试验与检测 上海大中型电机 交流电动机ＧＶＰＩ定子绕组ｎＡ级 直流泄漏电流测试研究 胡 波，梁智明，皮如贵，谢志辉，周 进，黄绍波，李 忠 （东方电气集团东方电机有限公司，四川德阳６１８０００） 摘要：利用纳安（ｎＡ）级测试电流的全电流分量的数值计算模型，对ＧＶＰＩ（整体真空压力浸渍）交流 电动机定子绕组绝缘进行了纳安级直流泄漏电流中极化电流的定量分析。介绍了适用于纳安级直流泄 漏电流的测试系统，测试并计算了真机定子绕组在各电压阶梯下的电流分量，提出了考核ＧＶＰＩ电动机 直流泄漏试验的建议。结果表明，泄漏电流为测试电流的主要成分，绕组的测试电流～电压曲线分析有 助于考核绕组端部绝缘水平。 关键词：交流电动机；ＧＶＰＩ；定子绕组；直流泄漏 ０引言 与非ＧＶＰＩ型发电机相比，ＧＶＰＩ型电机未采用 可控过电压直流试验项目的主要因素就在于其泄漏 电流很小（在预极化电压下接近ｎＡ级），而非ＧＶＰＩ 整体真空压力浸渍绝缘工艺以其整体性好、耐 环境污染性能优良、温升低、能耗和成本低等优点已 广泛用于各型交流电动机¨Ｊ。而大中型交流发电 机受成本、工艺、设备等条件所限，普遍采用成型线 棒或线圈嵌线的工艺。 与各型交流发电机相比，业内对各型交流电动 型发电机的泄漏电流通常高于 Ａ级，因此微电流 测试对在制造厂和安装工地的实际条件下的测试线 路、测试环境、测试设备、测试人员和测试标准等均 提出了很高的要求，其测试结果具有较大的不确定 性。 机定子绕组绝缘考核比较简单，例如在ＧＢ／Ｔ ｌ３９５７－－２００８￣大型三相异步电动机基本系列技术 本文定量分析了ＧＶＰＩ交流电动机定子绕组 绝缘的纳安级直流泄漏电流的电流分量，首次建 立了ｎＡ级测试电流的全电流分量的数值计算模 条件》中，定子绕组绝缘的检查项目包括绝缘电 阻、匝间冲击和交流耐压试验。而非ＧＶＰ１型发电 机定子绕组绝缘考核更加严格，如ＧＢ／Ｔ ７８９４— 型，在真机定子绕组的电流分量测试结果基础 上，提出了考核ＧＶＰＩ电动机定子绕组直流泄漏 ２００９￣水轮发电机基本技术条件》增加了直流耐压 试验和整机电晕试验，ＧＢ／Ｔ ７０６４－－２００８《隐极同 步发电机技术要求》也增加了直流耐压试验和整 机电晕试验。 试验的建议，有助于严格考核定子绕组端部绝缘 的质量。 １理论模型 因为交直流电压在绕组端部的分布差异，一般 认为 ：对于绕组端部非贯穿性缺陷或裂纹、表面 脏污、吸潮、内部空隙、树脂固化不良等，直流试验比 １．１直流试验的电流分量 直流试验时测试电流包含四种电流分量 －４ｊ： 表面泄漏电流、几何电容充电电流、绝缘内部电导 电流和吸收极化电流。其中几何电容充电电流通 常不影响测试，因为在１ ｒａｉｎ读数时已经衰减至可 以忽略。对于粘接良好的环氧云母体系绝缘来 说，绝缘内部电导电流几乎为零。表面泄漏电流 交流试验更加灵敏。同时直流可控过电压试验具有 设备小、绝缘损伤低、击穿瞬间的过电压冲击小、缺 陷模态清晰等优点，因此直流试验通常作为交流试 验的预防性试验进行。 ４０，．．．—— 交流电动机ＧＶＰＩ定子绕组ｎＡ级直流泄漏电流测试研究 试验与检测 基本不随时间延长而变化。吸收极化电流 与时 间的关系如式（１）所示 ｊ。 为吸收极化电流，Ｕ 为外施电压，ｋ和ｎ为绝缘系统的特征参数，ｔ为施 压时间。 ＝ｋＵｔ （１） 因此，直流试验中总测试电流，可以简化为吸 收电流 与泄漏电流 之和，前者随电压与时间变 化，后者只与电压有关。 １．２恒定直流电压阶段的电流分量 在进行可控直流高压试验前，定子绕组应按 照ＩＥＥＥ ９５的规定进行恒定直流电压试验，即预 极化试验，试验电压与时间通常与ＩＥＥＥ ４３ （ｉｄｔ ＧＢ／Ｔ ２０１６０＿２ｏ０６）规定的定子绕组极化指 数测试要求相同。