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电机定子绝缘老化和绝缘预测的最新科研动态

作者:肇庆富威电机有限公司 浏览: 发表时间:2021-01-31 15:17:21

发电机作为电力系统的重要组成部分,其稳定性直接影响电力系统的供电质量。英国石油公司发布的《2019年世界能源统计年鉴》显示,全球发电量同比增长3.7%,其中一半来自中国。在这种背景下,发电机的发展趋势是大容量、高效率。随着发电机容量的增加,对发电机的安全运行提出了更高的要求。制造发电机的关键技术之一是定子绝缘技术。

发电机定子绕组绝缘是发电机的重要组成部分。随着大型电机装机容量的增加,环境应力对绝缘的影响越来越大。发电机的寿命主要取决于绝缘寿命,绝缘会受到各种因素的影响而导致故障。

比如在电机的设计和制造中,对容易出现电场集中的部位不加强,会导致绝缘失效,或者频繁启动会使定子绕组绝缘受到操作过电压的冲击,加速电机的绝缘老化,或者由于绝缘本身的损耗导致元器件发热,导致绝缘老化。

绝缘老化会导致发电机寿命缩短,因此研究发电机绝缘寿命预测对提高发电机运行稳定性具有重要意义。寿命预测可分为前期预测和后期预测,其中前期预测是指根据发电机的设计结构和绝缘材料的绝缘性能,在设计初期预测绝缘的使用寿命;后预测是对发电机绝缘剩余寿命的常见预测。在运行过程中,获得大量的绝缘性能表征数据,以预测绝缘的剩余使用寿命,从而提前防止因绝缘故障而导致的发电机故障。

电机定子绝缘老化机理。

定子绝缘是发电机的关键部件之一,在工作环境中经常受到电、热、机械等因素的影响,使得定子绝缘的绝缘性能和机械性能逐渐下降,加速绝缘老化。云母在热老化作用下,发生热降解脆化,聚合物膨胀产生缺陷,影响绝缘的力学性能;同时,电老化会增加绝缘材料的放电次数,加剧局部放电问题,提高局部温度,加速老化。此外,运行环境中的灰尘会导致绝缘表面的泄漏现象加剧。

在发电机事故的所有故障因素中,由绝缘损坏引起的事故占一半以上,如图1所示。电机定子线棒的绝缘性能直接影响发电机的工作稳定性和安全性。如果电机出现意外故障,将影响发电机组的整体运行,甚至导致大规模停机。

由于发电机损坏造成的维护成本高,如果能根据电机运行历史或电机在线监测结果得出定子绝缘剩余寿命,调度员可以提前做好停机检修准备。因此,电机绝缘寿命的预测对指导发电机组的稳定运行具有极其重要的作用。

绝缘预测的发展趋势及展望。

为了保证发电机组的稳定运行,在绝缘损坏发生前使发电机退出运行,有必要对绝缘老化进行评估,并预测电机定子的使用寿命。近年来,预测电机绝缘剩余寿命的方法有三种:基于回归分析的预测、基于智能算法的预测和基于数据采集的预测。

为了提高发电机设计和运行的稳定性,需要进一步提高发电机绝缘预测方法的实用性和准确性。基于目前的研究成果,未来的发展方向应包括以下几点:

1)提高电机运行数据采集的准确性。

采集数据时,由于发电机运行环境不可控,监测数据往往受到多种因素的干扰。在很多情况下,用于预测的监测数据可能无法控制在同一变量下,使得单因素预测的讨论受到其他因素的干扰,导致预测结果出现偏差。

2)减小预测数据集的样本量。

发电机故障成本高,定子绝缘老化寿命数据难以获取。大多数寿命预测方法,如线性拟合或神经网络方法,往往需要大量样本集进行拟合或训练,以保证模型输出结果的稳定性,这也是制约发电机绝缘寿命预测发展的一个因素。因此,改变研究对象,降低预测模型对数据的依赖性,是促进绝缘预测方法在工程中应用的重要思路。

3)完善多因素老化模型。

目前,预测方法多讨论电应力、热应力、机械应力等应力因素对绝缘寿命的影响。发电机实际运行环境中的影响因素很多,在今后预测发电机定子绝缘寿命的工作中需要研究。随着各种压力因素的加入,数据的有效性和模型的复杂性需要进一步研究。

4)提高寿命预测模型的实用性。

目前的寿命预测模型多为理论寿命,对运行环境变化的适应性低,参与计算的数据参数不足,对实际发电机生产运行的指导能力差。未来的研发方向可以考虑将发电机寿命预测算法与定子绝缘在线监测相结合,实时计算剩余寿命。这可以大大提高绝缘预测模型的实用性。


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