双馈风力发电机转子绝缘结构优化研究

张道朋

(弗兰德传动系统有限公司海泰分公司，天津 300384)

0 引 言

双馈风力发电机(DFIG)转子由变频器供电[1]，变频器在系统中会产生高频脉冲电压，在这种高频脉冲电压作用下DFIG转子绕组绝缘表面和绝缘内部微小气隙会产生局部放电，绝缘系统将承受更严酷的电、热应力，造成绝缘材料和绝缘结构的损害[2-3]，导致绝缘系统过早失效[4]。

风力发电机的转子绝缘结构有2种:(1)以耐电晕聚酰亚胺薄膜为主要耐电晕材料，复合云母为辅，这种结构具有机械强度较高、厚度薄的优点，但缺点是导热系数低，导热性能差，成本较高；(2)以云母为主要耐电晕材料，这种绝缘结构与前者相比具有导热系数高、成本低的优点，但绝缘较厚[5]。

针对DFIG转子的特殊要求，通过电场仿真分析和转子模拟线圈试验，探索普通绝缘材料应用于转子绝缘结构的可行性，对开展风力发电机转子绝缘结构优化研究具有重要意义。

1 电场仿真分析

1.1 二维建模

转子绕组双边绝缘厚度约为1.8 mm，嵌线间隙为0.5 mm。假设绕组浸漆之后，嵌线间隙被浸渍漆全部填满，由此画出单个槽内的绕组截面二维简化模型并计算，如图1所示。

图1 转子二维简化模型

1.2 分析计算

DFIG转子的开口电压一般约为2 kV，但是由于转子是变频供电，转子绕组绝缘结构需要承受对地脉冲电压,如图2所示，转子需要承受对地峰值电压Upk为2.0 kV。转子绕组绝缘按照绕组承受对地峰值电压为设计输入依据，而实际绝缘结构设计和测试过程中，考虑脉冲电压对绕组绝缘的电冲击烈度比较高，一般采用等值的工频相电压UP代替脉冲电压对地峰值电压Upk。……