其目的不仅在于测量并判断 绕组是否具备进行高压试验的条件，还要测试并 画出定子绕组绝缘在恒定电压下的电流与时间 曲线，进而拟合计算得到该绝缘系统在该电压下 的特征参数。 假设施加电压不变，则ｔ时刻的电流与（ｔ＋Ａｔ） 时刻的电流如式（２）所示，同时不同时刻的泄漏电 流儿相等。 ，，：ｒｏ＋ ：ｋＵｔ ＋ Ｊ【 ，“ ＝，ａ“ ＋，；“ ＝ｋＵ（ ＋Ａｔ） ＋，；“ （２） ：，；础 两边取对数可得式（３）： ｎｌｇ（ｔ＋Ａｔ）一ｎｌｇ（ｔ）＝ｌｇ（ｆ一 ）一ｌｇ（／￣ 血一，； 血） （３） 假设忽略泄漏电流 则式（４）成立。 凡［１ｇ（ｔ＋△ ）一ｌｇ（ｔ）］＝ｌｇ（，）一ｌｇ（， ） （４） 显然地，ｎ的数值可由式（５）求解。 ｎ＝一ｌｇｌｔ／ｌｇｔ （５） 以上求解过程不仅可以得到ｎ值，还可知泄漏 电流分量是影响总电流与加压时间的双对数曲线 ｌｇ，～１ｇｆ直线斜率的线性拟合度尺 的重要因素。因 此，根据ｌｇ，一ｌｇ 直线的拐点可以划分泄漏电流分 量的影响范围，并在其影响较小的区域（即拐点Ｐ左 侧）拟合直线，如图１所示。根据测试数据进行线 性拟合即可得到ｋ和ｎ值。 １．３ 阶梯升压方式下各电压阶段的电流 Ｌｇｔ 图１泄漏电流分量对 ～ｌｇｔ曲线的影响 当绕组绝缘完成预极化过程后，分阶段缓慢升 压并在各电压阶段上停留一段相等的时间，读取并 记录各电压阶段末的电流值。根据该过程的原理， 每个阶段的总电流等于各阶段的吸收电流与泄漏电 流之和，而各阶段的吸收电流由本阶段新增电压引 起的吸收电流与前面所有阶段各自衰减至该时问的 残余电流的叠加值，如图２所示。 ｔ／ｓ 图２前两个电压阶梯的吸收电流分量叠加 图２中，，。 为第一阶段（预极化阶段）由外施电 压 引起的 ｌ时刻的吸收电流，而第一阶段的总 吸收电流 即为，。 。，。：为第二阶段由相邻电压阶 梯增量５Ｕ引起的吸收电流，而第二阶段总吸收电 流， 应包括经过△ 衰减的 与经过（ｔｌ＋Ａｔ）衰 减的， 以此类推，第Ｐ阶段的总吸收电流 应 包括△ 时刻的 与以前各电压阶梯增量／ｔＵ引起 的残余衰减电流的总和。 假设定子绕组绝缘均匀、恒温且绕组电容量基 本不变 ，则可以认为ｋ和ｎ不随电压与时间而变 化，各阶段电压下由电压增量引起的吸收电流可由 式（６）求解。 一４１— 试验与检测 上海大中型电机 ，。１：ｋＵ１ｔ １ｏ２： ＝ （ ） ＝ ＝ （ ）～ ｎ 由式（６）可知，当任一相邻电压阶梯的电压增 ｎ 量相等时，则由电压增量引起的吸收电流也相等。 据前文分析可知，各阶段电压下总吸收电流可由式 （７）求解。 ｆ』。ｔｏ１ｔ ＝ ｌ＝ｋＵｌ ｝ ＝ ＋ ｌ／ 山＝ｋＡＵＡｔ一 ＋ｋＵｌ（ １＋Ａｔ）一 ｆ ： ＋ ＋ ＼ ６ ＝ ＋ｋＡＵ（２Ａｔ） １Ｉ．＋．．ｋ．一Ｕ 】（ｔｌ＋２Ａｔ） （７） Ｉ ｎｔ，ｏｔ ＝，叩＋Ｉａ２Ａ、 ＋ ＋…＋ ｌ ¨ ＝ｋＡＵＡ 一 ＋ ｕ（２△ ） ＋… Ｌ＋尼 ｌ［ｔ１＋（Ｐ一１）Ａｔ］一 因此，各电压阶梯下测试得到的总电流与根据 式（７）计算得到的各阶梯下对应的总吸收电流之 差，即可得到对应各阶梯下的泄漏电流值。 １．４吸收电流分量的趋势 根据数列极限的有理运算法则 ，相邻电压阶 梯的吸收电流分量之差与第一阶段吸收电流之比， 在ｎ值为正的条件 下，其极限值为０，如式（８）所 示 ￣／ｔｏｔａ］：ｌｉａｒ 一＝ 【（ （ ） ｎ ㈩ ： 【（ ） ＋ ． ｋＡＵ（ ） 一 （ ｎ ：０ ４２－－－－—— 这说明吸收电流会随电压升高而逐渐增加但最 终将趋于平稳。同时电压越高，测试电流越大，吸收 电流所占比例越小，泄漏电流与测试电流的相关性 越好。 ２试验 ２．