CN108646152A - 一种极化/去极化电流法检测评估定子线棒绝缘老化状态的方法 - Google Patents

一种极化/去极化电流法检测评估定子线棒绝缘老化状态的方法 Download PDF

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Abstract

一种极化/去极化电流法检测评估定子线棒绝缘老化状态的方法，本发明涉及极化/去极化电流法检测评估定子线棒绝缘老化状态的方法。本发明的目的是为了解决现有发电机定子线圈绝缘的检测方法采用交流高压时，会对绝缘造成累积性损伤；采用工频或直流电压时，获取的绝缘信息单一，且易受现场干扰，测试结果分散性大，难以准确评估发电机的绝缘状态的问题。具体过程为：一、利用阻燃板做综合老化封闭室；二、制作模拟定子铁心，将参照线棒或试验线棒放入模拟定子铁心内；三、在综合老化封闭室内，将定子铁心放在振动平台上；四、预测线棒使用寿命；五、得到试验线棒的剩余使用寿命。本发明用于发电机绝缘老化诊断领域。

Description

一种极化/去极化电流法检测评估定子线棒绝缘老化状态的 方法
技术领域
本发明涉及发电机绝缘老化诊断领域，尤其是涉及极化/去极化电流法(PDC)检测评估定子线棒绝缘老化状态的方法。
背景技术
发电机是发电厂最重要的电气设备之一，其运行状态直接决定了电网的安全稳定运行。发电机定子线棒长期遭受热、电、机械和环境等多因子的联合作用而出现绝缘老化降解。研究表明，定子线棒的绝缘状态直接决定了发电机的运行状态，因此，准确评估定子线棒的绝缘状态，对于制订合理的检修计划，提高发电机的运行可靠性具有重要意义。
击穿电压是衡量电力设备绝缘性能优劣唯一可靠的标准，但由于击穿电压是破坏性参量，不能直接用来衡量运行中的设备绝缘状态，但是近年来人们一直在寻找检测大型发电机定子线棒绝缘(由环氧/粉云母/玻璃丝布构成的复合材料，简称线棒绝缘)老化状态的方法。目前，发电机定子线棒绝缘的检测方法主要有绝缘电阻、介质损耗、局部放电等常规测试方法。这些方法存在以下缺点：试验采用交流高压，会对绝缘造成累积性损伤；试验采用工频或直流电压，获取的绝缘信息单一，且易受现场干扰，测试结果分散性大，难以准确评估发电机的绝缘状态。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有发电机定子线棒绝缘的检测方法采用交流高压时，会对绝缘造成累积性损伤；采用工频或直流电压时，获取的绝缘信息单一，且易受现场干扰，测试结果分散性大，难以准确评估发电机的绝缘状态的问题，而提出一种极化/去极化电流法(PDC)检测评估定子线棒绝缘老化状态的方法。
一种极化/去极化电流法检测评估定子线棒绝缘老化状态的方法具体过程为：
步骤一、利用阻燃板做综合老化封闭室；
步骤二、在综合老化封闭室内，按照定子线棒图纸中规定的尺寸制作模拟定子铁心，将参照线棒或试验线棒放入模拟定子铁心内；
步骤三、在综合老化封闭室内，制作水平方向振动平台，将放入参照线棒或试验线棒的模拟定子铁心放在振动平台上，振动平台以倍频的频率水平方向振动，振幅为0.28mm；
步骤四、对参照线棒分别施加1.6UN、2.0UN、2.5UN、3.0UN电压进行综合老化试验，直至每个电压下参照线棒绝缘击穿为止，利用电压与电老化时间的关系作图，预测线棒使用寿命Tend，单位为h；
所述UN为线棒的额定电压，单位kV；
步骤五、对试验线棒施加1.6UN电压进行综合老化试验，分别在0h、500h、1000h、1500h、2000h、2500h老化时间进行试验线棒PDC检测试验、击穿试验，得到不同老化时间的极化/去极化电流和剩余击穿电压值UBD；根据不同老化时间试验线棒的剩余击穿电压计算试验线棒实际使用时间t′，由预测线棒使用寿命Tend和试验线棒实际使用时间t′的差值得到试验线棒的剩余使用寿命。
本发明的有益效果为：
