发电机定子主绝缘老化特征完整版

1、百度文库-好好学习.天天向上- 发电机定子主绝缘老化特征的研究摘要：对卅：缘电机线棒进行了老化试验，化不同的老化阶段测试了线棒的介质损耗角正切、电容、电流急増点等非破坏性参数和破坏性参数剩余击穿电压。通过非破坏性参数的变化情况和非破 坏性参数与破坏性参数的相关性，揭示了环氧云母绝缘体系电机主绝缘的老化特征。关键词：坏紙M绝缘:於化：柱绝缘:持征1前言近十年来，为了改变我国火电机组的容量结构，提高运行的经济性，300MW和600MW机 组的投运数量迅速增加，现已有100多台300MW360MW机组和近10台600MW机组在运行。 单机容量大、设备费用投入大、产岀经济效益高，一旦出现非计划停机造成

2、的损失大、波 及的范围广。因此，大型发电机的运行可靠性极为重要。大型发电机的主绝缘（左子绕组主绝缘）是发电机的最重要组成部分之一。以前采用 沥青云母复合绝缘系统（黑绝缘），后来基本采用合成树脂云母复合绝缘系统（黄绝缘）， 因此以前的研究主要涉及沥青云母复合绝缘系统，而对环氧云母绝缘的研究较少。合成树 脂云母复合绝缘系统在我国已运行20多年，若能通过有效的绝缘诊断和寿命评估，提髙这 些大型发电机的可用性和可靠性，将会取得巨大的经济效益。因此，为了有效地评估主绝 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。为了对电机主绝缘的剩余寿命作岀正确的评估，许多国家开展了寻求电机主绝

3、缘老化 特征量的研究。对于沥青云母绝缘系统已经得岀了一些有价值的结论。但适用于沥青云& 绝缘的模型与判据并不一定适合于环氧云母绝缘系统。对于环氧云母绝缘系统，Ken Kimura 等人提岀了主绝缘的剩余击穿电压与介质损耗增量、最大放电量具有某种相关性：1：Y.J.Kim 提出了基于局部放电的环氧绝缘性能劣化的评估，并且提岀了新的诊断参数一一动态滞留 电压。但这些研究结果还有待实践的检验。本文通过分析绝缘老化过程中线棒介质损耗角正切、电容和电流急增点的变化特性， 研究了在电应力、热应力、机械应力和热机械应力联合作用下线棒的老化特性。采用数理 统讣的方法，分析了上述非破坏参量与击穿电压之间的关系，

4、提岀了环氧云母绝缘系统的 特征参呈:。2老化试验2. 1老化试验方法国内外在绝缘材料的老化方而已经进行了大量的研究，但在大型发电机主绝缘的老化 方而开展的工作并不多，尤其是在电机主绝缘的多因子老化方行情况，本文采用了多因子 老化方法对电机线棒进行老化实验。电机运行时，主绝缘会同时受到电、热、机械和热机械应力的同时作用。电应力来自 于电场；热应力来自于电场的热效应；机械应力来自于线棒端部的振动：热机械应力则来 自于电机的频繁启动。主绝缘老化的程度受着这几个方面的影响，所以理想的老化方法是 这几个老化因子同时作用，也就是多因子应力同时作用路线。但多因子同时作用对老化设 备的要求较高，投入的费用较大

5、。本文采用的多因子老化路线是电应力和热应力同时作用, 然后机械振动和冷热循环单独作用。试验方案如图1所示。2. 2试样及试验装置本文试验所用的电机线棒为陕西秦岭发电厂的6kY、780kW的磨煤机更换线棒。线棒导 体为双排16股铜导线，线棒的主绝缘和匝间绝缘均采用环氧云母绝缘材料。为便于老化实 验，选用了线棒的直线部分。线棒参数如表1所示。百度文库-好好学习.天天向上- 百度文库好好学习.天天向上 表1试样线棒的技术參数颔定功昭 瓠定电压 额定电流 接线方式 绝缘等级 工作电压70kW 6kV88 AYB 3.8kV试样线棒的规格如图2所示。长度为30cm,将一端的绝缘剥去约2cm,臨出各股铜线

