变频牵引电机绞线对介质损耗的研究

分析了变频牵引电机绞线对经热老化、电老化及电热联合老化后的3条介损-电压曲线(tanδ-U曲线),与其在高温下的tanδ-U曲线进行对比,并比较了绞线对在不同老化程度下的tanδ-U曲线。结果表明:绞线对经热老化及电热联合老化后测得的第1条tanδ-U曲线的转折点对应的电压明显比后2条tanδ-U曲线的高;经验证该转折电压为绞线对的局部放电起始放电电压(PDIV);随着老化程度的加深,测得的第1条tanδ-U曲线的转折点电压增大。     

高频方波脉冲下变频电机绞线对的局部放电特性分析

基于脉冲电流传感器建立了一套方波脉冲下的局部放电测试系统,并对模拟变频电机匝间绝缘的绞线对试样进行局部放电试验。测试并分析了脉冲电压的频率和上升时间对局部放电起始放电电压、平均放电量和放电次数的影响,探讨了绞线对在方波脉冲电压下的局部放电机理,为更深入地研究方波脉冲电压下绝缘老化机理打下了坚实的基础。     

重复脉冲频率对变频电机绝缘PDIV及PDEV影响研究

重复脉冲电压下局部放电起始放电电压(PDIV)及局部放电熄灭电压(PDEV)是评估低压变频电机绝缘性能的重要参数。为研究重复脉冲频率对变频电机绝缘PDIV及PDEV的影响规律,利用上升时间为100ns、持续时间为200 ns的正极性重复脉冲,在5 Hz～5 kHz内对变频电机匝间绝缘的PDIV及PDEV进行了大量测试。结果表明:随着重复脉冲频率的增加,产生初始电子的概率增大,PDIV和PDEV均呈减小趋势。放电产生后绝缘表面局部温度升高及表面电荷衰减,可能是PDEV随频率增加而减小的重要原因。据此,在重复脉冲电压下进行变频电机绝缘的PDIV及PDEV测试时,适当提升脉冲频率有利于激发绝缘薄弱点放电,进而得到更为客观的测试结果。     

方波脉冲电压下聚酰亚胺材料的老化特性

为研究变频电机的匝间绝缘特性,在方波脉冲电压下,采用电热联合法对100HN绞线对和100CR绞线对进行老化试验,测试了各老化阶段其介质损耗特性和局部放电(PD)参量。试验结果表明:随着老化时间的增加,2种绞线对的介质损耗都增大,且局部放电的平均放电量和放电次数也都随之增大。但由于100CR中的纳米粒子周围形成了大量含有浅陷阱的界面区域,这些区域对电荷的输运能力较强,因此同一老化条件下,与100CR绞线对相比,100HN绞线对的介质损耗较大,局部放电的放电次数较多,平均放电量较小。此外,纳米粒子的协同效应有助于保护聚酰亚胺基体,延长100CR绞线对的绝缘寿命。     

采用tanδ表征变频电机绞线对绝缘老化特性的研究

变频电机定子绝缘用电磁线的失效是导致电机绝缘破坏的主要原因。为此,针对JD117变频电机匝间绝缘用电磁线进行试验研究,以绞线对为试验对象,在双极性高频脉冲电压下,进行了不同频率和不同时间的老化,测试并分析了试样的介电频率谱和温度谱,结合扫描电镜(SEM)研究了不同老化条件对绞线对表面形貌的影响。试验结果表明:随着老化程度的加深,通过分析tanδ的频率谱,其峰值点的数值可以被用来判断绝缘的老化状况。老化使得材料内部结构发生变化,长链发生断裂,生成了小分子量的极性分子,松弛极化更易建立。老化前后,绞线对表面的形貌有很大的不同并且差异随着老化程度的加深而加大。     

方波脉冲电压下温度对聚酰亚胺薄膜电气绝缘特性的影响

为了研究温度尤其是高温对变频牵引电机绕组匝间绝缘材料电气绝缘特性的影响,以聚酰亚胺纳米复合薄膜为研究对象,测试了薄膜的介电温度谱,研究了方波脉冲电压下温度θ对薄膜局部放电起始放电电压(partial discharge inception voltage,PDIV)、击穿电压Ub及老化寿命的影响,分析了薄膜在老化期间的空间电荷分布特性。研究结果表明:θ升高,薄膜高分子链热运动加剧,阻碍了分子链极性端基及侧链的取向极化作用,使薄膜的介电常数ε减小;同时,薄膜的介质损耗tanδ也因极化作用的减弱而减小,但因弛豫现象使介质损耗温度谱在110℃处出现1个峰值;θ升高,被陷阱捕获的电子更容易受激发而脱陷,易满足局部放电对初始电子的要求,使PDIV降低;载流子平均自由程增大,载流子能量增强,对薄膜高分子链的破坏作用加剧,导致Ub降低。空间电荷分布特性研究表明:θ升高,载流子能量增大,加速了薄膜高分子链降解并生成小分子及自由基,增大了薄膜的陷阱密度,载流子频繁地入陷与脱陷,进一步加剧了高分子的降解,使薄膜老化寿命明显缩短。研究为优化变频牵引电机绝缘系统的设计奠定了基础。     

