旋转电机的绝缘 设计、评估、老化、试验、修理PDF电子书下载

第1章 旋转电机的绝缘结构 1

1.1 旋转电机的类型 1

1.1.1 交流电动机 2

1.1.2 同步发电机 3

1.1.3 异步发电机 5

1.1.4 永磁（PM）同步电动机和发电机 6

1.1.5 按冷却方式分类 7

1.2 绕组的部件 8

1.2.1 定子绕组 8

1.2.2 绝缘的转子绕组 10

1.2.3 笼型异步电动机转子绕组 10

1.3 定子绕组结构的类型 11

1.3.1 散嵌定子绕组 11

1.3.2 线圈型成型定子绕组 11

1.3.3 罗贝尔线棒型成型定子绕组 12

1.4 成型定子绕组绝缘结构的特性 13

1.4.1 股线绝缘 15

1.4.2 匝绝缘 16

1.4.3 主绝缘 18

1.4.4 主绝缘局部放电的抑制 20

1.4.5 常规定子主绝缘的防晕涂层 23

1.4.6 逆变器供电定子绕组的表面防晕涂层 26

1.4.7 导体屏蔽 28

1.4.8 槽部机械支撑 29

1.4.9 线圈端部机械支撑 31

1.4.10 换位绝缘 33

1.5 散嵌定子绕组绝缘结构的特性 35

1.5.1 逆变器供电散嵌绕组的局部放电抑制 36

1.6 转子绕组绝缘结构部件 37

1.6.1 凸极转子 39

1.6.2 隐极转子 41

1.6.3 异步电机的绕线转子 42

参考文献 44

第2章 绝缘材料和绝缘结构的评估 46

2.1 老化应力 47

2.1.1 热应力 48

2.1.2 电气应力（电场强度） 49

2.1.3 环境应力（多种因素） 50

2.1.4 机械应力 51

2.1.5 辐射应力 52

2.1.6 多重应力 52

2.2 加速老化试验的原则 53

2.2.1 待评和基准绝缘材料／结构 53

2.2.2 统计偏差 54

2.2.3 故障表征 59

2.3 热耐受试验 59

2.3.1 基本原理 59

2.3.2 热鉴定和分级 60

2.3.3 绝缘材料热老化试验标准 61

2.3.4 绝缘结构热老化试验标准 62

2.3.5 未来趋势 64

2.4 耐电试验 64

2.4.1 成型线圈的专有试验 65

2.4.2 标准化的成型线圈／线棒交流电压耐久试验方法 66

2.4.3 逆变器供电绕组的电压耐受试验 67

2.5 热循环试验 68

2.5.1 IEEE热循环试验 68

2.5.2 IEC热循环试验 70

2.6 核环境资质鉴定试验 70

2.6.1 通过试验取得环境资质（EQ）鉴定 71

2.6.2 由分析得出环境资质鉴定 72

2.6.3 结合测试和分析进行环境资质鉴定 73

2.7 多重因素应力试验 73

2.8 材料特性试验 74

参考文献 76

第3章 绝缘材料和绝缘结构的历史发展 78

3.1 用于成型定子线圈的天然材料 78

3.2 早期用于成型定子线圈的合成材料 81

3.3 塑料薄膜和无纺织物 83

3.4 液态合成树脂 84

3.4.1 聚酯 85

3.4.2 环氧化物（环氧树脂） 87

3.5 云母 89

3.5.1 云母剥片 90

3.5.2 云母纸 90

3.5.3 云母的基底材料 92

3.6 玻璃纤维 93

3.7 层压板 95

3.8 导线和股线绝缘的演变 96

3.9 散嵌定子线圈的制造 97

3.10 成型线圈和线棒的制造 97

3.10.1 早期的绝缘结构 97

3.10.2 沥青基云母绝缘结构 98

3.10.3 单个线圈和线棒的热固化绝缘结构 98

3.10.4 整体VPI绝缘结构 99

3.11 导线换位的绝缘 100

3.12 缠包定子主绝缘的方法 101

3.13 绝缘衬垫、隔离垫块和套管 103

3.13.1 散嵌定子 103

3.13.2 转子 104

参考文献 105

第4章 现行的定子绕组绝缘结构 106

4.1 主要制造商的兼并 108

4.2 主要的成型定子绕组绝缘结构品牌介绍 109

4.2.1 西屋电气公司：Termalastic TM 110

4.2.2 通用电气公司（GE公司）：Micapals Ⅰ和Ⅱ TM，Epoxy Mica Mat TM，Micapal HTTM.以及Hydromat TM 110