6、, 以便进行髙圧接线。在线棒的两端涂上3cm长的碳化硅，可以均匀端部电场，防上端部放 电和表而滑闪。在线棒的中间部分涂上低阻漆，低阻漆与碳化硅之间有约2mm的间隙。测 量时，低阻漆上包绕铝箔作为测量极，间隙两侧的碳化硅上边包绕铝箔作为保护极。这样 可以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。本文的 交流测试和介质耗角正切测量都使用三电极系统。图2试样线棒Fig. 2 Testing bar电热老化装置为一改造的烘箱，该装置可用于给试样同时加热和加电。本文选择热老 化的温度为135C。电老化所加电压为额泄相电压（工作电压）的2. 5倍（9. 5kV）:用 机械振动来模

7、拟电机线棒的端部振动，振动幅度为2mm,振频lOOHzo冷热循环用来模拟电 机启动和停止产生的热机械应力。具体方法是将线棒放在烘箱中迅速升温至155C,然后用 风扇强制冷却至20C,反复循环。老化的技术路线为先进行电热老化4d,再振动48h,然后再进行冷热循环50次，完成 三种老化后记为一个老化周期。每个老化周期后进行各参数测试。从而得到不同老化时间 的状态参数。3绝缘老化诊断试验方法1介质损耗角正切测原理及方法介质损耗角正切常用来评立某一电压范围内的电机绝缘的老化状况。普颯认为，当绝 缘由于热、机械及电应力的作用发生裂化时，介质损耗角正切和放电都有所增加。放电的 增加可以明显地表现为介质损耗

8、角正切及电容随电压的变化，并导致起始放电电压的降低。 通常，AtgS和代表绝缘的平均老化水平。介质损耗角正切测试采用西林电桥正接法。采用的电桥为QS-37髙精度高压西林电桥, 试样为三电极系统并采用双层屏蔽结构。通常介质损耗角正切或电容随电压变化的理想曲 线如图3所示。起始放虫电匝旳 电压图3电容C或/tgS与电压的关系当电压低于起始放电电压时，由于气隙并未放电，所以介质损耗角正切和电容不变。随着电压的升髙，气隙开始放电，导致介质损耗角正切和电容的相应增大。电容及介质损 耗角正切随电压的变化左义为 C = Cr Co，A tg S =tg S tg 0 （tg S E与Cr为额左电压 时的参数

9、），英中C。和tg。是理论常数，测量时通常用 C/Co进行不同线棒的比较。3. 2交流电流测原理及方法当主绝缘上外施交流电压时，会产生随电压增加的电流，如图4所示，对应于点P密和 P：的电流发生了突变。通常将这两个电压称为第一和第二电流急增点电压。岀现P：,和氏的根本原因在于绝缘的内部存在气隙和缺陷。P“是在试验电压作用下绝缘体中处于相同状态的气隙群一起开始局部放电岀现的。由于放电区域的扩展而导致岀现第二电流激增点Pa图4电流电为了消除表而电流的影响，实际测量时使用了三电极系统，这样可以屏蔽掉表而电流。3剩余电压测量及方法击穿电压一直是衡量绝缘材料优劣最直接的参数指标。为了更好地评迫电机主绝缘

10、的 性能，有必要进行电机线棒的剩余击穿电压测量。建立介质损耗角正切、电流激增点等非 破坏性参疑与破坏性参量之间的关系。为了获得线棒的剩余击穿电压，击穿试验在油槽中进行。4试验结果及分析1介质损耗角正切测试结果图5和图6分别是单根线棒不同老化阶段介质损耗角正切、单位长度电容与电压的关 系曲线。测量分别是在同一试样老化0周期、20周期和50周期后进行的。由于受条件限制, 各次测疑的环境不同，每次测量时的温度和湿度在图中都有所标注。由图中可看出，随着 老化时间的延长，主绝缘的tg 及电容开始下降，而且貝斜线部分斜率逐渐降低。由图中可以看出，随着老化时间的延长，及电容的拐点电压逐渐减小。这说明主 绝缘

11、中气隙含量日趋增多.在较低电压下就开始放电“当主绝缘由于热、机械及电气应力作用而发生劣化时，介质损耗角正切及放电都会有 所增加。放电的增加可明确地表现为介质损耗角正切及电容随电压的变化，并与起始放电 电压的降低有关。图5老化过程中介质损耗角正切与电压的关系单位长度川客f时伽耐.0.884 老化（FC号化2縊度22工A诟度24C湿度臂i显序66%0.882t=ftzrz-_0.8X00.PK0.876AA（闆41.01.50.00.5图6老化过程中单位长度电容与电压的关系由上述图可见，Atg5和AC随老化时间的延长而逐渐降低。这可能是由于受到测试条 件的限制而无法消除环境因素影响的缘故。另一方而

