电机定子线圈绝缘多因子分析

发布日期：2015-05-02 | 来源：西安泰富西玛电机官网

本文由西安泰富西玛电机官网编辑部发，转载请注明原文链接地址：http://www.taifuxima.com/fuwu/155.html 【西安电机：18602993993】大型发电机的主绝缘（定子绕组主绝缘）是发电机的最重要组成部分之。发电机在运行时要受到电、热、机械应力及各种环境因素等多因子的联合作用，主绝缘会逐渐老化，长期运行强度下降，最终导致击穿。因此发电机的可用性和剩余寿命在很大程度上取决于主绝缘的状况。
　　为了有效评估主绝缘的老化程度和剩余寿命，有必要研究环氧云母绝缘系统的老化规律和特征。
　　本文用电动机的环氧云母绝缘线棒做试样，采用多因子老化方法对线棒进行老化。对不同老化状态的线棒进行介损（ tanW ）、电容和交流电流测试，得到线棒的非破坏性参数，最后测试线棒剩余击穿电压得到表征环氧云母绝缘老化状态的特征参数。
　　1 环氧云母定子绕组绝缘的老化机理目前，定子绕组绝缘体系大多为以粉云母为基础、环氧胶为胶粘剂、玻璃丝带补强的热固性绝缘体系。大型发电机中，定子绕组绝缘般采用环氧玻璃丝带半叠包后模压的工艺结构。由于定子绕组在电机运行过程中受电、热、机械应力的联合作用，电机在起停过程中，绕组绝缘会受到热机械应力的作用，在这些应力的作用下，由于环氧与云母和玻璃丝带的结构和物性不同，其耐老化性比云母和玻璃丝带差，使胶粘剂环氧性能下降，破坏了环氧与其它材料的界面结构，导致绝缘分层，在运行电压的作用下，气隙便因发生局部放电而成为电介体，导致绝缘的有效厚度相对减薄和绝缘击穿电压降低。最终导致绝缘性能失效。图1 为电机绝缘老化的示意图2 试样制备与老化试验方案2. 1试样制备本文实验所用电机线圈为陕西秦岭发电厂的6 kV、780 kW的磨
煤机更换线圈。线圈的主绝缘和匝间绝缘均采用环氧云母绝缘材料导体为16股铜导线，各股线之间相互绝缘参数为：额定功率780 kW，额定电压6 kV，绝缘厚度2 ，极限温度130 ℃，B 级绝缘， Y接线方式。由于线圈体积过大，不宜进行多因子老化实验，所以将线圈的直线部分截成30两段进行处理。处理后的线棒见图2.
　　将端绝缘剥除约2 露出铜股线，进行高压接线。各股线之间相互绝缘，在线棒的另端用铜片将各股线焊接在起。为了避免端部产生尖端放电，本文课题为国家自然基金重点资助项目，项目批准号59837260将两头端部处理光滑，无毛刺。
　　在线棒的两个端部涂上3 的碳化硅，中间部分涂上低阻漆，低阻漆与碳化硅隔开2 作为三电极系统的保护间隙。碳化硅可均匀端部电场，防止端部放电和表面滑闪。另外，在进行电热加速老化时，所加电压为工作电压的2. 5倍（ 9. 5 kV），端部涂上碳化硅后，可防止试样在烘箱中发生表面滑闪。
　　低阻漆上包绕铝箔作为测量极，两边包绕铝箔作为保护极。这样可使铝箔电极与线棒接触良好，防止产生气泡和气隙放电，提高测试的准确度。
　　2. 2老化实验方案为了真实模拟电机线圈的运行情况，采用多因子老化方法对电机线圈进行老化实验，也就是多因子应力同时作用路线。但对老化设备的要求较高不易进行，故采用电和热同时作用，然后机械振动和冷热循环单独作用的技术路线（见图3 ）。
　　试样线圈最高耐受温度为130 ℃，热老化温度取135 ℃，电老化所加电压为工作电压的2. 5倍，即用机械振动来模拟电机线圈运行时的振动，振动幅度2 ，振频100 Hz. 将线棒放在烘箱中迅速升温至155 ℃，然后用风扇强制冷却至20℃，反复循环，模拟电机启动和停止产生的热机械应力。
　　老化路线为电热老化4 d ，振动48 h，再冷热循环50次， 3种老化为个老化周期。每个老化周期后抽取线棒测试参数和击穿实验，得到不同老化状态线棒的状态参数。剩余线棒继续按图3 的技术路线进行老化。
　　3 交流电流测量3. 1测量原理与方法当绝缘上外施交流电压时，会产生随电压增加的电流，图4 中对应于P 和P 的电压点电流发生了突变。通常将这两个电压称为第和第二电流急增点电压（即U 和U ）。出现P 和P 的根本原因在于绝缘内部存在气隙和缺陷。P 是在试验电压下绝缘体中处于相同状态（即气隙大小、几何位置和电场强度等相同）的气隙群起开始局部放电而出现的。由于放电区域的扩展而导致第二电流激增点P 的出现。通常未老化的环氧粉云母绝缘中的气隙含有率很小，气隙放电范围扩展而形成的局放闪络距离非常小， P就不会出现或者不明显。对于已老化的绝缘，随着外加电压继续升高，将出现第二电流激增点。通常U 与局部放电的起始电压或开始增加的电压大体致电流激增点的测试电路如图5 所示。测量使用三电极系统，这样可以屏蔽掉表面电流，消除影响。