4.2.3 Alsthom、GEC Alsthom 和 Alstom Power：Isotenax TM、Resitherm TM、Resiflex TM、Resivac TM和 Duritenax TM 112

4.2.4 西门子公司（Siemens AG），KWU：Micalastic TM 113

4.2.5 BrownBoveri、ASEA、ABB和Alstom Power：Micadur TM，Micadur Compact TM，Micapact TM和Micarex TM 114

4.2.6 东芝公司（Toshiba Corporation）：Tosrich TM和Tostight TM 115

4.2.7 三菱电气公司（Mitsubishi Electric Corporation） 115

4.2.8 日立公司（Hitachi）：Hi-Resin TM、Hi-Mold TM和Super Hi-Resin TM 116

4.2.9 东方电机 116

4.2.10 哈尔滨电气集团（HEC） 117

4.2.11 上海电机 117

4.2.12 济南发电设备厂：Resitherm TM，Micadur TM和Micadur Compact TM 117

4.2.13 现代绝缘结构小结 117

4.3 成型绕组绝缘结构的最新发展 118

4.3.1 减小对地绝缘的热阻 118

4.3.2 提高电场强度 119

4.3.3 环境问题 120

4.4 散嵌定子绝缘结构 121

4.4.1 电磁线绝缘 121

4.4.2 相间及对地绝缘 121

4.4.3 涂覆处理与浸漆 122

参考文献 123

第5章 转子绕组的绝缘结构 126

5.1 转子的槽绝缘和匝间绝缘 127

5.2 集电环绝缘 128

5.3 绕组端部绝缘和挡块 129

5.4 护环绝缘 130

5.5 直接冷却转子的绝缘 130

5.6 绕线转子 131

5.7 超导同步转子 132

参考文献 133

第6章 转子和定子的叠片铁心 134

6.1 磁性材料 134

6.1.1 磁场 134

6.1.2 铁磁性 134

6.1.3 饱和磁化曲线 135

6.1.4 铁磁材料 136

6.1.5 磁导率 136

6.1.6 磁滞损耗 136

6.1.7 涡流损耗 137

6.1.8 影响铁损的其他因素 137

6.1.9 晶粒方向的影响 138

6.1.10 温度的影响 138

6.1.11 热处理的影响 138

6.1.12 杂质和合金元素的影响 139

6.1.13 硅／铝钢 139

6.2 制造厂施加的绝缘 140

6.3 叠片冲制和激光切割 140

6.4 退火和去除毛刺 141

6.5 涂漆或覆膜 141

6.6 定子和转子的铁心结构 142

6.6.1 定子的铁心结构：一般结构 142

6.6.2 水轮发电机和大型电动机定子铁心的组装和支撑结构 143

6.6.3 汽轮发电机定子铁心的组装和支撑结构 144

6.6.4 较小型的电动机和发电机定子铁心 145

6.6.5 转子铁心结构 145

参考文献 146

第7章 绕组故障、修理和重绕的基本原理 147

7.1 故障过程 147

7.1.1 各部件的相对故障率 148

7.1.2 影响故障机理的决定因素 150

7.2 影响维修决定的因素 151

7.3 定子绕组局部损伤的快速修理 152

7.4 故障后拆除定子线圈 154

7.5 线棒和（或）线圈的更换和半线圈拼接 154

7.6 重绕 156

参考文献 156

第8章 定子故障机理和修理 158

8.1 热劣化 158

8.1.1 基本过程 158

8.1.2 根本原因 160

8.1.3 故障表象 162

8.1.4 补救措施 162

8.2 热循环 163

8.2.1 基本过程 163

8.2.2 根本原因 166

8.2.3 故障表象 166

8.2.4 补救措施 167

8.3 树脂浸漆或浸渍不良 167

8.3.1 基本过程 168

8.3.2 根本原因 169

8.3.3 故障表象 170

8.3.4 补救措施 170

8.4 槽内线圈松动 171

8.4.1 基本过程 171

8.4.2 根本原因 172

8.4.3 故障表象 174

8.4.4 补救措施 175

8.5 半导体覆层故障 176

8.5.1 基本过程 176

8.5.2 根本原因 177

8.5.3 故障表象 178

8.5.4 补救措施 178

8.6 半导体和（或）分级防晕覆层交叠部位故障 179

8.6.1 基本过程 179

8.6.2 根本原因 180

8.6.3 故障表象 181

8.6.4 补救措施 181

8.7 高强度槽放电 182

8.7.1 基本过程 183

8.7.2 根本原因 183