本发明采用极化/去极化电流法(PDC)这种无损检测发电机定子线棒绝缘老化状态评估方法，考察定子线棒承受电老化、机械老化、热老化等综合老化因素影响，获得的绝缘老化信息丰富，具有检测准确、实用性强的特点。尤其是将极化/去极化电流法的特征参数与线棒剩余击穿电压关联起来，根据PDC测试结果就能得到线棒剩余击穿电压值，不会对绝缘造成累积性损伤，不易受现场干扰，能准确评估发电机的绝缘状态，进一步提高了评估定子线棒剩余使用寿命的准确性。将对绝缘累积性损伤降低为零，延长机组使用寿命。
附图说明
图1为本发明综合老化试验平台侧面剖视图；
图2为本发明综合老化试验平台侧视图。
具体实施方式
本发明一种极化/去极化电流法(PDC)检测评估定子线棒绝缘老化状态的方法基本原理是：在绝缘电介质的两端施加直流电压，电介质中的电荷、偶极子等受到电场的作用产生电位移，此时流过绝缘电介质的电流称为极化电流，撤去外施直流电压后，表面电荷立即释放，内部产生去极化过程，此时流过绝缘电介质的电流称为去极化电流。当绝缘呈现的老化状态不同时，极化电流与去极化电流随时间的变化会呈现不同的趋势，该趋势可以用于表征发电机定子线棒绝缘的老化状态，从而为发电机的检修提供指导。
具体实施方式一：结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式的一种极化/去极化电流法(PDC)检测评估定子线棒绝缘老化状态的方法具体过程为：
步骤一、利用阻燃板做综合老化封闭室，以保持定子线棒电老化试验时产生的热量；
步骤二、在综合老化封闭室内，按照定子线棒图纸中规定的尺寸制作模拟定子铁心，将参照线棒或试验线棒放入模拟定子铁心内，进行综合老化试验；
步骤三、在综合老化封闭室内，制作水平方向振动平台，将放入参照线棒或试验线棒的模拟定子铁心放在振动平台上，振动平台以倍频的频率(工频的二倍)水平方向振动，振幅为0.28mm；
步骤四、对参照线棒分别施加1.6UN、2.0UN、2.5UN、3.0UN电压进行综合老化试验，直至每个电压下参照线棒绝缘击穿为止，利用电压与电老化时间的关系作图，(每个电压点对应一个老化时间(绝缘击穿)都在一个图内，电压是Y轴，老化时间是X轴，构成一个曲线，利用origin软件进行拟合计算二者的关系，然后可以得到线棒的使用寿命)预测线棒使用寿命Tend(单位，h)；目的用于预测线棒的使用寿命；
所述UN为线棒的额定电压，单位kV；
步骤五、对试验线棒施加1.6UN电压进行综合老化试验，分别在0h、500h、1000h、1500h、2000h、2500h老化时间进行试验线棒PDC检测试验、击穿试验，得到不同老化时间的极化/去极化电流和剩余击穿电压值UBD；根据不同老化时间试验线棒的剩余击穿电压计算试验线棒实际使用时间t′，单位为h，由预测线棒使用寿命Tend和试验线棒实际使用时间t′的差值得到试验线棒的剩余使用寿命。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤五中对试验线棒施加1.6UN电压进行综合老化试验，分别在0h、500h、1000h、1500h、2000h、2500h老化时间进行试验线棒PDC检测试验、击穿试验，得到不同老化时间的极化/去极化电流和剩余击穿电压值UBD；根据不同老化时间试验线棒的剩余击穿电压计算试验线棒实际使用时间t′(单位，h)，由预测线棒使用寿命Tend和试验线棒实际使用时间t′的差值得到试验线棒的剩余使用寿命；具体过程为：
将试验线棒的极化电流ipol(t)和去极化电流idep(t)的差积分得到不同老化时间试验线棒的极化电荷Qpol(t)和去极化电荷Qdep(t)的差QCDM(t)，公式如下：
式中t为不同老化时间，取0h、500h、1000h、1500h、2000h和2500h，T为极化、去极化时间，均为10000s；
将不同老化时间试验线棒的极化和去极化电荷差QCDM(t)与不同老化时间试验线棒的剩余击穿电压UBD进行幂函数拟合，具体幂函数如下：
f(x)＝x a+b (2)
式中，f(x)为试验线棒的剩余击穿电压函数，x为不同老化时间试验线棒的极化和去极化电荷差QCDM(t)，a、b均为常数(PDC测试后根据拟合值得到的常数，不同电压等级的定子线棒，a、b值会有区别)；
