旋转电机的试验方法及分析
2015-04-15 17:01:30 点击：
旋转电机的试验方法及分析
电机试验台 旋转电机是电气设备中重要的元件，它包括同步发电机、同步电动机、异步电动机、直流发电机和电动机以及其它特殊电机。本节重点讨论在电力系统中应用较多的同步发电机、交流电动机和直流电机。
旋转电机试验的目的，是检验导电、绝缘性能及导磁质量是否符合有关技术标准和技术条件的规定，检查制造过程中是否存在影响运行的缺陷，了解起动性能和运行性能。试验分为新机交接试验和运行电机预防性试验两大类，试验方法基本相同。以下仅介绍绝缘试验。
一、同步发电机的试验
1、定子绕组绝缘电阻、吸收比、极化指数
(1)绝缘电阻自行规定。在相近试验条件下（温度、湿度），绝缘电阻值降到历年正常值1/3以下，应查明原因。
(2)各相各分支绝缘电阻值不应大于最小值的100%。
(3)吸收比和极化指数：沥青浸胶及烘卷云母绝缘，吸收比不应小于1.3，极化指数不应小于1.5；环氧粉云母绝缘吸收比不应小于1.6或极化指数不应小于2.0，水内冷定子绕组自行规定。200MW及以上机组推荐极化指数PI。
IEEE std43－2000推荐：
A.PI的最小值（和绝缘耐热水平有关）。见表3－27
注：1. IR1min是推荐的最小绝缘电阻，单位兆欧。全部电机绕组在40℃下。
2. kV是电机的额定线电压，以有效值表示。
3. 在测三相电枢绕组的一相的最小绝缘电阻时，其它两相接地，近似为全部绕组的两倍，如果每相分别试验及非被试两相上用屏蔽回路，则最小值应为全部绕组的三倍。
B.绝缘电阻（IR1min）最小值（40℃，MW）见表3－28
注：1. IR1min是推荐的最小绝缘电阻，单位兆欧。全部电机绕组在40℃下。
2. kV是电机的额定线电压，以有效值表示。
3. 在测三相电枢绕组的一相的最小绝缘电阻时，其它两相接地，近似为全部绕组的两倍，如果每相分别试验及非被试两相上用屏蔽回路，则最小值应为全部绕组的三倍。
C.温度的修正。可使用等式
RC=KTRT
式中 RC —— 修正到40℃的绝缘电阻，MW。
KT —— 绝缘电阻温度修正系数。
RT —— 测量的绝缘电阻，MW。
KT的近似值为
KT=(0.5)(0.45-T/10)
2、定子绕组泄漏电流和直流耐压
1）定子绕组在交接、大修和小修时以及更换绕组后，需进行直流耐压试验，并测量泄漏电流。试验电压的标准为，在定子全部更换绕组后，为3倍额定电压；局部换绕组后，为2.5倍额定电压；大修前：对于不大于20年者，为2.5倍额定电压，大于20年的非直连架空线者，为2~2.5倍额定电压；小修时和大修后，为2倍额定电压。
2）各相泄漏电流差不应大于最小值的100%；最大泄漏电流小于20mA者，与历年试验结果比较不应有显著变化。
4） 泄漏电流不随时间的延长而增大。
在试验时，按每级0.5倍额定电压分阶段升高，每阶段停留1min，并记录泄漏电流。
3、测定子绕组的直流电阻
规程规定：各相分支电阻值，在较正了由于引线长度不同而引起的误差后，相互间差别与初次值比较，相差不得大于最小值的1.5%（水轮发电机为1%）
4、定子绕组交流耐压试验
我国的交接试验规定见表3－29
对大修前或局部更换绕组并修好后为1.5Un。
5、转子绕组的绝缘试验
(1)绝缘电阻值一般不小于0.5MW（室温）。
(2)水内冷转子绕组绝缘电阻一般不小于5kW（室温）。
(3)与初次纪录值比，差别一般不大于2%（冷态）。
(4)交流耐压对显极式转子大修时进行，试验电压为5Un，但不小于1000V，不大于2000V，对隐极式转子只在局部修理槽内和局部更换绕组时才进行，试验电压同上。
二、交流电动机的试验
定子、转子绕组在交接、大修和小修时，需测量绝缘电阻和吸收比。对额定电压1000V以下的电动机，应使用1000V兆欧表，容量在500kW以上的电动机，应测量吸收比，小修时定子绕组可与其相连接的电缆一起测量，绕线式电动机的转子绕组可与起动设备一起测量。
