动态力学分析DMA-介质损耗分析方法.pdf

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1、基于力学损耗和介质损耗参数分析大型发电机主绝缘的老化特征发电机主绝缘的老化特征11112贾志东，郝艳捧，蒋雄伟，谢恒，耿瑞香（1．西安交通大学电力设备与电气绝缘国家重点实验室，陕西省西安市710049；2．太原电力高等专科学校电力系，山西省太原市030013）摘要：大型发电机的主绝缘是发电机的重要组成部分之一，大型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。目前，大型发电机主绝缘普遍采用环氧云母绝缘体系。针对发电机运行中主绝缘的老化情况，选用环氧云母体系绝缘材料，进行了电热应力联合作用下和热机械应力作用下的老化实验；采用新的分

2、析方法———动态力学分析法测试了不同老化时间的绝缘材料的老化特性，并且将动态力学参数与介质损耗参数作了比较；从而提出了用动态力学参数表征环氧云母绝缘老化的新方法。关键词：发电机主绝缘；动态力学特性；介质损耗；老化1引言引言大型发电机的主绝缘（定子绕组绝缘）是发电机的重要组成部分之一，大型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。发电机运行过程中，主绝缘在电、热、机和热机应力的联合作用下，绝缘性能会逐渐下降，最终导致失效。因此加强定子绕组绝缘材料老化性能的研究对提高大型发电机的安全运行有着重要的指导意义。大型发电机的主绝缘大多

3、采用环氧云母复合绝缘体系。为了对电机主绝缘的剩余寿命做出正确的评估，许多国家开展了寻求电机主绝缘老化特征量的研究。Ken．Kimura等人提出了主绝缘的剩余击穿电压与介质损耗增量、最大放电量具［1］有某种相关性；Y．J．Kim基于局部放电评估了主绝缘性能，并且提出了新的［2］诊断参数———动态滞留电压。但这些研究主要是基于实验数据的统计处理，没能给出令人信服的理论解释。本文从环氧云母绝缘材料的结构着手，分析了环氧云母绝缘材料分别在电热应力和热机械应力作用下的老化特性；引入了新的分析方法——动态力学分析法；并且将动态力学参数与介质损耗参数作

4、了比较，提出了用动态力学特性表征环氧云母绝缘老化特征的新方法。2发电机主绝缘的老化机理发电机主绝缘的老化机理目前，大型发电机采用的环氧云母主绝缘是以云母为基础、环氧树脂为胶粘剂、玻璃布补强的热固性绝缘体系。发电机运行过程中，主绝缘会受到电、热、机械应力的联合作用；在电机的起停过程中，绝缘还会受到热机械应力的作用。在这些应力的作用下，由于环氧树脂为有机物，其老化性能比云母和玻璃丝带要差。使得环氧树脂性能下降，破坏了与其它材料的界面结构，产生气隙，诱发局部放电，绝缘性能下降，最终导致绝缘失效，图1是发电机绝缘老化的示意图。3老化分析的基本原理

5、老化分析的基本原理3．1动态力学分析基本原理动态力学分析基本原理动态力学分析是在程序控制温度下，测量高聚物质在按正弦函数变化的应力作用下的有关动态力学性能（如储能模量、力学损耗和动态粘度）随温度和频率［3］变化的一种技术。动态力学性能与聚合物的结构和分子运动有密切联系，是聚合物的一项很重要的力学性质。当聚合物在正弦变化应力的作用下，应力与应变关系中将会出现应变滞后于应力的现象，滞后效应是动态力学分析的基础。′表征聚合物动态力学性能的主要参数有：①E：储能模量，单位GPa，表示材料在形变过程中，由于弹性形变储存的能量；②tanδ：力学损耗因

6、子，表示以热形式逸散的能量与储存能量之比，它表示材料在形变过程中本身损耗能量的能力；③η：动态粘度，单位MPa·S，表示材料在形变过程中粘度的变化情况。′聚合物的结构复杂，具有多重结构运动单元，在E或tanδ和动态粘度η随温度变化的关系曲线上将出现一系列峰，因而动态力学分析是研究聚合物结构、分子运动和性能的一种有效手段。图2是典型高聚物的动态力学温度谱。在聚合物基复合材料中，由于界面相的结构与聚合物基体和填料的结构不同，因而它对复合材料的动态力学性能有较大的影响。界面对复合材料动态力学性能的影响可以通过改变聚合物的玻璃化转变（α—转变）及

7、阻碍聚合物大分子链侧基旋转或主链局部运行间接地表现出来；也可通过复合材料储能模量和动态粘度的变化来表征界面的粘结强度，因而动态力学分析也是研究复合材料结构、分子运动、界面状态和性能的一种有效手段。在分析发电机主绝缘时，环氧树脂为基体，云母和玻璃布为填料，该材料可以看作是“环氧树脂———界面———云母”及“环氧树脂———界面———玻璃布”的复合体系，故可以用动态力学分析。3．2介质损耗分析介质损耗分析基本原理电介质在交变电场作用下有能量损耗，1种是由电导引起的损耗，另1种是由松弛极化引起的损耗。电介质单位时间内消耗的能量，亦就是引起电介质发

8、热的能量，称为电介质的损耗。电介质在交变电场下的这一特性可以用介质损耗角正切来表示。图3是电介质在交变电场作用下的示意图和矢量图。介质损耗一般用tanδD来描述。而且tanδD仅取决于材料特性