随着发电机电压等级的不断提高，对定子绕组主绝缘性能也提出了更高的要求，不仅要求其电气和机械性能优异稳定，而且需要尽可能减薄主绝缘厚度，从而减小发电机整体体积。另一方面，发电机额定电压的提高，导致定子线棒端部电晕的问题也日益突出，因此，优化发电机主绝缘结构，改善线棒端部防电晕特性，以及开发新型防电晕材料成为先进发电机制造技术的研究重点。　　本文以改善高压电机主绝缘角部电场分布，优化主绝缘结构为目标，采用3D有限元法，利用ANSYS软件进行电场数值仿真计算，结果表明：主绝缘电场分布的最大值与最小值均出现在角部的45°射线上，以1000MW/27kV级线棒结构为模型，当导体角部曲率半径从0.5mm增大到2mm时，绝缘最大场强由13.2kV/mm下降到8.65kV/mm，场强分布不均匀系数由3.03下降到1.99；当曲率半径进一步增大到2.5mm时，绝缘的最大场强为8.07kV/mm，不均匀系数为1.86。兼顾改善电场分布和提高槽满率二者的矛盾，本文提出导体角部曲率半径在2.0~2.5mm之间为最佳的优化方案。　　根据不同内屏蔽等位层结构的动态电场分布特点，建立了分布式阻容等效电路模型，运用EDA软件—Tina Pro进行电路分析计算，结果表明：当内屏蔽层与导体接触点（露铜点）距离从120mm增大到240mm时，导体表面电位从27kV减小到26.9kV，而股线绝缘的场强由0.026kV/mm增大到0.181kV/mm；当露铜点距离进一步增加到280mm和360mm时，导体表面电位减小到约26.8kV和26.6kV，而股线绝缘的场强增大到0.311kV/mm和0.777kV/mm。在综合分析等位效果、集肤效应和工艺因素的基础上，提出内屏蔽层与导体接触点距离采用250~300mm为宜的优化方案；实验研究了采用导体角部曲率半径以及露铜点距离优化方案前后所制备的发电机线棒的介电性能，结果表明，优化后线棒的介质损耗角正切和局部放电量都有不同程度的减小，而线棒的击穿场强则明显提高。　　基于静态物理场有限元及动态物理场阻容分布电路的场路耦合模型，在设定物理场边界控制方程的基础上，对发电机定子线棒端部防晕结构的电场和温度场进行了数值仿真分析；探讨了高中低阻防晕层材料的表面电阻率、搭接尺度及线棒转角结构变化，对线棒端部电场分布、电位分布及损耗密度的影响；通过分析不同防晕材料、结构时，温度场传导、对流和辐射效应，建立了电老化试验下线棒端部的电热耦合模型；结果表明：在三段防晕结构中，中高阻长度增加将引起中阻和高阻损耗密度大幅增加，且最高表面电位增加；对于防晕层覆盖转角的线棒，其转角内侧的电势、场强和损耗密度比转角外侧高；在转角外侧，温度最高点出现在防晕搭接处的宽边中部和窄边；而防晕层搭接部位的角部温度最高。在数值仿真分析的基础上，对线棒端部防电晕结构进行了优化设计；通过模型线棒和真机线棒的电老化试验，验证了模型的准确性。　　研制了碳化硅-蒙脱土/环氧树脂微纳米复合非线性防电晕材料，探讨了碳化硅含量和有机化蒙脱土含量对防晕材料介电性能的影响，试验研究了不同电场下所研制防晕材料表面电阻率的变化规律，计算了防晕材料的非线性系数和初始电阻率。研究结果表明：随着碳化硅粒径和碳化硅含量的增加，防电晕漆的表面电阻率降低而非线性系数升高，当碳化硅与胶粘剂重量比超过3:1时，防电晕漆表面电阻率和非线性系数的变化趋于平缓；纳米有机化蒙脱土的添加能有效提高SiC防电晕材料的非线性特性，降低了高电场强下材料的损耗和表面温度。