用介质损耗分析变频电机匝间绝缘老化特性

变频电机匝间绝缘承受来自逆变器的连续高压脉冲方波的作用,为探讨工频正弦电压作用下具有很大差异的老化机理,通过采用工频正弦和高压脉冲方波两种电压源对模拟变频电机匝间绝缘的绞线对试样进行了电热联合老化对比试验,测量损耗角正切tanδ随老化时间的变化趋势,并结合热刺激电流测量结果,分析了电压形式对匝间绝缘介质损耗产生和发展的作用机理。试验结果表明:绝缘内部有放电发生时,放电与空间电荷协同作用使绝缘缺陷迅速增多;无放电时空间电荷反复注入和抽出造成绝缘损伤。两者都导致高压方波脉冲老化下绝缘材料的tanδ高于工频正弦老化下的tanδ;高压方波脉冲下空间电荷可能是导致绝缘材料最后击穿的原因。     

基于介质损耗分析研究变频电机绝缘老化特性

变频牵引调速电机匝间绝缘承受来自逆变器的连续高压脉冲方波的作用,其老化机理与工频正弦电压作用下具有很大差异。笔者通过采用两种电压源对模拟变频电机匝间绝缘和对地绝缘的绞线对试样进行老化试验,测量了tanδ随老化时间的变化趋势,分析了电压形式对匝间绝缘和对地绝缘介质损耗产生和发展的作用机理。试验结果表明:脉冲电压下,匝间绝缘内部有放电发生时,放电与空间电荷协同作用使绝缘缺陷迅速增多;无放电时空间电荷反复注入和抽出造成绝缘损伤。交流电压下绝缘介质发热主要由局部放电造成,而脉冲电压下主要是由空间电荷所导致。对地绝缘由于其绝缘结构,呈现槽放电现象,空间电荷的引入大大加速了绝缘的老化。     

方波脉冲电压频率对变频牵引电机绞线对绝缘特性的影响

测试了不同频率方波脉冲电压下牵引电机绞线对的电热联合老化寿命、介质损耗因数（tanδ）及局部放电平均放电量,测试结果表明：方波脉冲电压频率升高,使局部放电平均放电量增大,局部放电对绞线对绝缘的破坏作用加强,使绞线对的老化寿命缩短;方波脉冲电压频率升高,使绞线对老化程度加深,陷阱密度增大,降低了自由载流子浓度,使局部放电起始放电电压（PDIV）增大,从而使介质损耗因数曲线转折点电压升高.     

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。     

水分对大型汽轮发电机定子线棒主绝缘FDS测试的影响研究

为更好的将频域介电谱技术(FDS)应用于发电机主绝缘状态的评估,通过实验得到不同水分含量的线棒试样,对其工频介质损耗因数tanδ、电容C以及FDS进行测试,研究水分对频域介电谱的影响。结果表明:随着线棒干燥周期的增加(水分含量减小),工频介质损耗tanδ、电容C呈指数规律下降;电机线棒的介质损耗因数tanδ、复介电常数虚部ε″随FDS测试电场频率增加整体呈下降趋势,但下降过程中会在部分频段出现弛豫峰;而复介电常数实部ε′随FDS测试电场频率增加而不断下降。不同水分状态下tanδ弛豫峰值及对应频率fmax随线棒干燥周期增加呈指数规律下降,介损弛豫峰值和fmax与线棒水分关系密切,能反映电机线棒绝缘中的水分含量。     

基于介电特征参量分析的变频电机匝间绝缘老化特性研究

连续高压双极性脉冲方波电压幅值、频率和工作温度与变频调速牵引电机匝间绝缘的寿命有着密切关系.本文对模拟变频电机匝间绝缘的绞线对试样在不同电压幅值、频率、温度下进行加速老化试验,测试其介质损耗角正切值和试样电容随电压的变化特性.通过介质损耗产生机理分析和方波脉冲作用机理研究,结果表明:老化初期,局部放电起始放电电压随电压升高而升高,基本上不受频率的影响,其与空间电荷积累有关.温度在稍微变化(变大)的情况下对绝缘的影响都是很大的.脉冲方波幅值、频率和外界温度具有协同效应,一种因素的增强和减弱都会改变其他因素对绝缘影响的趋势.     

