大型电机磁极线圈匝间绝缘试验技术与设备分析

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1、哈尔滨理工大学T学硕上学位论文第1章绪论1．1课题研究背景、目的及意义众所周知，随着我国经济的快速发展，社会各行各业对电能的需求越来越大。电力系统正朝着超高压大容量多机互联系统的方向发展，200MW、300MW及以上容量的大型发电机已成为我国电网的主力机组。截至2007年底，我国总装机容量为7．18亿千瓦，其中，火电机组5．54亿千瓦占73．4％，水电机组1．48亿千瓦占24．6％，核电装机容量达885万千瓦，风电并网装机总容量达到420万千瓦，可见电力的安全运行对国民经济的又快又好发展至关重要。大型电机是电力系统的重要组成

2、部分，担负着发电或提供动力的重任。一旦这样的机组发生故障特别是恶性故障，就会给电力系统和国民经济带来巨大的经济损失。由于大型电机单机容量的不断提高，其对电力系统的影响也随之增大，从而对大型电机的可靠性提出了更高的要求。磁极线圈是大型电机的重要部件之一，其匝间绝缘的制造质量直接影响大型电机的质量和正常运行【11。大型电机的运行事故中，磁极线圈匝间绝缘损坏事故所占比重较大。大型电机磁极线圈匝间绝缘破坏的原因主要有：‘(1)励磁系统开关过电压、事故过电压及定子线圈过电压对磁极线圈的影响，使其匝间绝缘承受的电压远远高于正常工作电压【

3、21；(2)磁极线圈匝问绝缘制造质量差，如铜排毛刺、杂物、绝缘受损伤等；(3)磁极线圈受潮及在正常运行中受到的电、热、机械等老化131：(4)因匝间绝缘结构设计不合理，电机运行时在短时间内出现匝间绝缘短路，导致磁极线圈报废；(5)匝间绝缘试验检测设备不完善，或设备的故障分辨能力不易掌握，使生产中个别匝间绝缘有问题的线圈未能及时检查出来，造成事故隐患【4’5】。而近年来电机制造工艺不断改进(如整浸等)【6】，一旦匝间绝缘损坏有可能使整个磁极线圈报废，导致电机无法运行。因此，磁极线圈匝间绝缘缺陷是影响电机寿命的主要因素之一。这就

4、要求磁极线圈匝间绝缘必须可靠。提高大型电机磁极线圈的匝间绝缘水平有多方面的措施：例如采用新型的绝缘材料，改进磁极线圈的匝间绝缘结构，提高磁极线圈的制造工艺等。但更重要的是电机制造部门要提高磁极线圈匝间绝缘的制造质量，并采用合理有效哈尔滨理T大学工学硕上学位论文的试验方法、试验标准和试验设备，将有碍电机安全运行的具有缺陷的磁极线圈剔除，保证新电机有足够的磁极线圈匝间绝缘强度【7，81。本文通过分析、研究以往电机、变压器上应用的线圈匝间绝缘试验方法和技术，提出用高频电压法检测大型电机磁极线圈匝间绝缘，并通过计算机辅助仿真以确定具

5、体参数，从而研制出一种能够有效地鉴别大型电机磁极线圈匝间绝缘状况的检测设备。1．2磁极线圈匝间绝缘试验及研究现状1．2．1线圈匝间绝缘试验方法随着人们对大型电机线圈匝间绝缘的重视，国内外已经成功研究出多种线圈匝间绝缘的试验方法。按照对被试线圈施加电压方式不同，分为感应电压法和直接施加电压法。1。感应电压法这是一种间接地对被试线圈施加电压的方法，其原理是利用充电后的电容器对感应线圈放电，在感应线圈中产生磁通，使被磁链链接的被试线圈感应出一定的高频电压，从而达到对磁极线圈匝间作耐压检查的目的。这种方法的优点是试验电压不随被试线圈

6、龟感的变化而变化，并可一次试验多个线圈。缺点是不能产生较高的匝间试验电压，从而难以发现匝间故障隐患。国外很多国家已经淘汰了这种方法，国内也在逐步的淘汰【9，10】。2．直接电压法根据所施加电压的不同又可分为以下几种：(1)直流电压法电机磁极线圈在正常工作时通过的是直流励磁电流，因此从原理上来说，用该方法最能直接反映实际的情况。但是正常工作时磁极线圈的工作电压较低，只有数十伏到数百伏左右，而进行磁极线圈匝间实验时却需要很高的试验电压，由于线圈的电阻很小，这样就会在磁极线圈中产生很大的电流，导致设备的容量很大，因此很难在实际试验

7、中应用。(2)冲击电压法这是一种对被测试线圈直接施加脉冲电压的方法。这种方法是利用充电后的电容器f通过放电开关与被测试线圈三形成有一定频率的高频阻尼振荡电路，其振荡频率值为厂=1／(27r．、／LC)，虽然振荡频率随被试线圈电感变化而变化，但哈尔滨理工大学工学硕上学位论文可通过选择电容器的容量来使振荡频率在_定范围内变化，而又不影响匝间耐压效果。这种方法的优点是可以产生较高的匝间试验电压从而有利于发现匝间绝缘隐患，是目前国内外普遍应用的一种方法。其中瑞士HAEFELY公司生产的WP型绕组试验器，美国PJ型高频冲击匝间试验仪，

8、德国西门子公司匝间短路检测仪等的基本原理都属脉冲电压法。从我们了解到的情况，目前国内外的所有高压电机匝间绝缘的试验标准也都推荐使用脉冲电压法。缺点是在被试线圈各个匝上试验电压的分布不均匀，特别是当磁极线圈被套装在磁极上以后，由于线圈对地杂散电容比较大，这种情况尤为明显，这将导致无法对被试线