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基于动态力学和超声波法研究发电机租赁定子绝缘的老化特征


发电机租赁运行过程中,在多种应力的作用下,定子绝缘逐渐劣化或老化,最终导致绝缘的击穿。引起发电机租赁机组的非计划停机,严重破坏了整个电力系统的可靠性。
目前,大型发电机租赁定子绝缘大多采用环氧云母绝缘体系。发电机运行过程中,定子绝缘容易产生分层、脱壳或裂纹等微观缺陷。验证微观缺陷和它所造成的宏观参数的变化,无论是试验室研究材料的老化机理,还是应用于发电机现场的绝缘状态诊断和剩余寿命评估,都是非常有用的。
换线棒进行了多因子加速老化。
基于动态力学和超声波法研究发电机租赁定子绝缘的老化特征
在聚合物基复合材料中,由于界面相的结构与聚合物基体和填料的结构不同,它对复合材料动态力学性能的影响可以通过改变聚合物的玻璃化转变(a-转变)、阻碍聚合物大分子链侧基旋转或主链局部运动间接地表现出来,也可用复合材料储能模量和动态黏度来表征界面的黏结强度。因而动态力学分析是研究复合材料结构、分子运动、界面状态和性能的一种有效手段。
分析发电机租赁主绝缘时,环氧树脂为基体,云母和玻璃纤维为填料,该材料可以看作是“环氧树脂-界面-云母”或“环氧树脂-界面-玻璃纤维”的复合弹性介质内一点附近的应变介质在应力作用下的应变与所受到的应力是满足胡克定律的,由此可以得到声波在弹性介质的波动方程:斯算符。
由于超声换能器性能的不断提高和微机技术、信息科学的不断发展,为传统的超声检测的发展注入了活力,为其在电机绝缘性能作出迅速有效的评估提供了实践上的保障。
3),。实验测得的声速实际上是超声波穿过上下绝缘层和铜导线的平均速度。
线棒老化的过程中,铜导线的变化相对于绝缘层的老化可以忽略,声速的变化可认为主要来源于绝缘的老化。
此外影响声速测量的因素,主要是超声探头和试样之间的接触情况。因为超声在空气中的传播速度比在固体介质中要小得多。如果探头和试样接充甘油或水作耦合剂以实现声能的传递,提高检测的灵敏度。本文采用硅脂作耦合剂。
定子线棒是矩形铜股线排外包环氧云母绝缘。
从声学角度讲,铜和绝缘实际都是不均匀介质,研究这种结构难度很大,所以要减小因这种结构造成的衰减。超声波的频率越高,传播中的衰减也越大,文中选择工作频率为500kHz的探头。
4实验结果及分析在聚合物基复合材料中,一般来说,界面对复合材料的性能可通过复合材料储能模量和动态黏度来表征界面的黏结强度。绝缘在室温下的储能模量实验数据见。由图可知:绝缘老化过程中,其室温下的储能模量不断下降。
从力学损耗温度谱计算的玻璃化转变表观活化能(AAEGT)见。图中AAEGT曲线表明,老化后线棒的AAEGT增大。AAEGT表示材料玻璃化转变过程中所要克服的能量。玻璃化转变温度越高(动态黏度温度谱得到的结论),AAEGT越大,发生转变所需要供给的能量也就越大。
绝缘变黑,分层绝缘膨胀,分层(c)老化AAEGT表征的是材质本身的变化,正是由于材质的变化引起了其储存模量和动态黏度的变化,绝缘界面的黏结性能变差,不断出现分层等微观缺陷。是线棒横截面的照片,从中可以看出其界面性能的变化。(b)、(c)图中靠近铜股线的绝缘明显变黑,绝缘开始膨胀;(d)图中绝缘的分层已清晰可见,绝缘膨胀很严重。
而介质的特性(如固体的密度、弹性模量、黏结强度)与描述介质声学特性的超声量(如声速)之间存在着密切的关系。当绝缘老化出现分层等微观缺陷时,绝缘中必然包含着一定的气隙。超声波在气体里的传播速度比在固体中要小一个数量级,所以气隙的存在使超声波传播速度减小。所以随线棒绝缘老化而变化的超声波声速,与线棒的绝缘状态密切相关,见0.由曲线可以看出,超声波声速随老化时间的变化非常明显,随着老化时间的增长声速在减小,老化后期声速下降的幅度在增大,同时分散性也变大。
分析原因可能是线棒绝缘老化过程中,界面的黏结性能不断下降,分层等微观缺陷造成了声速的下降;绝缘老化后期直至绝缘失效时破坏的形式不同,比如热老化严重的线棒中靠近铜股线的绝缘,▲试验数据统计中值0超声波声速随绝缘老化时间的变化其老化是绝缘材料的高温炭化,而机械振动和冷热循环老化常常导致绝缘的严重分层。这些情况下,即使老化时间相同,超声波传播特性的差别却可能很大,所以绝缘老化后期的分散性相对来说较大。