　　3. 2交流电流测量结果为了反映线棒绝缘的老化状态，定义U 前的单位长度绝缘阻抗为R /L（L 为线棒长与U 间的单位长度绝缘阻抗R 之后单位长度绝缘阻抗R /L，电流增加倾向倍数0.随着老化时间的增加，在各种应力的作用下，由于绝缘分层、气隙增加以及分子劣化，电机线棒的工作电流与额定电流会相应增加，同时U 和也将相应的发生变化， R及也会发生变化。
　　和I 与剩余击穿电压的关系曲线。可以看出，这些参数与剩余击穿电压都有定的相关性，其中U 与剩余击穿电压的相关性最大，其余参数的相关性较小，但能反映剩余击穿电压变化的趋势。当主绝缘逐渐老化时，由于缺陷和气隙的增加，剩余击穿电压减小，则绝缘电阻、电容及电流激增电压和等效阻抗减小，但电流增加倾向倍数和额定电流、工作电流增大。
　　4 介损及电容测量4. 1测量原理及方法介质损耗角正切常用来评定某电压范围内的电机绝缘的老化状况，普遍认为，当绝缘由于热、机械及电气作用发生裂化时，在绝缘内部会产生气隙和分层，介电损耗和放电都有所增加。导致起始放电电压的降低。通常ΔtanW和tanW代表绝缘的平均老化水平[3 ]，介损或电容随电压变化的曲线见图14.
　　本文采用电桥试样采用双层屏蔽结构三电极系统。
　　与线棒剩余击穿电压的关系图7 R 与线棒剩余击穿电压的关系与线棒剩余击穿电压的关系图9 与线棒剩余击穿电压的关系与线棒剩余击穿电压的关系图11 P与线棒剩余击穿电压的关系与线棒剩余击穿电压的关系图13 I与线棒剩余击穿电压的关系对于老化的绝缘，内部存在气隙和分层，当电压低于起始放电电压时，介损和电容基本不变。随着电压的升高，气隙开始放电，被短路导致气隙增多，电容相应增加，同时由于放电的加剧，介损也相应增大。
　　4. 2介损及电容测量结果电容及介损随电压的变化定义为Δ= 与为额定电压时的参数），其中为理论常数，测量时通常进行不同线棒的比较。测量多根不同多因子老化阶段的电机线棒的介损和电容的结果见图与剩余击穿电压的关系图16 tanW 与剩余击穿电压的关系与剩余击穿电压的关系图20Δ /与剩余击穿电压的关系5 试验结果分析各参数与剩余击穿电压的相关系数。
　　其中与剩余击穿电压的相关性最大，达到72，属强相关关系，这与沥青云母绝缘系统得到的结论吻合。沥青云母绝缘的交流击穿电压接近于Pi2 ，交流电流试验已被不少国家采用16. 23，斜率为2. 23 ，与沥青云母绝缘的结果接近。
　　所以对于环氧云母绝缘系统来说，也可以用U 作为评定绝缘老化状态的特征参数。
　　参数相关系数、ΔtanW与剩余击穿电压的相关系数 20 ，属弱相关关系。其余参数的相关系数低于20，可认为与剩余击穿电压没有相关性。
　　在以前对沥青云母绝缘系统的研究中， tanW 和ΔtanW等介损数据与剩余击穿电压都有较强的相关性，虽然它们对局部绝缘老化的线圈不敏感，但它们可较好的反映沥青云母绝缘的整体老化水平。各种电气参数除与绝缘本身老化状态有关外，还与环境因素有关，如温度、湿度和气压，特别是温度和湿度的影响较大。例如，当湿度发生微小变化时，介损和电容将会剧烈增大。老化试验的周期长，时间跨度大，在试验过程中会产生环境因子的变化。
　　6 结论与建议多因子老化方式可较真实的模拟电机运行情况，加速线棒绝缘的老化。
　　对于环氧云母绝缘的电机定子线圈，U 与剩余击穿电压有良好的相关性，可作为表征定子线圈老化状态的特征参数。其它非破坏性参数与剩余击穿电压的相关性有待进步研究。
　　介损和电容的测量易受到环境因素（尤其湿度）的影响，测试时应保持环境条件不变。
　　由于环境条件的影响，介损和电容的测量存在误差，因此介损（ tanW ）和介损增量（ΔtanW）是否作为环氧云母绝缘线棒老化的特征参数，有待试验进步验证。
　　e.本文试验试样较少，介损数据与剩余击穿电压相关性，需要进步验证。
　　f.建议以后的老化试验在恒温、湿箱中进行测试，保持环境条件不变。

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