(1)在交接和大修时，对额定电压为1000V以下的电动机，常温下绝缘电阻值不应低于0.5MW，对额定电压为1000V及以上的电动机，在接近运行温度（约为70～75℃）时的绝缘电阻值，定子绕组通常不低于1MΩ／kV，转子绕组不应低于0.5MW。在小修时，绝缘电阻标准按情况自行规定。根据经验，吸收比大于1.3，可以不经干燥投入运行（容量小的电动机除外）。定于绕组绝缘试验，应分相进行，若 拆开有困难，才允许三相一起进行。
(2)对于额定电压1000V以上且容量在500kW及以上的电动机，定子绕组在交接、大修和小修时以及更换绕组后，需进行直流耐压试验，并测量泄漏电流，容量在500kW以下的，可按情况自行规定。试验电压的标准为，在定子全部更换绕组后，为3倍额定电压；小修时，为2倍额定电压。泄漏电流无统—标准。
电动机定子绕组交接时耐压试验电压标准见表3－30。
(4)大修中不更换定子绕组和局部更换定于绕组后，试验电压为1.5倍额定电压，但不低于1000V。
(5)全部更换定子绕组后，试验电压为2倍额定电压加1000V，但不低于1500V。
(6)电动机转子绕组在交接、大修及转子更换绕组后，需进行交流耐压试验，绕线式电动机转子绕组试验电压的标准见表3－31。若绕线式电动机转子已改为直接短路起动，可不做交流耐压试验。同步电机转子绕组的交流耐压试验电压为：交接时为7.5倍额定励磁电压，但不低于1200V；大修时为1000V。
绕线式转子绕组
不可逆的
可逆的
交接、大修更换转子绕组及部分更换转子绕组后
1.5Uk（但不小于1000V）
3Uk（但不小于3000V）
重新更换转子绕组后
2Uk + 1000V
4Uk + 1000V
注表中Uk为转子静止时在定子绕组上加额定电压，在滑环上所测得的电压。
前述对电机定子绕组既需进行交流耐压试验，又需进行直流耐压试验。这是因为对定子绝缘进行直流耐压，可以发现某些交流耐压试验所不能发现的缺陷，直流耐压能发现电机主绝缘局部缺陷，特别是端部绝缘的弱点。而交流耐压能发现槽部绝缘和槽口处绝缘的弱点。为何直流耐压比交流耐压更易于发现定子端部绝缘的弱点，这可从电机端部绝缘等效电路（如图3—26所示）来说明。端部电压按下式分布
U。——槽口电压；L ——端部离槽口距离；U——端部离槽口距离L处之电压；
r ——单位长度表面绝缘电阻；R ——单位体积绝缘电阻；C ——单位长度电容
由曲线可见，交流耐压时端部离槽口L处电压衰减很快，这是由于端部绕组绝缘的电容电流在槽口外部沿绝缘表面流向接地的铁芯，这样在绝缘表面产生显著的压降，离铁芯愈远的端部其绝缘表面与绕组导体之间的电位差就愈小，因此不能有效地发现端部绝缘缺陷。在直流耐压时，不存在电容电流，绝缘表面也就没有显著的电压降，沿端部绕组绝缘表面的电压分布比较均匀，因此，虽离槽口较远，绕组导体与外部绝缘表面之间的电位差仍相当高，这样就能有效地发现远离铁芯的端部绝缘的弱点。
图3－28电机定子端部电压分布与离糟口距离关系曲线
三、直流电机的绝缘试验
试验项目为：
(1)绕组的绝缘电阻；
(2)绕组的直流电阻；
(3)电枢绕组片间直流电阻；
1、绕组的绝缘电阻
2、绕组的直流电阻
测量绕组的直流电阻是检查各焊接部分是否有虚焊、开焊及绕组有无匝间短路或断线等缺陷。可用电桥法或压降法进行。应注意下列事项。
(1)并励励磁绕组直流电阻较大，可用单臂电桥测量。串激励磁绕组、换向极绕组、补偿绕组直流电阻小，用双臂电桥测量。
(2)对直流电阻小的绕组，测量后必须在报告上注明测量位置，以便以后作比较。
(3)测量值应换算到同一温度进行比较（相差不大于2%）。
(4)当怀疑有匝间短路，而直流电阻又无明显反映时，可以测电枢绕组和各磁极绕组的交流阻抗来判断。
3、测量电枢绕组片间的直流电阻
测量的目的是为了检查电枢绕组与换向片的焊接是否开焊、虚焊及换向片间有无金属性短路等缺陷。测量方法可用高灵敏、多位数的双臂电桥，也可用降压法。一般加5%~10%的IN(约5~10A)。相互间差值应小于最小值的10%。
4、绕组的交流耐压
小结
交流电动机交流耐压试验能发现槽部和槽口的绝缘弱点，而直流耐压试验更能发现端部绝缘的弱点，这是因为直流耐压时，不存在电容电流，绝缘表面没有显著电压降，电压沿导线均匀分布，这样绕组导体与端部绝缘表面之间的电位差较高，故易于发现远离接地部分的端部绝缘的弱点。
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