基于频域介电谱法的大型发电机定子绕组主绝缘老化状态测评方法

摘要

本发明公开了基于频域介电谱法的大型发电机定子绕组主绝缘老化状态测评方法，包括发电机停运且与线路可靠断开，发电机降温至环境温度；试验接线：将发电机定子绕组与介电谱测试仪的测试电缆的高压端相连，将发电机外壳接地端与介电谱测试仪的测试电缆的接地端相连；设置参数并启动测试；测试发电机定子绕组主绝缘复介电常数的频率特性曲线ε-f，通过公式计算获得当前主绝缘的介质损耗因数增量Δtanδ_N；根据所述获得的介质损耗因数增量Δtanδ_N，评估发电机定子绕组主绝缘的老化状态。本发明是一种非破坏性测试方法，其测试原理简单，接线方便，可以准确判断发电机定子绕组主绝缘的介质损耗因数增量Δtanδ_N，从而有效评估发电机的老化状态。

主权项

基于频域介电谱法的大型发电机定子绕组主绝缘老化状态测评方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤一：发电机准备，发电机停运且与线路可靠断开；发电机定子绕组主绝缘温度降至环境温度；将发电机定子绕组用铜线短接并接地，接地时间20min以上，拆除接地铜导线；步骤二：将发电机定子绕组与介电谱测试装置的测试电缆的高压端相连，将发电机外壳接地端与介电谱测试装置的测试电缆的接地端相连并可靠接地；步骤三：启动介电谱测试装置，进行测试参数初始化设置，其中，变频电压U_f设定为140V，最高测试频率f_max设定为1×10³Hz，最低测试频率f_min设定为1×10^‑3Hz；步骤四：测量发电机定子绕组主绝缘的复介电常数的频率特性曲线ε‑f，其包含频率特性实部曲线ε′‑f和虚部曲线ε″‑f；步骤五：采用Cole‑Cole模型方程，基于MATLAB函数库中的lsqcurvefit函数代码对所测复介电常数的频率特性曲线ε‑f的数值进行非线性优化拟合，拟合方程如下：${ϵ}^{\prime }={ϵ}_{\infty }+\mathrm{Re}[\frac{{\mathrm{\Delta ϵ}}_1}{1+{\left({\mathrm{j\omega \tau }}_1\right)}^{{\alpha }_1}}+\frac{{\mathrm{\Delta ϵ}}_2}{1+{\left({\mathrm{j\omega \tau }}_2\right)}^{\alpha 2}}],{ϵ}^{\prime \prime }=\frac{{\sigma }_{dc}}{{ϵ}_0\omega }-Im[\frac{{\mathrm{\Delta ϵ}}_1}{1+{\left({\mathrm{j\omega \tau }}_1\right)}^{{\alpha }_1}}+\frac{{\mathrm{\Delta ϵ}}_2}{1+{\left({\mathrm{j\omega \tau }}_2\right)}^{\alpha 2}}]$$f_{p1}=\frac{1}{{\tau }_1},f_{p2}=\frac{1}{{\tau }_2}$式中，τ₁、τ₂分别表示界面极化和偶极子转向极化的弛豫时间，单位为s；f_p1、f_p2分别表示界面极化和偶极子转向极化对应的特征频率，单位Hz；Δε₁、Δε₂分别表示界面极化和偶极子转向极化弛豫强度；α₁、α₂分别表示界面极化和偶极子转向极化的分布参数；σ_dc表示绝缘体系的直流电导率，单位为pS·m^‑1；ε_∞表示介质高频下的相对介电常数；其中：Δε₁、Δε₂、α₁、α₂、τ₁、τ₂、σ_dc、ε_∞为待定系数，通过对实测频谱曲线数值进行最小二乘法拟合可得；步骤六：将拟合得到的τ_m、τ₀、f_pm和y带入下述公式，即可得到x,继而求出当前测试试样的介质损耗因数增量Δtanδ_N，根据所述获得的Δtanδ_N值的范围区间，获得定子绕组主绝缘的老化状况；$\lg f_{pm}=\sqrt{{(\frac{{\tau }_m}{{\tau }_0}{A}_1+A_{2}x+A_3{x}^2+A_4{x}^3)}^2+{(A_{5}y+A_6{y}^2+A_7{y}^3)}^2}$x＝lgΔtanδ_N＝lg(tanδ_N‑tanδ₀)式中，τ₀为定子绕组出厂状态下其界面极化的弛豫时间；τ_m为测试状态下其界面极化的弛豫时间；f_pm为测试状态下界面极化对应的特征频率，f_pm的求取过程为采用Cole‑Cole模型方程，对所测复介电常数的频率特性曲线ε‑f的数值进行非线性优化拟合，基于MATLAB函数库中的lsqcurvefit函数代码获得界面极化的弛豫时间τ_m，取其倒数，即得到弛豫过程对应的特征频率f_pm；Δtanδ_N为主绝缘的介质损耗因数增量，其指额定电压U_N下tanδ_N和0.2U_N下tanδ₀的差值，单位％；y为测试温度，单位℃；将拟合得到的τ_m、τ₀、f_pm和y带入上述公式，即可得到x,继而求出当前测试试样的介质损耗因数增量Δtanδ_N，根据所述获得的Δtanδ_N值的范围区间，获得定子绕组主绝缘的老化状况。