发电机定子线圈绝缘电热老化试验研究

发电机定子线圈绝缘电热老化试验研究

作者：牛龙

来源：《中国科技博览》2014年第05期

[摘 要]介绍了具有先进性、准确性和可靠性的电热老化试验室的建立过程，对电热老化试验结果进行了分析论证，它具有实用意义。 [关键词] 定子线圈 绝缘 电热老化

中图分类号：TM31 文献标识码：A 文章编号：

0 前言：本试验是为了确定定子线圈绝缘结构的最终电热老化寿命时间和18kV防电晕结构的长期耐电压性能。从寿命时间看，试验用定子线圈绝缘耐电压寿命远远超过试验要求，18 kV防晕结构自试验起到试验结束止，防晕层均未产生放电闪烁与破坏现象。通过试验足以说明该定子线圈主绝缘技术和高电压防晕技术是非常可靠的。 1 试验室的建设

新建电热老化试验室采用的试验线圈加热板总功率为6kW，远小于老化炉的电功率。而且，试验室空间大，成品线圈可整体放人试验室内进行试验。靠加热板加热，加热功率调制到120℃温度平衡时的最小值，线圈表面温度靠温控仪控制，这样就减少了热冲击。

试验室内安装了1套符合国家级标准的电热老化试验系统，由稳压电源、交流高压系统、加热系统和自动控制系统与测量系统组成。

稳压电源为380 V，通过控制台再输入给调压器、变压器，由变压器将稳定的交流50HZ，41.5 kV高压施加在试验线圈上。

加热系统：加热系统控制台再将稳定可控的220V电源施加到各试验线圈加热槽内的加热元件上。

自动控制与测量系统：用来保证长期电热老化试验过程中的自动保护与自动测量。在电热老化试验室内设置了高压试区的安全自动保护系统、自动计时系统、自动温控系统、过流保护系统、试样击穿后自动报警系统等。 2 电热老化试验 2.1 试样

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

采用3只成品定子线圈，上层1根，下层2根，额定电压18kV，双面绝缘厚度为9.19mm。 2.2 试验参数

试验电压为41，5kV，50HZ，试验温度120℃，试验时间不少于420h。如寿命时间达不到420h要求，将否定该绝缘体系。 2.3试验温度调整

每只试验线圈直线部分安置4对加热板。各组加热板之间距离小于100mm。每组加热板两侧安置6个温度测量点，并配置热电偶控制线圈表面温度。每组加热板功率为500W，每根试验线圈的加热功率为2kW，本次试验为3个试验线圈，总加热功率为6kW。试验证明：将加热功率调到最小，使试验线圈表面温度达到120℃时加热功率与散热基本平衡，减少了热冲击，避免了因热击穿而歪曲老化。 2.4 试验线圈电热老化寿命

1号线圈（>1 409_h）；2号线圈（1 280h）；3号线圈（>1 400h）。 2.5 防晕层外观检查

成品线圈的低阻和高阻防晕层直至试验结束均未破坏，表面未出现发空、变色现象，试验过程中端部防晕层未出现闪烁放电现象。 3 老化机理

由电热老化寿命值分析定子线圈绝缘的性能电热老化试验是使成品线圈在高压41.5kV恒定温度120℃下长期耐电压的一种寿命试验。其老化机理是：电机绝缘在制造过程中绝缘内部总会有些微量 气隙，这些微量气隙在高电压的作用下产生局部放电，使绝缘内部气隙处留下刁；可逆的破坏痕迹。另外由于气隙局部放电作用所产生的极性物质和酸类物质渗透到绝缘体内部，使绝缘的体积电阻下降，损耗值上升，绝缘弹性逐渐丧失而变脆，从而使绝缘的电气性能和机械性能下降而导致主绝缘破坏。

电机绝缘的老化速率主要受试验频率、电场强度、温度、湿度及机械应力等因素影响（其中试验频率与气隙的放电次数成正比关系）。为了缩短寿命时间，80年代国内外曾考虑采用中频50Hz进行电老化寿命试验，其试验时间可缩短10倍，但试验频率增加以后带来很多负作用。近年来，国内外已不采用这种加速老化试验手段。本次试验采用工频，与电机正常频率一致，因此不作为加速老化因子考虑。本次电热老化试验实际上就是在恒定温度下提高场强的一种电老化试验，所以只对电场强度和温度加以分析说明：线圈绝缘电场强度为9.03 kV/mm，该指标已超过全国各制造厂抽样进行室温电老化评定试验的场强值。提高场强的电热老化试验

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

对绝缘寿命影响很大，这是因为加在线圈绝缘上的试验场强增加以后绝缘内部气隙的放电能量也随之增加，加速了绝缘的老化过程，缩短了老化试验时间。场强提高到一定程度将使绝缘损耗明显增加，绝缘加热，一般很快就引起热击穿而歪曲老化。所以电热老化试验的场强不能任意提高而超过极限值。这次的试验场强为9.03 kV/mtn，符合国际惯例，也和以前做的电老化试验场强相吻合，所以说在这一试验场强下得出的试验结果是可信的。

从试验结果看，线圈的寿命值是偏高的，这说明线圈绝缘整体性好，绝缘内部气隙小。室温值在18kV以下仅1.5左右，室温值非常小这一点，电能说明绝缘内部气隙少，整体性能好。

一般情况下，试验温度对电热老化寿命值的影响是：试验温度增加，绝缘材料耐放电能力下降，电老化寿命也将缩短。这是由于温度增高时起始放电电压下降，放电强度增加，放电所产生的化学腐蚀作用也增加而造成的。电机绝缘耐温等级属于F级，试验温度规定为120℃，对绝缘体系来说并无加速老化作用，只是在规定温度下提高试验场强的一种加速老化试验而已。 4 结束语

（1）电热老化试验室建设的基本参数符合国家级标准的要求。自动控制系统和记录系统灵敏可靠，满足试验要求。

（2）电热老化试验中的加热系统设计满足了在120℃以下，加热功率与散热功率相近似的要求。使加热温度恒定不变，避免了热冲击，提高了试验的准确性。

（3）各成品线圈绝缘的电热老化寿命时间均已超过1 200h，说明机组定子线圈主绝缘技术和18kV防晕技术已达到先进水平。

作者简介：牛龙，男，1969年11月生七台河人，机电工程师，现从事机电技术工作。