根据公式(2)，由任一老化时间试验线棒的极化和去极化电荷差x计算出此老化时间下的试验线棒剩余击穿电压值f(x)；
根据式(3)由剩余击穿电压计算得出试验线棒实际使用时间t′，单位为h，
f(x)＝xc+d (3)
式中f(x)为试验线棒的剩余击穿电压函数，x为试验线棒实际使用时间t′，c、d均为常数(PDC测试后根据拟合值得到的常数，不同电压等级的定子线棒，c、d值会有区别)；
其中0h的击穿电压为起始击穿电压U0(未老化前测试的线棒击穿电压值)，500h、1000h、1500h、2000h和2500h老化时间的击穿电压为各自的剩余击穿电压UBD；
根据参照线棒计算得到的使用寿命Tend和试验线棒实际使用时间t′的差值得到试验线棒的剩余使用寿命。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤五中对试验线棒施加1.6UN电压进行综合老化试验，分别在0h、500h、1000h、1500h、2000h、2500h老化时间进行试验线棒PDC检测试验、击穿试验，得到不同老化时间的极化/去极化电流和剩余击穿电压值UBD；根据不同老化时间试验线棒的剩余击穿电压计算试验线棒实际使用时间t′(单位，h)，由预测线棒使用寿命Tend和试验线棒实际使用时间t′的差值得到试验线棒的剩余使用寿命；具体过程为：
将试验线棒的去极化电流idep(t)积分得到试验线棒的去极化电荷Qdep(t)，公式如下：
式中t为不同老化时间，取0h、500h、1000h、1500h、2000h或2500h，T为去极化时间，为10000s；
将不同老化时间试验线棒的去极化电荷Qdep(去极化时间为10000s)与不同老化时间试验线棒的剩余击穿电压UBD进行指数函数拟合，具体指数函数如下：
f(x′)＝x′a1+b1 (5)
式中，f(x′)为试验线棒的剩余击穿电压函数，x′为不同老化时间试验线棒的去极化电荷Qdep，a1、b1均为常数(PDC测试后根据拟合值得到的常数，不同电压等级的定子线棒，a1、b1值会有区别)；
根据公式(5)，由任一老化时间试验线棒的去极化电荷差Qdep(10000s)计算出剩余击穿电压值；
根据式(6)由剩余击穿电压计算得出试验线棒实际使用时间t′(单位，h)
f(x′)＝x′c1+d1 (6)
式中f(x′)为试验线棒的剩余击穿电压函数，x′为试验线棒实际使用时间t′，c1、d1均为常数(PDC测试后根据拟合值得到的常数，不同电压等级的定子线棒，c1、d1值会有区别)；
其中0h的击穿电压为起始击穿电压U0(未老化前测试的线棒击穿电压值)，500h、1000h、1500h、2000h或2500h老化时间的击穿电压为各自的剩余击穿电压UBD；
根据参照线棒计算得到的使用寿命Tend和试验线棒实际使用时间t′的差值得到试验线棒的剩余使用寿命。
其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤五中对试验线棒施加1.6UN电压进行综合老化试验，分别在0h、500h、1000h、1500h、2000h、2500h老化时间进行试验线棒PDC检测试验、击穿试验，得到不同老化时间的极化/去极化电流和剩余击穿电压值UBD；根据不同老化时间试验线棒的剩余击穿电压计算试验线棒实际使用时间t′(单位，h)，由预测线棒使用寿命Tend和试验线棒实际使用时间t′的差值得到试验线棒的剩余使用寿命；具体过程为：
将试验线棒的极化电流ipol(t)积分得到试验线棒的极化电荷Qpol(t)，公式如下：
式中t为不同老化时间，取0h、500h、1000h、1500h、2000h或2500h，T为极化时间，为10000s；
将不同老化时间试验线棒的极化电荷Qdep(极化时间为10000s)与不同老化时间试验线棒的剩余击穿电压UBD进行指数函数拟合，具体指数函数如下：
f(x″)＝x″a2+b2 (8)
式中，f(x″)为试验线棒的剩余击穿电压函数，x″为不同老化时间试验线棒的极化电荷Qdep，a2、b2均为常数(PDC测试后根据拟合值得到的常数，不同电压等级的定子线棒，a2、b2值会有区别)；
