достаточно интенсивных внутренних разрядов. При этом ухудшения ресурса не наблюдается в виду специфических свойств современной корпусной изоляции, содержащей в своем составе слюдяной барьер. Наибольшую опасность представляют пазовые частичные разряды и виброискровые разряды, возникающие в пазовой области статорной обмотки. Для снижения интенсивности этих разрядных процессов необходима оптимизация конструкции антикоронного пазового покрытия. На основе выполненного анализа разработана схема старения системы электрической изоляции статорной обмотки турбогенераторов с воздушным охлаждением. По результатам макетных испытаний проведена расчетная оценка «времени жизни» системы электрической изоляции статорной обмотки, разработанной с использованием перспективных электроизоляционных материалов.

1. Stone G. C. Electrical Insulation for Rotating Machines, IEEE Press-Wiley 2018, 2nd ed. - 672 p.

2. Montanari G. C., Seri P. A Partial Discharge-Based Health Index for Rotating Machine Condition Evaluation // IEEE Electrical Insulation Magazine 2018, (34) 2: 17 - 23.

3. Iwabuchi H., Oyama T. Breakdown Phenomena across Micrometer Scale Surface Gap under Negative Voltage Application // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation 2019, (26) 5: 1377 - 1387.

4. Barre O., Napame B. The Insulation for Machines Having a High Lifespan Expectancy, Design, Tests and Acceptance Criteria Issues // Machines 2017, 5: 2 - 34.

5. Андреев А. М., Дудкин С. М., Монастырский А. Е. и др. Изоляция установок высокого напряжения. Измерения частичных разрядов и оценка технического состояния: учеб. пособие - 2-е изд., перераб. и доп. - СПб.: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС 2021, 88.

6. Hirakawa T., Kumada A., Hidaka K. Surface Potential Measurement of Model Stator Bar with Stress Grading System by Field Sensor // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation 2019, (26) 4: 1146 - 1157.

7. M. Levesque M., Hudon C. Insulation Degradation Analysis of Stator Bars Subjected to Slot Partial Discharges 2017 Electrical Insulation Conference, Ottawa, Canada 2017: 479 - 485.

8. Kumada A., Onishi D., Morita Y., Boggs S. A. Surface corona inception on stress grading system // INSUCON 2017 - 13th International Electrical Insulation Conference, Birmingham, UK 2017: 11.

9. Akbari A., Rahimi M., Werle P., Borsi H. Fault Localization and Analysis for a Damaged Hydrogenerator and a Proposal to Improve the Standard for Generator Commissioning Tests // IEEE Electrical Insulation Magazine 2021, (36) 3: 19 - 26.

10. Xia Y. Principles and Characteristics of Vibration Sparking in High Voltage Stator Slots // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2017 (20)1: 42 - 53.

11. Андреев А. М., Андреев И. А., Белько В. О., Резник А. С., Смирнов А. Н., Степанов А. А. Моделирование электроразрядных процессов для оптимизации коронозащитной системы изоляции высоковольтных машин // Проблемы региональной энергетики. 2020, 2 (46): 33 - 42.