１试验设备 ＳＬ６０系列高压直流发生器，纹波系数低于 ０．１％，美国ＳＰＥＬＬＭＡＮ高压电气设备公司。 ＭＩＴ５２０型绝缘电阻测试仪，美国ＡＶＯ国际公 司。 指针式纳安电流表，法国ＡＯＩＰ公司。 ２．２试验线路 按照ＳＬ６０设备的悬浮接地配件的接线要求连 接线路。 ２．３试验过程 １）分相对定子绕组施加５ ｋＶＤＣ并保持 １０ ｒａｉｎ，测试并记录电流值。 ２）从５ ｋＶ开始，以电压阶梯１．５ ｋＶ，每个电 压阶梯保持１ ｒａｉｎ的升压方式，测试并记录每个电 压阶梯末的电流值。 ３）电压升至２４．５ ｋＶ并保持ｌ ｒａｉｎ，然后降压 至０。 ２．４试验样品 额定电压为１０ ｋＶ的三相交流异步电动机，采 用ＧＶＰＩ绝缘工艺制造。 ３结果分析 ３．１ 恒定直流电压阶段的电流分析 由图３可知，三相绕组在５ ｋＶＤＣ下的，～ｔ曲 图３三相绕组在５ ｋＶＤＣ下的ｆ～ｔ时间曲线 ２０１３．Ｎｏ．４ 交流电动机ＧＶＰＩ定子绕组ｎＡ级直流泄漏电流测试研究 试验与检测 图４三相绕组１ ～ｌｇ 双对数曲线的拐点 线非常相近且基本表现为幂函数的形式。同时由图 ４可知，三相绕组ｌｇＩ～ｌ 双对数曲线均接近于直 线，基本满足式（１）的形式，特别是拐点的左侧曲 线，其线性拟合度 近似于１，适合于准确拟合并 求解幂函数的 和ｎ值。 根据图４拟合曲线可以测试并计算得到第一电 压阶段的各项参数，如表１所示。三相绕组的各项 参数均非常接近，其中凡值均符合环氧绝缘体系 １．０～１．９的推荐范围 。 表１恒定电压阶段的电流分量数值 ３．２阶梯升压阶段的电流分析 分析图５一图７所示三相绕组绝缘电流分量特 性可知： 图５ ｕ相绕组阶梯升压过程中的，～Ｕ曲线 １）总电流与泄漏电流相关性较好，具有基本 一致的，～ 趋势，在高电压区域该趋势更加明显。 ５ＯＯ ４ＯＯ 薯３００ ２００ ｌ００ ０ ０ ５ １０ ｌ５ ２０ ２５ ３０ Ｕ／ｋＶ 图６ Ｖ相绕组阶梯升压过程中的，～Ｕ曲线 薯。００ ２０Ｏ １００ ０ ０ ５ １０ １５ Ｕ ｕ Ｕ／ｋＶ 图７ ｗ相绕组阶梯升压过程中的，～Ｕ曲线 这说明在工程应用中可使用，～ 曲线代替， ～Ｕ 曲线进行数值考核与结果分析，进而极大地简化该 试验中数据处理与分析的工作量。 ２）吸收电流随电压升高而增加，具有趋 于平稳的趋势。这与前文的数列极限估算一 致。 ３）三相绕组的，～Ｕ曲线与ｌｚ～Ｕ曲线均基本 一致，考虑到三相绕组之间电流特征的差异与温度 和湿度等无关，而只与绝缘结构和绝缘状况有关，因 此，三相绕组，～ 曲线的差异可以作为一项重要的 考核指标。 ４），一 曲线接近一条直线，这意味着绝缘 系统比较符合纯阻容元件的伏安特性，无附加极 化电流分量的存在，即绝缘内部无分层、浸渍不 良、固化不彻底、老化、端部放电等现象。因此， 相邻电压点下的电流比值也可以作为一项重要 的考核指标。 ４考核建议 １）记录并绘制，一 曲线，并据此进行数据分 析与结果判断。 一４３— 试验与检测 上海大中型电机 ２００５，３０（５）：３５～３８． ２）三相绕组，～Ｕ曲线的差异可以作为一项重 要的考核指标。 ［２］成永红．电力设备绝缘检测与诊晰［Ｍ］．中国电力出版社 ２００１，１０６～１１７ ３）每相绕组，～Ｕ曲线中相邻电压点下的电流 比值（或，～Ｕ曲线的斜率）可以作为一项重要的考 核指标。 ５结语 ［３］ＧＢ／Ｔ ２０１６０—２００６，旋转电机绝缘电阻测试［Ｓ］． ［４］Ｇｒｅｇ Ｃ．Ｓｔｏｎｅ．旋转电机的绝缘一设计评估老化试验修理［Ｍｊ 中国电力出版社，２０１１，１９３ ２００． ［５］李绍儒．大容量发电机直流泄漏试验的外推法［Ｊ Ｊ．