高压电动机定子绕组端部绝缘相间放电和电痕放电机理研究

作     者：李玮 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：任鸿秋

授予年度：2020年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：高压电动机 定子绕组 端部绝缘 相间放电 电痕放电 

摘      要：高压电动机是工业生产的重要设备,其安全与可靠运行广受关注。随着工业生产的不断发展,电动机朝着大容量、高电压的方向发展,故障发生率也随之增长,对高压电动机的安全运行提出了新的挑战。定子绕组绝缘损坏是引起高压电动机故障的重要原因。绕组端部是绝缘事故的多发地。端部绝缘多由手工绕制而成,其电气和机械强度难以保证。此外,端部绝缘遭受的老化应力较槽内绝缘更加复杂,且直接裸露于环境中,易因磨损、变形、油污侵蚀等发生绝缘事故。局部放电作为绝缘损坏的重要原因和表象,是检测绝缘状态的有效手段。通过局部放电监测,有利于降低绝缘事故的发生率。然而,目前有关绕组端部绝缘局部放电指纹库建立不完全,相关放电机理研究也未见报道。因此,对高压电动机定子绕组端部绝缘的相间放电和电痕放电机理进行研究,分析其放电特性及发生发展过程,了解放电的发生机理,对于完善放电指纹库,提高局部放电在线监测的可靠性,具有重要的研究价值和现实意义。针对高压电动机定子绕组端部绝缘相间放电和电痕放电的问题,本文以10k V定子线圈为研究对象,结合试验、仿真、放电理论,对绕组端部绝缘缺陷处电场分布、不同环境和老化阶段的相间放电特性、电痕放电特性进行了深入研究,具体研究内容如下:绕组端部常见绝缘缺陷包括:防晕结构破坏、绕组间间距不足及油污侵蚀。缺陷处电场集中是诱发局部放电的先决条件。防晕结构的破坏会在绝缘表面形成极大的集中电场。间距不足会使绕组间空气间隙承受较高的电场强度,诱发相间放电。绝缘表面脏污会导致绝缘表面电场集中,泄漏电流增大,形成表面碳化痕迹。发生相间放电和电痕放电的绕组,其防晕结构常存在磨损的现象。相间放电发生在定子绕组端部,是相对相或相对地的气隙放电。温度和湿度是影响放电的重要因素。本文首先搭建了相间放电试验平台,采集了不同温度、湿度下的相间放电谱图,分析了放电参量随温度、湿度和电压的变化规律。研究表明,相间放电的PRPD谱图为一个或多个平均幅值恒定的“条形放电簇;温度的升高促进了相间放电,湿度的升高抑制了相间放电。同时,绝缘表面状况对放电也有重要的影响。本文进行了电热联合老化下的相间放电。试验结果表明:由于绝缘表面劣化,放电簇数发生了变化。结合放电理论,本文建立了气隙型介质阻挡放电电场仿真模型和电路仿真模型。电场仿真分析得到相间放电发生前后的电场强度及空间电荷分布的变化情况,电路仿真分析发现绕组间间距是影响放电幅值的重要因素,探讨了相间放电的机理。表面电痕放电是绕组端部沿绝缘表面形成的放电。本文建立了油污滴定诱发电痕试验平台,采集了表面电痕形成的不同阶段的放电信号,分析了PRPD谱图和PSA谱图特征。试验分析表明,绕组端部电痕为放电形成的表面碳化痕迹,其形成的过程分为三个阶段,不同发展阶段的表面电痕谱图呈现明显差异。电痕放电的PRPD谱图为电压正半周30°附近垂直于横坐标的高幅值放电簇。结合放电理论,本文建立了沿面型介质阻挡放电电场仿真模型。仿真分析得到电痕放电发生前后和电痕形成前后的电场强度及电荷分布情况,探讨了电痕放电的机理。