旋转电机绝缘系统老化的判定方法

摘要：旋转电机在各个行业都发挥着重要的作用，其中，作为主要构成部分的绕组、绝缘系统，是决定旋转电机寿命的关键。本文以高压旋转电机为对象，确定一个可靠的绝缘老化的判断方法，
论文关键词：旋转电机,绝缘,老化,判定

　　旋转电机的故障原因中，轴承磨损约占24%，其次，绝缘老化约占21%，是占比重较大的二大故障。从故障部位来看，定子绕组约占55%，轴承约占34%。此外，定子绕组由于机械故障导致损伤的情况也不少见。

　　一般认为：旋转电机运行超过十年之后，由于绝缘老化及不良的环境因素（潮湿、污垢）导致故障明显增多。

　　2 高压电动机的绝缘老化原因

　　旋转电机绝缘老化的主要原因，主要有“热能”、“电压”、“机械能”

　　以及“环境”等。

　　所谓“热能”导致的老化，是指绕组在运行中发热而导致绝缘材料的氧化及热解，使绝缘特性及绝缘层的机械强度降低。“电压”导致的老化，是指通常运行时的电压及起动、停止时的瞬态电压，导致部分放电现象，使绝缘特性降低。“机械能”导致老化的原因是电磁力与振动导致的机械应力，使绝缘层变形、剥落、龟裂及损伤。“环境”导致的老化原因，是

　　指由于导电性物质的附着及环境潮湿导致的污垢，使绝缘层表面的绝缘性能降低。

　　此外，酸、碱、有机溶液及油等特殊物质的存在，会发生化学反应而导致老化、溶解、膨胀等现象。事实上，旋转电机绝缘老化现象，往往是多种因素同时作用的结果。让我们看一下热能及电压等导致老化原因之间的相互作用吧。电压产生的介子损耗会导致温度上升，促使热老化的发生；而热能会导致温度上升，发生材料的物理性能改变和热老化，进而演变为部分放电现象。还有，放电现象改变了材料的耐受强度，因而加剧了老化状况。如此说来，导致老化的各因素之间，是互相作用、互相影响的，在现实中，老化大多是由于多种原因造成的。

　　根据绝缘方式与运行条件的组合，可以了解绝缘老化的进程。采用与旋转电机相同的绝缘等级，作成样机，对样机施加与旋转电机相同的、恒定的加速老化应力，得出绝缘强度降低的数椐，从而判断出绝缘寿命。该方法适用于直流机及低压异步电动机。

　　对运行中的旋转电机的绝缘状况，进行持续监测，定期进行分析判断，也可预测出绝缘寿命。

　　5 绝缘老化判断结果的评价方法

　　为了切实了解旋转电机绝缘老化状况，可以采用表1所示的判断方法。

　　表1 判断绝缘状况方法

　　试验项目

　　关注要点

　　与老化现象的关系

　　分类

　　潮湿

　　污损

　　剥落、

　　空隙

　　局部异常老化

　　目测

　　绝缘材料的损伤、变色、磨损、灰尘、油污、水分等的附着。

　　○

　　△

　　△

　　A，C

　　绝缘电阻试验

　　绝缘电阻

　　○

　　△

　　△

　　A

　　直流试验

　　极化指数

　　○

　　交流电流试验

　　ΔI电流增加率

　　第1电流递增值

　　第2电流递增值

　　○

　　○

　　○

　　△

　　○

　　B

　　B,C

　　C

　　介质损耗试验

　　基值电压的tanδ

　　E的tanδ-tanδ0

　　○

　　○

　　B

　　局部放电试验

　　局部放电启始电压

　　最大放电电荷

　　○

　　○

　　○

　　○

　　C

　　振动分析试验

　　绕组固有振动频率

　　○

　　B

　　○：关系密切 △：有关 空白：无关

　　A：反映吸潮、变质、污损

　　B：反映剥落、空隙等总体状况，龟裂等局部异常现象难以反映

　　C：局部异常老化也可反映出。

　　对数椐的分析评价之所以难，有以下几点原因：

　　(1) 由于样机的规格、生产厂家、生产时间的不同，会使绝缘系统的材料及结构不同；

　　(2) 使用的条件不同；

　　(3) 发生绝缘老化的因素很多，各因素之间的相互作用是很复杂的。

　　作为可行的评价方法，可以采用得出的数据，以此为根据，通过多变量分析，再进行统计分析，具体有如下二种：

　　5.1区域分析法

　　如要对绝缘状况及处理方式进行分类有三种状态，即：绕组更新、加强绝缘强度、正常。对样机的相关数据进行分析，通过输出曲线的位置、动向，可以了解老化的倾向及速度，处理的办法及其时间也可相应得出。

　　5.2评价点分析法

　　该方法是通过采用较多的信息（判断数据）的回归分析法，用评价点来表示绝缘老化程度的方法。旋转电机多采用这种方法，在决定如何维护方面，极有参考价值。评价点与维护方式的关系如表2所示。

　　表2 评价点与维护方式的关系

　　评价点

　　3以下

　　5以下

　　5以上

　　维护方式

　　无须维护

　　强化绝缘

　　更换绕组

　　如表所示，评价点越高，绝缘老化的程度越严重。

　　6 判断绝缘状况的新技术

　　在电气绝缘特性试验中，关于绝缘层的吸潮、污损程度是比较容易判断的，但要真正掌握诸如绝缘层龟裂及剥落等绝缘老化发生了质变的情况，就不是那么简单了。为此，在判断绝缘老化时，应同时进行目测检查，及时得到一些相关的信息，如绝缘材料老化所致的绝缘层松缓、显示热老化程度的绝缘材料变色等。但是通过目测检查得到的信息，在准确程度上，是要打折扣的。

　　作为判断绝缘老化的方法，振动分析法是切实可行的。我们知道，绝缘层老化时，其粘结力降低，运行中，由于热应力、电磁力及振动等机械力，导致剥落现象发生，并出现龟裂及空隙等现象，密致性降低。这种老化状况，是由于绕组在振动时，其振动特性所导致，所以，我们如果能对绕组的振动加速度和振动位移进行测试和分析，可以了解到固有振动频率的降低与绝缘击穿电压降低之间具有很密切的关系。

　　还有一种采用理化的测色法，是对高温老化导致的绝缘材料变色状况，分析老化程度的方法。这种方法已经采用很长时间了，现在采用的量化测试，定会提高测试的准确度。

　　如上所述，采用最新绝缘判断技术与电气绝缘特性实验相结合的方式，是可以对绝缘老化状况作出正确判断的。

参考文献
1 大型电机绝缘老化问题的研究方向. 电机电器技术.1981.02
2 变频电机绝缘老化机理及表征. 吴广宁. 科学出版社.2009