电压畸变对变频调速牵引电机绝缘影响的研究

分析电压畸变加速变频调速牵引电机热老化、机械老化和电老化进程的原因,通过Matlab软件建立变频电源和直接转矩控制方式牵引电机组成的变频调速仿真系统,仿真分析逆变电源参数以及运行状态与电压畸变及其带来的谐波损耗之间的关系,找出电机最恶劣的工作状态,综合绝缘破坏因素考虑直接转矩控制参数设置问题,指出电压畸变对变频调速牵引电机绝缘破坏的程度,为绝缘设计提供依据。同时,为进行变频电机绝缘破坏机理的研究提供理论基础。     

重复脉冲极性及占空比对变频电机绝缘局部放电起始电压的影响研究

研究重复脉冲电压参数对变频电机绝缘局部放电起始电压(PDIV)的影响规律,有利于低压散绕电机的绝缘性能评估。本文搭建了重复脉冲及正弦电压下的局部放电测试系统,通过对双绞线施加不同电压波形,研究了重复脉冲极性及占空比(0.01%～70%)对I型变频电机匝间绝缘PDIV的影响规律及机理,分析了正弦与脉冲电压下PDIV测试等效条件。结果表明：占空比为50%时,脉冲电压双极性下试样PDIV约低于单极性下PDIV的12%;随着脉冲占空比的增加,单极性下PDIV值逐渐升高,双极性下PDIV变化较小,但呈现先增加后减小的趋势;当单极性脉冲占空比为10%以下,双极性脉冲占空比为30%～70%时,与正弦电压下PDIV测试值最接近。对此,采用脉冲电压测试电机绝缘PDIV时,需考虑占空比的选取;且在一定电压参数下,正弦与脉冲电压PDIV测试基本等效。     

重复方波电压频率对变频电机匝间绝缘放电的统计特性影响

采用电磁检测方法借助重复脉冲电压参数可调的高压脉冲电源构建脉冲电压下的绝缘局部放电检测平台,研究重复方波电压的频率变化对变频电机单点和多点匝间绝缘放电模型局部放电统计特性的影响规律.结果表明:随着频率增加,绝缘单点和多点放电幅值均显著减小,这可能是由放电后绝缘表面残留电荷分布特性发生改变、激发初始电子概率增加及表面温升增加等综合因素引起.根据研究结果,在进行电机绝缘放电检测时应仔细考虑方波脉冲电压频率对局部放电脉冲的影响,选择合适的电压频率以提升测试灵敏度和准确性.     

偏置电压对变频电机匝间绝缘PDIV及绝缘寿命影响研究

利用可在正弦及重复方波电压上叠加不同直流偏置电压的测试平台,对比研究了不同直流偏置电压对变频电机匝间绝缘局部放电起始电压（PDIV）及绝缘寿命的影响。结果表明：施加+1 000、-1 000、+1 750、-1 750 V直流偏置电压对具有对称电极结构的匝间绝缘模型PDIV影响较小;在非对称球-板电极电场结构下,聚酰亚胺薄膜的PDIV降低约30%。另外,研究发现,以上直流偏置电压对匝间绝缘模型与聚酰亚胺绝缘寿命均无显著影响。据此,在对变频电机进行绝缘评估时,应关注测试所用电极结构对测试PDIV的影响。     

高频脉冲下牵引电机绝缘的局部放电特性

变频牵引电机定子绝缘承受来自变流器的连续高压方波脉冲,可能导致绝缘过早失效,其老化机理与工频交流电压作用下差异很大。局部放电是导致变频调速牵引电机绝缘失效的主要原因之一。研究高频方波脉冲下的局部放电特性为牵引电机绝缘材料的改进和优化提供理论基础,试验分析了普通和聚酰亚胺纳米复合薄膜制成的电磁线寿命,结果发现纳米试样的寿命得到很大提高。针对普通和聚酰亚胺纳米复合薄膜研究了不同脉冲频率、上升时间和温度对放电起始电压、平均放电量和放电次数的影响。结果表明,频率的增加、上升时间的缩短和温度的增加加剧了局部放电活动,普通薄膜试样的局部放电活动更强,其原因是纳米粒子的添加导致纳米复合薄膜存在大量界面区和电导率增加,电荷的迁移速率增大,空间电荷累积效应减弱。     

重复脉冲上升时间对变频电机绝缘局部放电特征的影响

为研究重复脉冲电压上升时间对变频电机绝缘的局部放电特征影响规律,基于超高频天线、检波技术和宽带、高速数据采集和传输技术设计了重复脉冲电压下变频电机绝缘局部放电检测系统。研究了变频电机匝间绝缘在不同上升时间重复脉冲电压下的局部放电统计特性并对其机理进行了分析。结果表明:在微秒级的上升时间下,脉冲电压极性快速翻转导致变频电机绝缘薄弱处空间电荷电场和外部电场叠加,易超过局部放电起始电压,从而产生次数较多的小幅值放电,且放电幅值随着上升时间的减小而增大,但单个周期放电总量逐渐减少。因此设计耦合传感器时应根据重复脉冲上升时间和局部放电脉冲频域能量分布特点,设计高频响应较好的传感器,避免脉冲电源干扰使测试灵敏度降低,从而得到准确反映电机绝缘水平的PDIV和RPDIV。     

