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[学位]

变频电机成型绕组匝间绝缘缺陷的检测方法及其应用研究

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Author:

张天龙 (张天龙.)

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学位论文库

Abstract:

变频电机绕组绝缘系统长期工作在陡上升沿重复脉冲电压下,匝间绝缘一旦存在缺陷往往导致绝缘过早失效,而现有的常规检测手段很难及早发现和诊断。脉冲电压在电机绕组中分布不均匀,且调研发现匝间短路故障并非仅出现在靠近绕组首端的线圈,反映了传统匝间耐压试验的固有局限性。本文以300kW/2kV变频牵引电机定子绕组为对象,围绕电机绕组匝间绝缘缺陷的检测、识别及定位等问题,进行了匝间脉冲试验电压的激励方法、适宜应用在绕组端部的匝间局部放电传感器的设计、匝间缺陷特征提取和诊断方法和匝间绝缘老化状态评估等研究。
在绕组接线端子上进行的常规匝间绝缘检验,在受限的冲击电压幅值下,绕组中间线圈不能获得足够的匝间试验电压。针对这一问题,本文研制了一种带有可移动外部冲击电流辅助励磁模块的脉冲感应装置,可实现在电机绕组任意待测线圈上感应产生匝间缺陷检测所需的脉冲试验电压。结合试验和PSPICE仿真研究,获得了线圈匝间感应电压波形参数与试验系统电路参数间的关系,并借由一种三阶等效电路模型求解算法,开发了感应脉冲电压试验方案的计算机辅助设计软件。提出了脉冲感应方法有效性的四个评价参量以及其合理的参数范围。试验表明,采用异极性相邻双励磁模块串联感应是一种简单有效的匝间脉冲激励方式。
匝间绝缘缺陷在脉冲电压下的响应信号在绕组呈现高频严重衰减和局域传输特性,只有采取近场测量的方式,才能相对完整地被检测到。为了实现在感应脉冲电压下电机绕组匝间绝缘局部放电的检测和定位,研制了一种非介入式测量的高频微电流传感器,并通过试验研究了不同尺寸参数其对试制传感器传变特性的影响。采用铁基纳米晶带材叠压制成磁芯,轻薄柔韧,高频性能优异,可骑跨安置于被测线圈端部直线部分实现近场测量。通过理论分析和有限元电磁场仿真研究了在1~100MHz频带内传感器传变特性的基本规律:幅频特性呈现出伴有凸起的偏态钟形曲线,增益峰值出现在55MHz附近,可达10000V/A;相频特性总体上呈现为瀑布形曲线。
制备了脉冲起始放电电压200~1000V的多种气隙型缺陷以及等效短路电阻0.1~700Ω的电导型缺陷来模拟变频电机绕组匝间不同程度的实际缺陷,验证了感应脉冲电压下匝间绝缘的近场测量技术的有效性。在试验数据中总结提取不同类型和严重程度匝间缺陷响应信号的时-频特征,即可实现对其的诊断。研究表明,小波能量分布和小波包奇异值特征可以分别有效识别电导型、气隙型缺陷是否存在;匝间局部放电脉冲的幅度和时延一般为伽马分布,其统计特征可深入呈现缺陷的细节信息,通过K-S检验法可实现气隙型匝间缺陷严重程度的诊断。
匝间缺陷检测的一个重要目的就是判断在役变频电机匝间绝缘的状态是否健康,以便规避潜在故障风险、合理安排运维计划。为此建立了电-热联合老化试验系统,根据变频牵引电机的实际应力情况分别制定了基于绞线对和模卡线圈两类试样的脉冲电-热联合老化方案。试验结果揭示了匝间气隙绝缘缺陷伴随局部放电不断发展,形成局部碳化后转化为电导型缺陷,最终导致匝间短路的基本规律。转变临界点的标志是500V匝间感应脉冲电压下传感器最大响应脉冲幅值达到50V。通过感应脉冲电压下测得的匝间缺陷信息可以作为匝间绝缘老化状态评估的有效参量反映试样的老化进程,实现在役变频电机匝间绝缘状态的评估。
本文研究成果有助于在生产或检修中检测匝间绝缘缺陷,对提高变频电机绝缘系统的制造水平和运行安全可靠性具有重要意义。

Keyword:

变频电机 电-热老化 局部放电传感器 缺陷诊断 匝间绝缘

Author Community:

  • [ 1 ] 西安交通大学电气工程学院

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Basic Info :

Degree: 博士

Mentor: 刘学忠

Year: 2018

Language: Chinese

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30 Days PV: 14

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