CN1162953C - 电机定子线棒多因子老化装置及老化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对大型电机定子线棒多因子老化装置及老化方法，可用于研究定子线棒绝缘的老化规律、寿命试验及质量分析。本发明的装置可对老化的电机线棒同时施加电、热、机械和热机老化应力，以达到既加速试样老化，又不破坏试样老化机理，真实模拟电机线棒试样的老化过程。电老化因子由升压变压器提供，热老化因子由加热板提供，温控仪控制热老化温度；机械振动应力由激振器提供，可调节输出激振力和振幅以满足不同的老化要求，调节信号发生器的输出波形可改变激振力的方式。通过加热和冷却循环模拟电机运行中产生的热机械应力，可定时冷热循环，也可在某个温度区间冷热循环。本装置四种加速老化应力可任意组合，可满足不同线棒试样的老化要求。

Description

电机定子线棒多因子老化装置及老化方法

一、所属技术领域

本发明属于电机技术领域，涉及一种加速老化试验的方法及装置，特别涉及一种电机定子线棒多因子老化装置及其老化方法。

二、背景技术

对电机线棒进行多因子加速老化是研究定子线棒绝缘老化规律和评估绝缘剩余寿命的重要方法之一，也是新产品开发时检验产品质量的程序之一。一般电机线棒的设计寿命是20年，所以为了研究定子线棒绝缘的老化规律，必须对电机线棒进行加速老化试验。目前国内外初步开展了定子线棒绝缘加速老化的实验研究工作，为定子绝缘的老化状态诊断和寿命评估提供理论指导和实验数据。但国内外目前普遍采用的老化方式都是单因子或者双因子顺序加速老化，由于在老化箱中进行热老化，很难同时施加几种老化应力进行老化，而且受老化箱尺寸的限制无法老化大尺寸的线棒试样。现有的老化方法没有考虑各种老化因子之间的协同作用，不能模拟定子绝缘真实的老化过程，而且需要较长的老化时间，耗费巨大的人力和财力。

由于大型电机在运行的过程中要同时受到电、热、机械和热机应力的联合作用，所以一般都通过加强这四种老化因子来加速定子线棒绝缘的老化。由于同时施加多种老化因子对老化设备的要求较高，而且要求四种老化因子互不影响，所以国内外还没有开展这方面的研究工作。目前国内外普遍采用的老化方法是单因子加速老化或者是双因子顺序老化。单因子老化就是只施加一种老化应力进行老化，而不考虑其它的老化应力；双因子顺序老化就是先施加一种老化因子老化，接着施加另外一种老化因子老化，反复循环，直到老化结束。无论是单因子老化还是双因子顺序老化，由于没有考虑多种老化因子之间的协同作用，所以与电机实际运行时的老化过程存在一定的差异，这种协同破坏作用要比单因子的破坏作用剧烈的多，是电机线棒定子绝缘老化的主要原因。所以目前的老化方法和装置都不能模拟电机线棒绝缘真实的老化过程，不能得到定子绝缘真实的老化规律和结论。

三、发明的内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种可以真实有效的模拟电机定子线棒的老化过程，加速线棒试样的老化，研究电机线棒的老化规律，预测定子绝缘的剩余寿命，检验电机线棒是否满足相关标准要求的电机定子线棒多因子老化装置及其老化方法。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是，该电机定子线棒多因子老化装置包括：

一多因子老化台底座15、一为待老化试样2提供电老化所需的高电压的升压变压器1、一温度控制仪3、一加热板4、一电涡流传感器5、一位移测量仪6、一传感器探头7、一加速度传感器8、一电荷放大器9、一示波器10、一电磁激振器11、一功率放大器12、一信号发生器13、一加热电源控制柜14、试样固定和支撑架16、加热板固定支架17、激振器升降架18和热电偶19构成；

多因子老化台底座15的台面是水泥浇注的钢筋结构不锈钢板，其上设置有试样固定和支撑架16和加热板固定支架17，并可以在底板15的导槽上滑动调节，以适应不同的试样长度和宽度；待老化试样2固定在试样固定和支撑架16上，并由传感器探头7、电涡流传感器5、位移测量仪6监控其振动参数；加热板4固定在加热板固定支架17上，上下左右的加热板4构成一个加热腔体，加热板4内部的加热管作为加热源，由电源控制柜14供电；加热板4上设置有热电偶19，热电偶19通过温度控制仪3也和加热电源控制柜14相连接；