电力建设， １９８６，（１２）：７０～７３． １）首次建立了ｎＡ级测试电流的全电流分量 ［６ Ｊ ＩＥＥＥ ｓｔｄ ９５—２００２，ＩＥＥＥ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ Ｐｒａｃｔｉｃｃ ｆｏｒ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ ＡＣ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ（２３００Ｖ ａｎｄ ａｂｏｖｅ）Ｗｉｔｈ Ｈｉｇｈ 的数值计算模型，搭建了适用于ｎＡ级直流泄漏电 流的测试系统。 Ｄｉｒｅｃｔ Ｖｏｌｔａｇｅ［ｓ］． ［７］西安交通大学高等数学教研室．高等数学（七册）［Ｍ］．人民教 育出版社，１９７９，２６～３７． ［８］ＭｃＤｅｒｍｉｄ．Ｗ．Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｓｔａ— ｔｏｒ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ．Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｒｅｃｏｒｄ ｏｆ ｔｈｅ ２０００ ＩＥＥＥ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ．Ａｐｒ．２０００．ｐｐ５１６～５１９． ２）三相绕组在５ｋＶＤＣ下的，～ｔ曲线非常相近 且基本表现为幂函数的形式。 ３）， 为，的主要成分，，与，，相关性较好且具 有基本一致的趋势。 ４）建议将，～ 曲线作为考核试验结果的依 据。 参考文献 ｆ １］顺家华．电机绕组真空连续浸渍绝缘工艺简析ｆ Ｊ］．微特电机， 作者简介： 胡波，男，１９８１年生，硕士研究生，毕业于西安 交通大学电气绝缘专业，现从事高压电机绝缘工艺 研究，工程师。 ・信息点滴・ 上海电气集团上海电机厂有限公司荣获 上海市“四星级诚信创建企业”称号 ２０１３新增光伏发电装机容量将首超风电装机 据预测，２０１３年太阳能发电将会达到 ３６．７ ＧＷ，相比较２０１２年的３５．５ ＧＷ增幅达 ２０％，新增光伏发电系统装机量将首次超越风电装 机容量。这主要的原因是在日本和中国施行了新的 激励机制，此外太阳能面板的成本大幅降低也是其 中关键。 经上海电机行业协会推荐，上海市企业诚信创 建活动组委会审核，上海电气集团上海电机厂有限 公司最近荣获上海市“四星级诚信创建企业”称号， 并获得企业专有的信用标识身份。 诚信是市场经济条件下企业的通行证，是企业 参与市场竞争的有力武器，也是企业潜在价值最大 的无形资产。诚信创建活动大力倡导信息诚信，诚 彭博新能源财经光伏分析部负责人Ｊｅｎｎｙ Ｃｈａｓｅ表示，光伏成本的大幅下跌、日本及中国出 台的最新补贴机制使得光伏系统装机容量进一 步强劲增长。欧洲市场正在日益下滑，因为诸多 实经营的理念，推进了上海社会诚信体系建设，优化 了创建诚信的交易环境。 国家均取消了补贴，但是仍将有新增的光伏系 统。 上海电气集团上海电机厂有限公司自２０１１年 获得上海市“二星级诚信创建企业”称号后，２０１２年 目前风电装机对于能源的贡献依然是太阳能的 荣获上海市“三星级诚信创建企业”称号。三年“诚 信”三级跳，不仅肯定了上海电机厂有限公司完善 两倍以上，风电装机的占比为５％，而太阳能占比为 ２％。此外根据彭博社预测未来几年太阳能技术将 会得到进一步发展的，在２０３０年的时候太阳能在全 企业管理，巩固树立企业诚信理念和创建企业品牌， 更将鞭策鼓励公司的未来发展。 ２０１３０４０６ ——球能源中的占比将达到１７％。 ２０１ ３０４０７ ４４——