连续方波脉冲电压下温度对聚酰亚胺薄膜局部放电特性的影响

为了评估温度对局部放电(partial discharge,PD)特性的影响,对连续方波脉冲电压条件下的局部放电测试系统进行了改进,并采用该系统测试变频电机用聚酰亚胺纳米复合薄膜在不同温度条件下的局部放电特性,分析了不同温度下的局部放电散点图、放电次数及绝缘寿命。试验结果表明:局部放电多集中在方波脉冲的上升沿及下降沿附近,且在电压负半周期平顶区内,出现了大量放电;同时,随着实验温度的增加,局部放电次数及放电幅值虽然降低,但聚酰亚胺的绝缘寿命也逐渐降低,这说明局部放电只是引起聚酰亚胺纳米复合薄膜绝缘失效的原因之一,高温条件下活性电子的入陷、脱陷过程及空间电荷造成的电场畸变可能是诱导绝缘失效的另一个因素。     

电机绝缘系统在高频冲击下局部放电试验研究

高频冲击局部放电(PD)测试可以有效的检测电机绝缘系统的绝缘状态。根据传感器的不同,电机绝缘系统在高频冲击下PD测试方法主要有两种:高频电流传感器法和超高频天线法。试验表明:在高频冲击电压下,PD主要发生在冲击的上升沿和下降沿,在同一放电电压下,上升沿和下降沿的PD幅值较大;在风力发电机定子绝缘系统鉴别试验中,随着老化试验的进行,线圈的PD起始电压总体呈下降趋势。通过鉴别试验,可以确定绝缘系统的冲击电压绝缘等级及类型。     

变频电机绝缘系统鉴定试验研究分析

以变频器供电电机电压波形特征及绝缘结构老化机理为理论基础,研究分析了电机绝缘结构鉴定方法.描述了针对电机不同的实际运行情况,如何制定出符合实际的鉴定方法,为变频电机绝缘结构的设计、制造工艺及最终测试提供依据.     

连续方波电压下变频电机绝缘局部放电特性

为提高变频电机绝缘局部放电(PD)测试信噪比,在上升时间为200ns的连续方波电压下,研究了电机绝缘局部放电和方波电源干扰的时频特性,总结出连续方波电压频率和占空比对局部放电统计特性的影响规律。研究结果表明,局部放电和方波电源干扰能量分别集中在0～1.8GHz和0～0.5GHz频率范围内,局部放电电压幅值随着连续方波电压频率的增大而减小,较小连续方波电压占空比易造成局部放电淹没在电压下降沿处的方波电源干扰中。据此,在对变频电机绝缘进行局部放电测试时,为抑制方波电源干扰,宜采用截断频率为0.5GHz的高通滤波且应使超高频天线在0.5～1.8GHz频率范围内具有良好的响应性能。另外,为提高测试信噪比,推荐采用频率<200Hz、且占空比为50%的连续方波电压作为测试电应力。     

Steep Impulse Voltage Characteristics of Suspension Insulators

Transmission and distribution lines are sometimes struck by lightning and there is some risk of electrical puncture of suspension insulators due to high and steep lightning surge voltage. When the insulators suffer from steep lightning surge voltages, the solid insulating body of the insulators sometimes is punctured before external flashover in the air occurs. These characteristics were investigated on the insulators in the laboratory by using different steep impulse voltages. From the investigation results, both V-t characteristics of external flashover and internal puncture were obtained on the insulators. It was found that the puncture of the insulators is a matter of probability, depending on the dimensions of the insulators, steep impulse voltages and number of impulse voltage applications. Especially, the effect of number of voltage applications on puncture probability was clarified and partial damage by a small number of voltage applications was verified before complete puncture occurred. Based on the study results, an empirical equation relating to probability of puncture (P), impulse voltage (V) and number of voltage applications (N) was established.     

冲击电压下500 kV油浸倒置式电流互感器局部放电特性研究

为了研究油浸式电流互感器在运行过程中的局部放电特性,搭建500 kV油浸倒置式电流互感器在冲击电压下的局部放电试验回路,对试品施加标准雷电冲击电压和操作冲击电压,使用安装在试品末屏接地引下线处的非接触式高频局部放电传感器采集局部放电信号,通过高采样率示波器显示放电波形。在冲击试验后进行工频局部放电测量、油中溶解气体成分分析、高电压介质损耗因数测试、频域介电谱测试,以检测试品的绝缘状况。研究结果表明:油浸式电流互感器在冲击电压下发生局部放电,绝缘损坏,放电熄灭电压低于正常运行电压,放电无法自熄灭,长期累积作用造成设备故障。