动态力学参数的分析和超声波声速试验的结果都表明,绝缘老化过程中出现的界面黏结性能的下降是绝缘性能下降的原因。
5结论定子线棒绝缘的动态力学分析证明,绝缘老化过程中其玻璃化转变表观活化能大,储存模量和动态黏度不断下降,界面黏结性能变差。为超声波在发电机定子绝缘诊断中的应用提供了实验依据。
本文将超声波技术应用于发电机定子线棒绝缘的无损检测。超声波声速随环氧云母绝缘老化时间的长而明显降低,尤其老化后期,下降的幅度大,同时分散性也变大。证明超声波声速可以用来表征发电机定子线棒的老化状态。
超声波声速与绝缘状态的关系所反映的物理意义一一绝缘老化后产生微观缺陷,与动态力学分析的结果相一致,都证明了绝缘性能的下降是由于绝缘界面黏结性能的下降。
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3),。实验测得的声速实际上是超声波穿过上下绝缘层和铜导线的平均速度。
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此外影响声速测量的因素,主要是超声探头和试样之间的接触情况。因为超声在空气中的传播速度比在固体介质中要小得多。如果探头和试样接充甘油或水作耦合剂以实现声能的传递,提高检测的灵敏度。本文采用硅脂作耦合剂。
定子线棒是矩形铜股线排外包环氧云母绝缘。
从声学角度讲,铜和绝缘实际都是不均匀介质,研究这种结构难度很大,所以要减小因这种结构造成的衰减。超声波的频率越高,传播中的衰减也越大,文中选择工作频率为500kHz的探头。
4实验结果及分析在聚合物基复合材料中,一般来说,界面对复合材料的性能可通过复合材料储能模量和动态黏度来表征界面的黏结强度。绝缘在室温下的储能模量实验数据见。由图可知:绝缘老化过程中,其室温下的储能模量不断下降。
从力学损耗温度谱计算的玻璃化转变表观活化能(AAEGT)见。图中AAEGT曲线表明,老化后线棒的AAEGT增大。AAEGT表示材料玻璃化转变过程中所要克服的能量。玻璃化转变温度越高(动态黏度温度谱得到的结论),AAEGT越大,发生转变所需要供给的能量也就越大。
绝缘变黑,分层绝缘膨胀,分层(c)老化AAEGT表征的是材质本身的变化,正是由于材质的变化引起了其储存模量和动态黏度的变化,绝缘界面的黏结性能变差,不断出现分层等微观缺陷。是线棒横截面的照片,从中可以看出其界面性能的变化。(b)、(c)图中靠近铜股线的绝缘明显变黑,绝缘开始膨胀;(d)图中绝缘的分层已清晰可见,绝缘膨胀很严重。
而介质的特性(如固体的密度、弹性模量、黏结强度)与描述介质声学特性的超声量(如声速)之间存在着密切的关系。当绝缘老化出现分层等微观缺陷时,绝缘中必然包含着一定的气隙。超声波在气体里的传播速度比在固体中要小一个数量级,所以气隙的存在使超声波传播速度减小。所以随线棒绝缘老化而变化的超声波声速,与线棒的绝缘状态密切相关,见0.由曲线可以看出,超声波声速随老化时间的变化非常明显,随着老化时间的增长声速在减小,老化后期声速下降的幅度在增大,同时分散性也变大。
分析原因可能是线棒绝缘老化过程中,界面的黏结性能不断下降,分层等微观缺陷造成了声速的下降;绝缘老化后期直至绝缘失效时破坏的形式不同,比如热老化严重的线棒中靠近铜股线的绝缘,▲试验数据统计中值0超声波声速随绝缘老化时间的变化其老化是绝缘材料的高温炭化,而机械振动和冷热循环老化常常导致绝缘的严重分层。这些情况下,即使老化时间相同,超声波传播特性的差别却可能很大,所以绝缘老化后期的分散性相对来说较大。
动态力学参数的分析和超声波声速试验的结果都表明,绝缘老化过程中出现的界面黏结性能的下降是绝缘性能下降的原因。
5结论定子线棒绝缘的动态力学分析证明,绝缘老化过程中其玻璃化转变表观活化能大,储存模量和动态黏度不断下降,界面黏结性能变差。为超声波在发电机定子绝缘诊断中的应用提供了实验依据。
本文将超声波技术应用于发电机定子线棒绝缘的无损检测。超声波声速随环氧云母绝缘老化时间的长而明显降低,尤其老化后期,下降的幅度大,同时分散性也变大。证明超声波声速可以用来表征发电机定子线棒的老化状态。
超声波声速与绝缘状态的关系所反映的物理意义一一绝缘老化后产生微观缺陷,与动态力学分析的结果相一致,都证明了绝缘性能的下降是由于绝缘界面黏结性能的下降。
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