多因子老化台底座15上还设置有电磁激振器11，电磁激振器11由激振器升降架18支撑，电磁激振器11依次连接有功率放大器12和信号发生器13，电磁激振器11还与加速度传感器8、电荷放大器9、示波器10连通；

使用时升压变压器1连接在待老化试样2上施加电老化所需电压。

所述升压变压器1施加电压范围0～100kV；并带有自动保护装置和计时装置，可以在施加电压时自动记录老化时间，断电时自动停止记录老化时间；当试样在老化过程中发生表面滑闪或击穿时，变压器自动跳闸，并自动停止记录老化时间。

一种实现电机定子线棒多因子老化装置的老化方法，按以下方式进行：

1)在进行多因子老化时，将升压变压器的输出电压调节到老化所需电压，高压线接在线棒的股线上作为老化时的高压电极，在线棒绝缘表面用高温硅脂粘贴铝箔电极作为地电极，线棒的端部涂覆防晕层防止电压升高时发生端部滑闪，保证线棒可以进行长期老化；线棒表面涂覆低电阻漆，以降低线棒表面和铝箔的接触电阻，保证长期老化过程中线棒表面与铝箔之间无放电以及准确地监测老化过程中试样的绝缘参数。

2)通过均匀分布在加热板里的加热管对试样进行加热，电源控制柜提供加热电源，可以根据老化要求，增加或减少加热管的数量，系统的最高老化温度300℃：

3)加热板构成的加热腔体包覆一层保温材料用来保持腔体内的热老化温度；

4)采用热电偶用来测量加热腔体内的温度，温控仪用来用来控制加热腔内的温度，当温度达到设定的温度时，断开电源控制柜内的加热继电器，停止加热；当温度低于设定的温度时，温控仪控制加热继电器闭合，开始加热，这样可以保持加热腔内的温度不变；

5)机械应力通过激振器产生，通过调节信号发生器的输出方式和功率放大器的增益，可以控制激振力的大小和振动加速度的大小，采用位移测量仪监视振动位移的大小，示波器用来监视振动加速度的大小；激振力的变化范围为0～500N，振幅800～5000μm，可以根据不同的老化试样选择不同的激振力和振幅大小；

6)通过改变信号发生器的输出信号方式，可以改变输出激振力的方式，如正弦波、方波、三角波等；

7)通过对线棒试样加热和冷却来模拟冷热循环产生的热机应力，即通过定时闭合和切断加热电源来控制加热和冷却速度，每个周期完成一次加热和冷却循环，可以根据需要设定冷热循环的周期，也可以在某个温度区间进行冷热循环；

8)在进行多因子老化时，电、热和机械应力同时施加在试样线棒上，同时定时加热和冷却模拟热机械应力，这样实现四因子同时老化。

本发明可以进行电机线棒的电、热、机械振动和热机应力的多因子加速老化。为研究定子绝缘的老化机理和规律，以及进行新产品的性能试验提供了很好的老化方法。根据多因子老化要求，可以进行四因子同时老化，或任意因子组合老化试验。

四、附图说明

图1是本发明的多因子老化系统示意图，其中(a)是主视图，(b)是俯视图。也是本发明的一个实施例。

图中的符号分别表示：1升压变压器；2.待老化试样；3.温度控制仪；4.电加热板；5.CYWD0500电涡流传感器；6.YE5937位移测量仪；7.传感器探头，；8.CLYD331加速度传感器；9.YE5852电荷放大器；10.示波器；11.JZK50电磁激振器；12.功率放大器；13.信号发生器；14.加热电源控制柜；15.多因子老化台底座；16.试样固定和支撑架；17.加热板固定支架；18.激振器升降架；19.热电偶。