采用介质损耗表征聚酰亚胺薄膜老化特征的研究

对聚酰亚胺薄膜进行电、热及电-热联合老化,测试了老化前后试样的tanδ和试样电容随试验电压的变化趋势,分析了不同老化条件对tanδ和电容的影响。实验结果表明,试样电容随不同老化条件变化的物理过程与介质损耗实验结果的分析是一致的电老化对tanδ的影响最大,热老化在一定程度上起了热清洗的作用,导致老化后介损反而降低。通过介电频谱分析,tanδ随频率变化曲线上的峰值点可以确定绝缘的老化状况。     

冷热循环老化对变频调速电机电磁线绝缘电性能影响的研究

为研究冷热循环老化对变频调速电机电磁线绝缘电性能的影响,通过对电磁线进行冷热循环试验,测试分析了冷热循环次数对电磁线绝缘电性能的影响规律。结果表明:电磁线试样的介质损耗因数(tanδ)、电阻(R)、电容(C)随冷热循环次数的增加而有所减小,击穿电压随循环次数的增加而变化不明显。tanδ随着电压的增大而减小,可能是由于该绝缘材料具有非线性效应。     

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。     

频域介电谱用于高压电流互感器绝缘诊断

电流互感器(TA)是电网控制回路的重要组成部分,失效时可能引起相对地故障或高能量爆炸,妨碍变电站的安全运行。为了提高电流互感器的运行可靠性,基于频域谱理论和测试技术,提出了联合频域介电谱和高压介损试验进行高压电流互感器绝缘状态及老化诊断的方法。首先利用频域介电谱(FDS)对3台220kV TA进行测试,得到了主绝缘的tanδ-f和C*-f特性曲线。然后对设备进行了高压介损试验,得到了主绝缘的tanδ-U曲线,并将10kV工频介损与FDS测试结果进行了对比,验证了两者的一致性。从试验结果可知:绝缘严重老化或受潮均使得固体绝缘中水分含量增加、低频段的介质损耗升高;老化严重时,低频段的复电容实部随频率降低而增大,绝缘受潮时复电容实部基本不随频率变化;绝缘老化设备在tanδ-U曲线上呈现开口形状,绝缘受潮设备的tanδ基本不随电压U变化,为两者的区分提供了新途径。FDS作为一种估计纸中水分和油电导率的可靠工具,结合高压介质损耗试验有利于对高压TA绝缘进行更有效、准确的诊断。     

油老化对变压器油纸绝缘频域介电谱的影响

为研究变压器油老化对油纸绝缘频域介电谱的影响,以便准确地评估变压器油纸绝缘老化状态,对变压器油进行加速热老化,获得3组不同老化程度的变压器油试样。采用3组油样分别对新绝缘纸进行充分浸渍,得到3组油老化程度不同的油浸纸试样。对每组试样进行频域介电特性测量,获得油浸纸试样介电参数的频域介电谱,研究油老化对变压器油纸绝缘频域介电特性的影响。结果表明:油老化严重时,油纸绝缘的复电容实部(C′)增大,虚部(C″)和介质损耗因数(tanδ)在较低频率范围受变压器油老化的影响显著,且随着油老化的加重而增大,而在较高频率范围的影响较小。     

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。     

大型汽轮发电机主绝缘的频域介电响应研究

为研究将频域介电谱法(frequency domain dielectric spectroscopy,FDS)用于发电机绝缘状态无损诊断的可行性,对发电机线棒试品进行多因子加速老化,采用FDS法测量了不同老化程度下发电机定子线棒的介质损耗因数tanδ和相对介电常数ε,建立与常规试验参量介质损耗角正切tanδ和电容C之间的量化关系。结果表明,线棒试品的老化程度对频域谱曲线影响显著,随着老化的进行,tanδ和ε的值增大,低频下增大趋势更加明显,tanδ频谱曲线的损耗峰向高频方向移动;不同老化程度的线棒试品在特征频率处的tanδ与电容C、特征频率处的ε和工频下tanδ满足指数函数关系,研究成果表明FDS技术可用于发电机老化状态的无损诊断。     