12、，由于老化后气隙的起始放电电压降 低，从而在较低电压下会使大部分气隙放电，当电压升髙时，气隙放电接近于饱和，以至 于使tg 6和C的变化不大，即A tg 6和AC减小本文对多根不同多因子老化阶段的电机线棒进行了介质损耗角正切和电容的测量计 算了 和4C/C。，并分别用最小二乘法拟合了这些参量与击穿电压之间的关系，如图 7、图8所示。42交流泄漏电流测试结果图7 Atg6与图9是单根线棒不同老化阶段第一电流急增点电压与第二电流急增点电压的变化情况。 测量分别是在同一试样老化0周期、20周期和50周期后进行的。可以看出，随着老化时间 的延长，电流急增点电压在逐渐降低。这与图5、图6的分析结果相吻合

13、，都是由于主绝缘 老化使得起始放电电斥降低所造成的。图10为额泄电压下电流随老化时间变化的情况。14 - 12 . 104 -64 -須忌瑙.CjJljGI2 第二角增点也压人一_丄丄亠丄二丄丄0200 4006008(X1 100C 处图9电涼急増点电压随老化时间变化的情况图10显示出绝缘体内的电流在额定电压下随老化时间逐步增加。为了反映线棒绝缘的老化状态，故作出下面的泄义(参见图4)：第一电流激增电压之前的单位长度绝缘阻抗为Ro=ctg00/L (1)式中L为线棒长度。第二电流激增电压与第一电流激增电压之间的单位长度绝缘阻抗为Ri=ctg0 1 / L (2)第二电流激增电压之后单位长度绝

14、缘阻抗为R2=ctg02/L (3)电流增加倾向倍数m2=tg 0 2 / tg 0 (4)随着老化时间的增加，在各种应力的作用下，由于绝缘的分层、气隙的增加以及分子结构的劣化，电机线棒的工作电流In与额左电流忑将会相应增加，同时第一和第二电流激增点Ri和珀的电压也将相应地发生变化，Ro、R】、皿及m2也会发生变化。卜电恥mA0.2360.214 0.212 0210 0.208 -0.2D6 _ 2Q丄1.62M)400600 &切 10 心图10额定电压下电流随老化时间的变化本文对多根不同多因子老化阶段的电机线棒进行了交流电流急增点的测量，计算了 Ro.R：、R：、业、巳：和P：，并分别用

15、最小二乘法拟合了这些这些参疑与击穿电压之间的关系。分别如图1116所示。43结果分析以上老化试验结果表明：老化过程中，和AC、P次和弘都呈现岀明显的变化规 律趋势。可以大体反映电机线棒的老化状况。Atgfi . AC/Co. Ps P, Ro.&和业与剩余击穿电压的关系有差别，这些参数与剩余击穿电压的相关系数见表2。图11 &与剩余击穿电压的关系0.10 血(MCrnm)图12乩与剩余击穿电压的关系图13 R：与剩余击穿电压的关系4530君D、S2.0亦 44 .5283rBDV-kV图14 g与剩余击穿电压的关系图15人与剩余击穿电压的关系图16弘与剩余击穿电压的关系由表2可以看出，第二电流

16、激增点的电压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是吻合的。沥青云母绝缘的交流击穿电 压接近于2. 3倍的第二电流激增电压U离，因此交流电流试验已被不少国家采用4。本 文的试验结果为：BDV=2. 23S+16. 23,斜率为223,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，也可以用第二电流激增电压作为评左绝缘老化状态的特征参数。表2各参数与剩余击穿电压的相关性參数相关系数丿21.5519. 34T9. 002L70/318. 40牡16.83Pi83. 8372. 00%、R（）、R】、R2和m2与剩余击穿电压的相关系数大都在20%左右，可以认为这些参数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，tgE、tgo和等介质损耗角正切数据与剩余击穿电压都有较强的相关性，虽然这些数据对局部绝缘老化的线棒不敏感。但它们可以较好地反映沥青云母绝缘的整体老化水平。在本文的试验中，AtgS和AC/Cu与剩余击穿电压的相关系数也在20%左右，的过程中，必然会产生环境因子的变化。本文试验由于受经费和时间的限制，没有在恒温和恒湿的条件下进行