根据公式(8)，由任一老化时间试验线棒的极化电荷差Qdep(10000s)计算出剩余击穿电压值；
根据式(9)由剩余击穿电压计算得出试验线棒实际使用时间t′(单位，h)，
f(x″)＝x″c2+d2 (9)
式中f(x″)为试验线棒的剩余击穿电压函数，x″为试验线棒实际使用时间t′，c2、d2均为常数(PDC测试后根据拟合值得到的常数，不同电压等级的定子线棒，c2、d2值会有区别)；
其中0h的击穿电压为起始击穿电压U0(未老化前测试的线棒击穿电压值)，其余老化时间的击穿电压为各自的剩余击穿电压UBD；
根据参照线棒计算得到的使用寿命Tend和试验线棒实际使用时间t′的差值得到试验线棒的剩余使用寿命。
其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二、三、四不同的是：所述试验线棒PDC检测时接线为三电极结构。
本发明参照线棒和试验线棒的额定电压UN≥6.3kV。
本发明适用于大中小型水轮发电机、汽轮发电机、核电、燃气轮发电机、交流电机、直流电机的定子线棒。

Claims (5)

1.一种极化/去极化电流法检测评估定子线棒绝缘老化状态的方法，其特征在于：所述方法具体过程为：
步骤一、利用阻燃板做综合老化封闭室；
步骤二、在综合老化封闭室内，按照定子线棒图纸中规定的尺寸制作模拟定子铁心，将参照线棒或试验线棒放入模拟定子铁心内；
步骤三、在综合老化封闭室内，制作水平方向振动平台，将放入参照线棒或试验线棒的模拟定子铁心放在振动平台上，振动平台以倍频的频率水平方向振动，振幅为0.28mm；
步骤四、对参照线棒分别施加1.6UN、2.0UN、2.5UN、3.0UN电压进行综合老化试验，直至每个电压下参照线棒绝缘击穿为止，利用电压与电老化时间的关系作图，预测线棒使用寿命Tend，单位为h；
所述UN为线棒的额定电压，单位kV；
步骤五、对试验线棒施加1.6UN电压进行综合老化试验，分别在0h、500h、1000h、1500h、2000h、2500h老化时间进行试验线棒PDC检测试验、击穿试验，得到不同老化时间的极化/去极化电流和剩余击穿电压值UBD；根据不同老化时间试验线棒的剩余击穿电压计算试验线棒实际使用时间t′，由预测线棒使用寿命Tend和试验线棒实际使用时间t′的差值得到试验线棒的剩余使用寿命。
2.根据权利要求1所述一种极化/去极化电流法检测评估定子线棒绝缘老化状态的方法，其特征在于：所述步骤五中对试验线棒施加1.6UN电压进行综合老化试验，分别在0h、500h、1000h、1500h、2000h、2500h老化时间进行试验线棒PDC检测试验、击穿试验，得到不同老化时间的极化/去极化电流和剩余击穿电压值UBD；根据不同老化时间试验线棒的剩余击穿电压计算试验线棒实际使用时间t′，由预测线棒使用寿命Tend和试验线棒实际使用时间t′的差值得到试验线棒的剩余使用寿命；具体过程为：
将试验线棒的极化电流ipol(t)和去极化电流idep(t)的差积分得到不同老化时间试验线棒的极化电荷Qpol(t)和去极化电荷Qdep(t)的差QCDM(t)，公式如下：
QCDM(t)＝Qpol(t)-Qdep(t)＝∫1 T[ipol(t)-idep(t)]dt (1)
式中t为不同老化时间，取0h、500h、1000h、1500h、2000h和2500h，T为极化、去极化时间，均为10000s；
将不同老化时间试验线棒的极化和去极化电荷差QCDM(t)与不同老化时间试验线棒的剩余击穿电压UBD进行幂函数拟合，具体幂函数如下：
f(x)＝xa+b (2)
式中，f(x)为试验线棒的剩余击穿电压函数，x为不同老化时间试验线棒的极化和去极化电荷差QCDM(t)，a、b均为常数；
根据公式(2)，由任一老化时间试验线棒的极化和去极化电荷差x计算出此老化时间下的试验线棒剩余击穿电压值f(x)；
根据式(3)由剩余击穿电压计算得出试验线棒实际使用时间t′，
f(x)＝xc+d (3)
式中f(x)为试验线棒的剩余击穿电压函数，x为试验线棒实际使用时间t′，单位为h，c、d均为常数；
