金属杂质侵蚀下的大型发电机定子线棒绝缘劣化机理

为揭示大型发电机全工况域内金属杂质侵蚀定子线棒环氧云母绝缘层的耦合机理，对金属杂质颗粒与定子绝缘层高应变下的材料介损进行了电磁-机械-温度多场有限元模拟与实验分析。在矢量磁位的有旋场下，构建含球型金属杂质的线棒与铁芯槽电磁-机械参数化模型，赋特征单元类型及空气域奇对称边界条件；利用矩阵等交互顺序耦合法，对该模型的体力密度值和非线性瞬态施力行为进行施力渐变分析；研究定子线棒端部环氧绝缘层相变与微观损耗增量，得出金属杂质研磨绝缘层的形变特征值及应力特征值范围；建立含球型金属杂质的电磁-温度模型，运用单向磁热耦合方式进行热侵蚀计算，得出杂质接触面的温度场范围。采用交变磁场下金属研磨实验对线棒切面绝缘层进行模拟施力验证，并对样本采用扫描电镜观测。实验与仿真结果表明：金属杂质焦耳损耗引起的异常温升不足以对环氧绝缘层造成短时热侵蚀；由杂质研磨侵蚀使环氧分子链发生断裂导致云母片缺陷加剧的机械过程是定子线棒绝缘劣化的主因。本文研究可为发电机定子线棒主绝缘的状态监测与故障诊断提供一定的参考。