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。     

电机线棒环氧云母绝缘老化特性研究

为将频域介电谱测试技术应用于大型电机定子线棒绝缘老化状态的无损检测中,在热、电、机械等多因子联合作用下对定子线棒环氧云母绝缘进行加速老化试验,测试不同老化程度试样的频域介电谱.采用最小二乘法提取频域介电响应的Davidson-Cole模型参数作为特征参量,采用特征参量分析环氧云母绝缘的老化程度.最后通过拟合建立特征参量与老化时间的关系.结果表明:环氧云母绝缘的介质损耗因数tanδ随老化程度的增加而增大,尤其在频率为10-3～10-1 Hz有明显的增大趋势;Davidson-Cole模型提取的特征参量β和τ可用于表征绝缘的老化程度,β随老化时间的增加线性减小,τ随老化时间的增加呈指数函数减小,Δε随老化时间的增加明显增大.通过τ与老化时间的拟合关系,得出了定量表征绝缘老化程度的公式,可以考虑作为老化程度评估的经验公式.     

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。     

热老化对变频牵引电机电磁线绝缘电性能影响的研究

为研究牵引电机电磁线线圈绝缘的降解影响因素,将电磁线在300℃下进行热老化试验,分析其介质损耗因数、电容、电流增量、绝缘电阻及击穿电压等电性能随老化时间的变化规律。结果表明:试样的介质损耗因数、电容和电流增量随热老化时间的延长呈增大趋势,绝缘电阻呈减小趋势,击穿电压变化不明显,不能用剩余击穿电压等效其剩余寿命,而诊断指数可以作为评判电磁线老化程度的一个新参数。     

老化及受潮下硅油纸和矿物油纸绝缘的频域介电谱特性对比研究

硅油作为矿物油的替代品在变压器、互感器和套管等高压电力设备中获得了比较广泛的应用,然而在硅油纸绝缘电力设备的绝缘状态评估研究方面所积累的经验相对较少。为了评估频域介电谱法用于硅油纸绝缘电力设备绝缘状态评估的有效性,该文对比研究了硅油纸绝缘和矿物油纸绝缘的频域介电谱(frequency domain spectroscopy,FDS)特征参数分别随水分含量和老化程度的变化规律。实验结果表明:水分对硅油纸和矿物油纸绝缘的频域介电谱特征参数的影响规律是一致的,两种油纸绝缘体系的介质损耗角正切值tanδ均随着水分含量的增加而逐渐升高;热老化对矿物油纸绝缘的tanδ和电介质相对介电常数ε_r有明显的影响且影响规律和水分非常相似,但对硅油纸绝缘的tanδ和ε_r的影响非常微弱。因此可以采用频域介电谱方法对硅油纸绝缘的含水量进行定量评估。     

XLPE电缆绝缘加速热老化特性

为探究长期运行环境下XLPE电缆绝缘的老化特性,在实验室条件下对电缆绝缘材料进行加速热老化实验,通过红外光谱、氧化诱导时间及频域介电响应测试,比较分析老化前后XLPE电缆绝缘的理化特性、电气特性变化规律。结果表明:红外光谱中的羰基峰值可用于定性分析XLPE绝缘材料的老化程度;XLPE绝缘高温下的降解随着老化时间的延长愈加严重,氧化诱导时间不断缩短;XPLE材料介质损耗因数频谱曲线的最小值tanδ_(min)与材料老化程度相关且与测试温度无关,因此tanδ_(min)可作为评估XLPE绝缘老化情况的特征量。     

高压脉冲方波下聚酰亚胺薄膜电老化寿命模型

逆变器输出的高压脉冲方波会导致变频调速牵引电机绝缘过早损坏,其老化机理与工频交流电压下不同.利用一种高压脉冲绝缘老化试验系统模拟变频器对变频调速牵引电机定子绕组绝缘的老化作用,以聚酰亚胺薄膜为试验对象,研究了脉冲方波幅值、频率对绝缘寿命的影响,提出了高压脉冲方波下绝缘材料的电老化寿命模型.