其中0h的击穿电压为起始击穿电压U0，500h、1000h、1500h、2000h和2500h老化时间的击穿电压为各自的剩余击穿电压UBD；
根据参照线棒计算得到的使用寿命Tend和试验线棒实际使用时间t′的差值得到试验线棒的剩余使用寿命。
3.根据权利要求1所述一种极化/去极化电流法检测评估定子线棒绝缘老化状态的方法，其特征在于：所述步骤五中对试验线棒施加1.6UN电压进行综合老化试验，分别在0h、500h、1000h、1500h、2000h、2500h老化时间进行试验线棒PDC检测试验、击穿试验，得到不同老化时间的极化/去极化电流和剩余击穿电压值UBD；根据不同老化时间试验线棒的剩余击穿电压计算试验线棒实际使用时间t′，由预测线棒使用寿命Tend和试验线棒实际使用时间t′的差值得到试验线棒的剩余使用寿命；具体过程为：
将试验线棒的去极化电流idep(t)积分得到试验线棒的去极化电荷Qdep(t)，公式如下：
Qdep(t)＝∫1 Tidep(t)dt (4)
式中t为不同老化时间，取0h、500h、1000h、1500h、2000h或2500h，T为去极化时间，为10000s；
将不同老化时间试验线棒的去极化电荷Qdep与不同老化时间试验线棒的剩余击穿电压UBD进行指数函数拟合，具体指数函数如下：
f(x′)＝x′a1+b1 (5)
式中，f(x′)为试验线棒的剩余击穿电压函数，x′为不同老化时间试验线棒的去极化电荷Qdep，a1、b1均为常数；
根据公式(5)，由任一老化时间试验线棒的去极化电荷差Qdep计算出剩余击穿电压值；
根据式(6)由剩余击穿电压计算得出试验线棒实际使用时间t′，
f(x′)＝x′c1+d1 (6)
式中f(x′)为试验线棒的剩余击穿电压函数，x′为试验线棒实际使用时间t′，单位为h，c1、d1均为常数；
其中0h的击穿电压为起始击穿电压U0，500h、1000h、1500h、2000h或2500h老化时间的击穿电压为各自的剩余击穿电压UBD；
根据参照线棒计算得到的使用寿命Tend和试验线棒实际使用时间t′的差值得到试验线棒的剩余使用寿命。
4.根据权利要求1所述一种极化/去极化电流法检测评估定子线棒绝缘老化状态的方法，其特征在于：所述步骤五中对试验线棒施加1.6UN电压进行综合老化试验，分别在0h、500h、1000h、1500h、2000h、2500h老化时间进行试验线棒PDC检测试验、击穿试验，得到不同老化时间的极化/去极化电流和剩余击穿电压值UBD；根据不同老化时间试验线棒的剩余击穿电压计算试验线棒实际使用时间t′，由预测线棒使用寿命Tend和试验线棒实际使用时间t′的差值得到试验线棒的剩余使用寿命；具体过程为：
将试验线棒的极化电流ipol(t)积分得到试验线棒的极化电荷Qpol(t)，公式如下：
Qpol(t)＝∫1 Tipol(t)dt (7)
式中t为不同老化时间，取0h、500h、1000h、1500h、2000h或2500h，T为极化时间，为10000s；
将不同老化时间试验线棒的极化电荷Qdep与不同老化时间试验线棒的剩余击穿电压UBD进行指数函数拟合，具体指数函数如下：
f(x″)＝x″a2+b2 (8)
式中，f(x″)为试验线棒的剩余击穿电压函数，x″为不同老化时间试验线棒的极化电荷Qdep，a2、b2均为常数；
根据公式(8)，由任一老化时间试验线棒的极化电荷差Qdep计算出剩余击穿电压值；
根据式(9)由剩余击穿电压计算得出试验线棒实际使用时间t′，
f(x″)＝x″c2+d2 (9)
式中f(x″)为试验线棒的剩余击穿电压函数，x″为试验线棒实际使用时间t′，单位为h，c2、d2均为常数；
其中0h的击穿电压为起始击穿电压U0，其余老化时间的击穿电压为各自的剩余击穿电压UBD；
根据参照线棒计算得到的使用寿命Tend和试验线棒实际使用时间t′的差值得到试验线棒的剩余使用寿命。
5.根据权利要求2、3或4所述一种极化/去极化电流法检测评估定子线棒绝缘老化状态的方法，其特征在于：所述试验线棒PDC检测时接线为三电极结构。
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