五、具体实施方式

以下结合附图和发明人依上述技术方案所完成的具体实例对本发明作进一步的描述。

参见附图，本发明是一种大型发电机或电动机线棒定子绝缘的多因子老化试验装置，主要包括振动台面15、升压变压器1、加热板4、加热电源控制柜14、热电偶19、温度控制仪3，激振器11，功率放大器12、信号发生器13、加速度传感器8、位移传感器7、线棒试样夹具16以及加热板支架17。本装置可以进行各种线棒的多因子老化，并实现自动保护和计时。四种老化参数根据需要调节，以满足不同线棒的老化要求。系统示意图如图1所示。

振动台面15是水泥浇注的钢筋结构不锈钢板，规格为长×宽×高＝1.5m×0.6m×1.2m。支架16和17可以在底板15的导槽上滑动调节，以适应不同的试样长度和宽度，本装置可以老化试样的最大长度为1500mm，厚度为50mm。加热板4固定在支架17上，上下左右的加热板4构成一个加热腔体，加热板内部的加热管作为加热源，由电源控制柜14供电。

升压变压器1用来提供电老化所需的高电压，施加电压范围0～100kV。变压器带有自动保护装置和计时装置，可以在加电压时自动记录老化时间，断电时自动停止记录老化时间。当试样在老化过程中发生表面滑闪或击穿时，变压器自动跳闸，并自动停止记录老化时间。

实现上述装置的方法是，在进行多因子老化时，将升压变压器1的输出电压调节到老化所需电压，高压线接在线棒的股线2上作为老化时的高压电极，在线棒绝缘表面用高温硅脂粘贴铝箔电极作为地电极，线棒的端部涂覆防晕层防止电压升高时发生端部滑闪，保证线棒可以进行长期老化。线棒表面涂覆低电阻漆，以降低线棒表面和铝箔的接触电阻，保证长期老化过程中线棒表面与铝箔之间无放电以及准确地监测老化过程中试样的绝缘参数。

通过均匀分布在加热板里的加热管对试样进行加热，加热板为铝制板。电源控制柜14提供加热电源，可以根据老化要求，增加或减少加热管的数量，系统的最高老化温度300℃。加热板构成的加热腔体包覆一层保温材料用来保持腔体内的热老化温度。热电偶19用来测量加热腔体内的温度，温控仪3用来用来控制加热腔内的温度，当温度达到设定的温度时，断开电源控制柜内的加热继电器，停止加热；当温度低于设定的温度时，温控仪合上加热继电器，开始加热，这样可以保持加热腔内的温度不变。机械应力通过激振器11产生，通过调节信号发生器13的输出方式和功率放大器12的增益，可以控制激振力的大小和振动加速度的大小，6用来监视振动位移的大小，10用来监视振动加速度的大小。激振力的变化范围为0～500N，振幅800～5000μm，可以根据不同的老化试样选择不同的激振力和振幅大小。通过改变信号发生器13的输出信号方式，可以改变输出激振力的方式(正弦、方波、三角波等)。另外，冷热循环产生的热机应力也是加速定子绝缘老化的重要原因(在电机起动、停止或负荷发生变化时，由于导线与绝缘层的线性膨胀系数不同，在交界部位产生剪切力，导线与绝缘层剥离，或绝缘层中的空隙扩大；另外，线圈本身的热伸展使线圈端部产生弯曲力矩，槽的出口部及线圈弯曲部的绝缘层产生低频弯曲疲劳损伤，从而破坏绝缘)。本系统可以通过对线棒试样加热和冷却来模拟冷热循环产生的热机应力。通过定时合上和切断加热电源来控制加热和冷却速度，每个周期完成一次加热和冷却循环(可以根据需要设定冷热循环的周期)。在进行多因子老化时，电、热和机械应力同时施加在线棒试样2上，同时定时加热和冷却模拟热机械应力，这样实现四因子同时老化。

本发明可以对老化的电机线棒同时施加电、热、机械和冷热循环老化应力，以达到既加速试样老化，又不破坏试样老化机理的目的，真实的模拟电机线棒试样的老化过程。采用本发明，已经进行了780kW/6kV线棒和300MW/18kV两批真机线棒的多因子老化试验，也进行了13mm×51mm×1400mm(绝缘厚度3.5mm)的模型线棒的多因子老化试验。结果表明，系统满足这三种试样的多因子老化要求，老化效果明显。

Claims (3)

