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        電機定子絕緣老化和絕緣預測的最新科研動態

        作者:肇慶富威電機有限公司 瀏覽: 發表時間:2021-01-31 15:17:21

        發電機作為電力系統的重要組成部分,其穩定性直接影響電力系統的供電質量。英國石油公司發布的《2019年世界能源統計年鑒》顯示,全球發電量同比增長3.7%,其中一半來自中國。在這種背景下,發電機的發展趨勢是大容量、高效率。隨著發電機容量的增加,對發電機的安全運行提出了更高的要求。制造發電機的關鍵技術之一是定子絕緣技術。

        發電機定子繞組絕緣是發電機的重要組成部分。隨著大型電機裝機容量的增加,環境應力對絕緣的影響越來越大。發電機的壽命主要取決于絕緣壽命,絕緣會受到各種因素的影響而導致故障。

        比如在電機的設計和制造中,對容易出現電場集中的部位不加強,會導致絕緣失效,或者頻繁啟動會使定子繞組絕緣受到操作過電壓的沖擊,加速電機的絕緣老化,或者由于絕緣本身的損耗導致元器件發熱,導致絕緣老化。

        絕緣老化會導致發電機壽命縮短,因此研究發電機絕緣壽命預測對提高發電機運行穩定性具有重要意義。壽命預測可分為前期預測和后期預測,其中前期預測是指根據發電機的設計結構和絕緣材料的絕緣性能,在設計初期預測絕緣的使用壽命;后預測是對發電機絕緣剩余壽命的常見預測。在運行過程中,獲得大量的絕緣性能表征數據,以預測絕緣的剩余使用壽命,從而提前防止因絕緣故障而導致的發電機故障。

        電機定子絕緣老化機理。

        定子絕緣是發電機的關鍵部件之一,在工作環境中經常受到電、熱、機械等因素的影響,使得定子絕緣的絕緣性能和機械性能逐漸下降,加速絕緣老化。云母在熱老化作用下,發生熱降解脆化,聚合物膨脹產生缺陷,影響絕緣的力學性能;同時,電老化會增加絕緣材料的放電次數,加劇局部放電問題,提高局部溫度,加速老化。此外,運行環境中的灰塵會導致絕緣表面的泄漏現象加劇。

        在發電機事故的所有故障因素中,由絕緣損壞引起的事故占一半以上,如圖1所示。電機定子線棒的絕緣性能直接影響發電機的工作穩定性和安全性。如果電機出現意外故障,將影響發電機組的整體運行,甚至導致大規模停機。

        由于發電機損壞造成的維護成本高,如果能根據電機運行歷史或電機在線監測結果得出定子絕緣剩余壽命,調度員可以提前做好停機檢修準備。因此,電機絕緣壽命的預測對指導發電機組的穩定運行具有極其重要的作用。

        絕緣預測的發展趨勢及展望。

        為了保證發電機組的穩定運行,在絕緣損壞發生前使發電機退出運行,有必要對絕緣老化進行評估,并預測電機定子的使用壽命。近年來,預測電機絕緣剩余壽命的方法有三種:基于回歸分析的預測、基于智能算法的預測和基于數據采集的預測。

        為了提高發電機設計和運行的穩定性,需要進一步提高發電機絕緣預測方法的實用性和準確性?;谀壳暗难芯砍晒?,未來的發展方向應包括以下幾點:

        1)提高電機運行數據采集的準確性。

        采集數據時,由于發電機運行環境不可控,監測數據往往受到多種因素的干擾。在很多情況下,用于預測的監測數據可能無法控制在同一變量下,使得單因素預測的討論受到其他因素的干擾,導致預測結果出現偏差。

        2)減小預測數據集的樣本量。

        發電機故障成本高,定子絕緣老化壽命數據難以獲取。大多數壽命預測方法,如線性擬合或神經網絡方法,往往需要大量樣本集進行擬合或訓練,以保證模型輸出結果的穩定性,這也是制約發電機絕緣壽命預測發展的一個因素。因此,改變研究對象,降低預測模型對數據的依賴性,是促進絕緣預測方法在工程中應用的重要思路。

        3)完善多因素老化模型。

        目前,預測方法多討論電應力、熱應力、機械應力等應力因素對絕緣壽命的影響。發電機實際運行環境中的影響因素很多,在今后預測發電機定子絕緣壽命的工作中需要研究。隨著各種壓力因素的加入,數據的有效性和模型的復雜性需要進一步研究。

        4)提高壽命預測模型的實用性。

        目前的壽命預測模型多為理論壽命,對運行環境變化的適應性低,參與計算的數據參數不足,對實際發電機生產運行的指導能力差。未來的研發方向可以考慮將發電機壽命預測算法與定子絕緣在線監測相結合,實時計算剩余壽命。這可以大大提高絕緣預測模型的實用性。


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