基于电介质响应法的发电机环氧云母绝缘吸湿特性研究

摘要

发电机作为电力系统中能源转换的主要电力设备，其定子绝缘系统是发电机的关键部分之一，定子绝缘好坏将直接影响发电机寿命。介电响应法近年来运用于绝缘检测为发电机绝缘状态评估提供了新思路，水分的存在将严重影响发电机定子绝缘检测结果，同时水分又是加速发电机定子绝缘老化的重要因素之一。因此，研究发电机定子绝缘吸湿特性对发电机安全运行和定子绝缘状态准确诊断具有重要意义。
　　本文从微观方面阐释电介质理论，通过数学公式推导出频域介电谱中介质损耗角正切值、复介电常数实部及虚部的表达式。在弛豫模型上引入单弛豫Debye模型和多弛豫Cole-Cole模型，并建立带直流电导的多弛豫Cole-Cole模型以对电介质频域介电谱测试结果进行弛豫过程分析。结果表明:带直流电导的多弛豫Cole-Cole模型比单弛豫Debye模型更能符合多体系的复合电介质介电弛豫过程。
　　通过搭建发电机定子线棒老化平台对发电机定子线棒进行加速老化，通过湿度箱控制定子线棒试样所处环境湿度(M)并搭建频域介电响应(FDS)测试试验平台和传统电阻、电容测试平台对不同湿度下的定子线棒进行测试。根据传统绝缘电阻、电容测试结果得到传统时间常数τ0，并建立带直流电导的双弛豫Cole-Cole模型对发电机定子线棒FDS测试进行拟合分析。结果表明:通过不同温度、湿度状态测得的τ0得到干燥边界，利用干燥边界可判断定子线棒绝缘是否受潮;双弛豫Cole-Cole模型对定子线棒FDS测试结果具有较好的拟合结果，且随着M升高，在10-3～103Hz频率内，界面极化极化强度Δε1逐渐增大，而偶极子转向极化强度Δε2逐渐减小，界面极化占主导作用且其占主导作用的频宽Δf随M升高逐渐变宽。界面极化弛豫时间常数τ1与M呈线性指数关系，可通过τ1与M的关系式消除环境湿度对定子线棒绝缘频域介电谱的影响。
　　同时，对线棒试样进行浸水试验得到不同水分含量的线棒试样，并进行FDS测试;制作不同厚度的发电机环氧云母绝缘材料试样，并在不同温度下对环氧云母绝缘材料试样进行吸湿试验。利用Fickian定律对环氧云母绝缘试样吸湿过程进行拟合分析，结果表明:环氧云母绝缘吸湿过程主要由环氧树脂吸湿和复合绝缘材料界面吸湿两个过程叠加，环氧云母绝缘初始阶段吸湿主要是环氧树脂吸湿，界面吸湿饱和率高于环氧树脂饱和吸湿率。当环氧云母材料充分吸湿后，环氧云母绝缘吸湿后水分主要存在于材料界面处，使得在FDS测试过程中高水分含量的定子线棒绝缘界面极化强度增大，从而在ε

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的背景及意义

1．2 课题的研究现状

1．2．1 发电机定子主绝缘发展过程

1．2．2 发电机定子主绝缘老化形式

1．2．3 发电机定子绝缘传统评估技术

1．2．4 电介质响应法评估发电机定子绝缘状态的研究现状

1．3 本文主要研究内容

第2章 发电机环氧云母绝缘介电响应理论

2．1 频域介电响应理论基础

2．1．1 电介质极化微观过程

2．1．2 电介质频域响应原理

2．2 带直流电导的Cole-Cole弛豫模型建立

2．3 频域介电谱测试原理及装置

2．4 本章小结

第3章 环境湿度对发电机绝缘系统频域介电谱的影响

3．1 试验线棒试样处理方案

3．1．1 定子线棒试样

3．1．2 定子线棒试样试验预处理

3．1．3 定子线棒试样吸湿处理

3．1．4 不同湿度下线棒试样测试试验

3．2 不同湿度下线棒试样传统测试结果及分析

3．3 不同湿度下线棒试样FDS测试结果及分析

3．3．1 不同湿度下线棒试样FDS测试结果

3．3．2 FDS测试结果Cole-Cole模型建模分析

3．4 环境湿度M对特征参数的影响

3．5 本章小结

第4章 发电机环氧云母绝缘吸湿分析

4．1 发电机定子线棒浸水试验及频域介电谱测试

4．2 环氧云母绝缘试样及试验方案

4．2．1 环氧云母绝缘试样制作

4．2．2 环氧云母绝缘试样吸湿试验

4．3 环氧云母绝缘吸湿过程及分析

4．3．1 温度对环氧云母绝缘吸湿过程的影响

4．3．2 试样厚度对环氧云母绝缘吸湿过程的影响

4．4 水分对发电机环氧云母绝缘FDS测试的影响

4．5 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果

参与的科研项目