1.一种电机定子线棒多因子老化装置，包括：一多因子老化台底座【15】、一温度控制仪【3】、一加热板【4】、一电涡流传感器【5】、一位移测量仪【6】、一传感器探头【7】、一加速度传感器【8】、一电荷放大器【9】、一示波器【10】、一电磁激振器【11】、一功率放大器【12】、一信号发生器【13】、试样固定和支撑架【16】、加热板固定支架【17】、激振器升降架【18】和热电偶【19】构成；其特征在于，该电机定子线棒多因子老化装置还包括一为待老化试样【2】提供电老化所需的高电压的升压变压器【1】和一加热电源控制柜【14】；

多因子老化台底座【15】的台面是水泥浇注的钢筋结构不锈钢板，其上设置有试样固定和支撑架【16】和加热板固定支架【17】，并可以在底板【15】的导槽上滑动调节，以适应不同的试样长度和宽度；待老化试样【2】固定在试样固定和支撑架【16】上，并由传感器探头【7】、、电涡流传感器【5】、位移测量仪【6】监控其振动参数；加热板【4】固定在加热板固定支架【17】上，上下左右的加热板【4】构成一个加热腔体，加热板【4】内部的加热管作为加热源，由电源控制柜【14】供电；加热板【4】上设置有热电偶【19】，热电偶【19】通过温度控制仪【3】也和加热电源控制柜【14】相连接；

多因子老化台底座【15】上还设置有电磁激振器【11】，电磁激振器【11】由激振器升降架【18】支撑，电磁激振器【11】依次连接有功率放大器【12】和信号发生器【13】，电磁激振器【11】还与加速度传感器【8】、电荷放大器【9】、示波器【10】连通；

使用时将升压变压器【1】连接在待老化试样【2】上，施加电老化所需电压。

2.如权利要求1所述的电机定子线棒多因子老化装置，其特征在于，所述升压变压器【1】施加电压范围0～100kV；并带有自动保护装置和计时装置，可以在加电压时自动记录老化时间，断电时自动停止记录老化时间；当试样在老化过程中发生表面滑闪或击穿时，变压器自动跳闸，并自动停止记录老化时间。

3.一种实现权利要求1的电机定子线棒多因子老化方法，其特征在于，按以下方式进行：

1)在进行多因子老化时，将升压变压器的输出电压调节到老化所需电压，高压线接在线棒的股线上作为老化时的高压电极，在线棒绝缘表面用高温硅脂粘贴铝箔电极作为地电极，线棒的端部涂覆防晕层防止电压升高时发生端部滑闪，保证线棒可以进行长期老化；线棒表面涂覆低电阻漆，以降低线棒表面和铝箔的接触电阻，保证长期老化过程中线棒表面与铝箔之间无放电以及准确地监测老化过程中试样的绝缘参数；

2)通过均匀分布在加热板里的加热管对试样进行加热，电源控制柜提供加热电源，可以根据老化要求，增加或减少加热管的数量，系统的最高老化温度300℃；

3)加热板构成的加热腔体包覆一层保温材料用来保持腔体内的热老化温度；

4)采用热电偶用来测量加热腔体内的温度，温控仪用来用来控制加热腔内的温度，当温度达到设定的温度时，断开电源控制柜内的加热继电器，停止加热；当温度低于设定的温度时，温控仪控制加热继电器闭合，开始加热，这样可以保持加热腔内的温度不变；

5)机械应力通过激振器产生，通过调节信号发生器的输出方式和功率放大器的增益，可以控制激振力的大小和振动加速度的大小，采用位移测量仪监视振动位移的大小，示波器用来监视振动加速度的大小；激振力的变化范围为0～500N，振幅800μm～5000μm；

6)通过改变信号发生器的输出信号方式，可以改变输出激振力的方式；

7)通过对线棒试样加热和冷却来模拟冷热循环产生的热机应力，即通过定时闭合和切断加热电源来控制加热和冷却速度，每个周期完成一次加热和冷却循环，可以根据需要设定冷热循环的周期，也可以在某个温度区间冷热循环；

8)在进行多因子老化时，电、热和机械应力同时施加在试样线棒上，同时定时加热和冷却模拟热机械应力，这样实现四因子同时老化。