基于脉冲电压的聚酰亚胺绝缘膜老化寿命模型研究

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第4页1．2．1变频电机绝缘的老化形式1．热老化在电机运行中，电机定子主绝缘会因温度升高受热而发生复杂的物理和化学变化(如挥发、裂解、起层、龟裂等)，导致主绝缘材料变质和老化，这种由于温度升高而发生的绝缘老化称为热老化。随着温度的上升，绝缘的热老化速度迅速增加。热老化的速度决定于化学反应速度，一般用Arrhenius方程来表示。通常认为，由热老化决定的绝缘寿命与其化学反应速度成反比例关系。试验表明，当温度你升高8～12"C(平均约为IO。C)，其寿命缩短一半，也就是所谓的“10℃减半原则"

2、。引起定子绝缘温度升高的主要原因有：绝缘的老化而导致损耗增大、定子线棒股线的短路、定子线棒循环电流及局部放电使主绝缘的温度升高等。局部过热对绝缘损害较大，可以导致局部绝缘的完全烧毁嗍嘲。2．电老化电老化的实质就是绝缘内部或者表面发生局部放电所引起的一系列物理化学效应，它是固体绝缘材料在高电场下老化的最基本形式。由于固体绝缘材料没有缺陷的自恢复功能，所以电老化对绝缘材料的破坏比较严重。电机绝缘结构的电老化主要表现为局部放电、漏电劣化和电腐蚀。局部放电的原因是：电机内部的电场分布不均匀。在制造定子线棒过程中，由于工艺上的原

3、因，在绝缘层间或绝缘层与股线之间可能产生气隙，造成电场集中。当工作电压达到气隙的起始放电电压时，绝缘中的气隙便发生局部放电，使绝缘遭受电老化。除绝缘内部气隙发生局部放电外，在绝缘与铜线脱壳处，线棒端部表面、槽部铁芯与线棒绝缘的接触面等处也会发生局部放电。局部放电在绝缘层内产生十分微弱的树枝放电途径，造成放电区域内的绝缘腐蚀，同时不断的放电使腐蚀孔加深，并且与其他空隙的桥接使劣化规模扩大，最终导致绝缘损坏。所谓漏电劣化，使指在有电位差的绝缘表面上形成炭化电路(漏电路径)，使绝缘结构丧失功能。电腐蚀最常见的现象是电晕，电晕

4、一般发生在高压绕组端部或线圈处。当绝缘结构表面污染或附有异物时，有电位的部分绝缘表面便产生漏电流而发热，使一部分绝缘材料分解而形成碳化物。定子绝缘的电老化具有以下危害：发生局部放电的气隙，局部温度可以达到西南交通大学硕士研究生学位论文第5页1000"(2，导致粘合剂碳化、股线绝缘和云母变白，有时云母融化成粉末，造成股线松散，在振动力的作用下，松散的股线因磨损致使主绝缘厚度变薄、可能形成短路和断股；气隙内的局部放电属于流注高气压辉光放电，放电的过程中会产生大量的带电粒子，这些粒子以很高的速度碰撞气隙壁，使云母的机械强度降

5、低，出现麻点；断续的爆炸性放电和放电时产生的高压气体，都会引起绝缘体的开裂，从而形成新的放电点；局部放电过程中会产生可见光、紫外线等辐射，引起高聚物的裂解。另外，气隙中放电气体发生游离产生臭氧，与氮化合生成一氧化氮和二氧化氮，再与气隙中的水蒸气反应生成强腐蚀性的硝酸，它对粘合剂和纸有损伤作用。3．机械老化电机在运行过程中定子绕组的电磁振动使槽部、槽口及端部的主绝缘持续地承受着交变机械负荷，导致绝缘逐渐老化，性能下降，主绝缘的这种老化称为机械老化。在电机运行过程中，在定子线棒电流与槽内横向磁场的作用下，槽部线棒要承受径向

6、电磁力。随着电机容量的增大，定子绕组所承受的电磁力也因此成倍增加。另外，定子绕组端部长期受到振动力作用，如果固定不好，会导致主绝缘磨损、股线脱胶、甚至断股的严重事故。在运行中，当发电机启停时，随着定子绕组内的电流由零递升或递减到零，线棒导线的温度相应地增加或降低，即所谓冷热循环。由于导线、绝缘及铁芯的膨胀系数不同，所以在冷热循环过程中，绝缘承受拉伸和挤压热应力，在槽内发生位移，逐渐导致绝缘老化。因为槽口部位的热机应力最大，所以随着启停次数的增加，击穿部位由槽内移向槽口或者槽外。4．环境老化电机运行中，定子主绝缘除以上的

7、各种老化形式外还有以下形式的老化，综合为环境老化。主要表现为粉尘、油垢、盐分和其他腐蚀性物质对绝缘的污染和侵蚀，以及绝缘吸潮或表面凝露。这些因素导致绝缘电阻降低和介质损耗增加。随着电机老化程度的增高，绝缘对环境的敏感程度更加明显，此时环境因素对电机的绝缘老化起催化作用。各种因子作用下的绝缘老化并不是独立存在，而是相互影响，协同作用。所以，定子绝缘的老化速度较单一因子作用时要快得多，老化过程也更为复杂。1．2．2变频电机绝缘的老化模型高压脉冲电压下绝缘材料介电性的研究还处在初级阶段，寿命模型和老化西南交通大学硕士研究生学

8、位论文第6页机理的相关报道较少，研究对象和所得结论存在很大差异，建立高压脉冲电压下绝缘技术理论还需要开展大量的研究工作。脉冲下的老化模型均以试验为基础，根据大量试验结果进行曲线拟合得出的经验化寿命模型，主要有以下三种：1．G．C．Stone老化模型G．C．Stone在连续脉冲电压下对环氧试样进行了不同电压、不同频率下的寿命试验，用