8.7.3 故障表象 183

8.7.4 修理措施 184

8.8 振动火花（电火花腐蚀） 184

8.8.1 基本过程 184

8.8.2 根本原因 186

8.8.3 故障表象 186

8.8.4 修理措施 187

8.9 瞬态电压冲击 187

8.9.1 基本过程 187

8.9.2 根本原因 189

8.9.3 故障表象 189

8.9.4 补救措施 190

8.10 馈电驱动装置产生的重复电压冲击 191

8.10.1 基本过程 191

8.10.2 根本原因 193

8.10.3 故障表象 194

8.10.4 补救措施 194

8.11 脏污（表面爬电） 195

8.11.1 基本过程 195

8.11.2 根本原因 198

8.11.3 故障表象 198

8.11.4 补救措施 198

8.12 磨损颗粒 199

8.12.1 基本过程 199

8.12.2 根本原因 200

8.12.3 故障表象和补救措施 200

8.13 化学侵蚀 200

8.13.1 基本过程 200

8.13.2 根本原因 201

8.13.3 故障表象 201

8.13.4 补救措施 202

8.14 绕组端部间距不足 202

8.14.1 基本过程 203

8.14.2 根本原因 205

8.14.3 故障表象 205

8.14.4 补救措施 205

8.15 绕组端部振动 207

8.15.1 基本过程 207

8.15.2 根本原因 208

8.15.3 故障表象 209

8.15.4 补救措施 210

8.16 定子冷却水泄漏 211

8.16.1 基本过程 211

8.16.2 根本原因 212

8.16.3 故障表象 212

8.16.4 补救措施 213

8.17 电气连接不良 214

8.17.1 基本过程 214

8.17.2 根本原因 214

8.17.3 故障表象 215

8.17.4 补救措施 215

参考文献 215

第9章 转子绕组故障机理和修理 217

9.1 热劣化 217

9.1.1 一般过程 218

9.1.2 根本原因 218

9.1.3 故障表征 219

9.2 热循环 219

9.2.1 一般过程 219

9.2.2 根本原因 221

9.2.3 故障表征 222

9.3 由于不平衡或盘车运行造成的磨损（铜粉尘） 223

9.3.1 一般过程 223

9.3.2 根本原因 224

9.3.3 故障表征 225

9.4 脏污（爬电痕迹） 225

9.4.1 一般过程 226

9.4.2 根本原因 226

9.4.3 一般表征 226

9.5 反复的电压冲击 227

9.5.1 一般过程 227

9.5.2 根本原因 227

9.5.3 一般表征 228

9.6 离心力 228

9.6.1 一般过程 228

9.6.2 根本原因 228

9.6.3 一般表征 229

9.7 失磁运行 230

9.7.1 运行中失磁 230

9.7.2 发电机断路器意外闭合 230

9.7.3 根本原因 230

9.7.4 一般表征 230

9.8 补救措施 231

参考文献 232

第10章 凸极转子绕组故障机理和修理 233

10.1 热劣化 233

10.1.1 基本过程 233

10.1.2 根本原因 234

10.1.3 一般表征 234

10.2 热循环 235

10.2.1 基本过程 235

10.2.2 根本原因 235

10.2.3 一般表征 235

10.3 脏污（爬电和受潮） 236

10.3.1 基本过程 236

10.3.2 根本原因 236

10.3.3 一般表征 237

10.4 磨损颗粒 237

10.4.1 基本过程 237

10.4.2 根本原因 237

10.4.3 一般表征 238

10.5 离心力 238

10.5.1 基本过程 238

10.5.2 根本原因 238

10.5.3 一般表征 238

10.6 反复的电压冲击 239

10.6.1 基本过程 239

10.6.2 根本原因 239

10.6.3 一般表征 240

10.7 磁极修理 240

参考文献 241

第11章 绕线转子绕组故障机理和修理 242

11.1 电压冲击 242

11.1.1 一般过程 243

11.1.2 根本原因 244

11.1.3 一般表征 244

11.2 不平衡电压 244

11.2.1 一般过程 244

11.2.2 根本原因 244

11.2.3 一般表征 244

11.3 线棒接头和波绕组的高阻连接 244

11.3.1 一般过程 245

11.3.2 根本原因 245

11.3.3 一般表征 245

11.4 线圈端部绑扎故障 245

11.4.1 一般过程 245

11.4.2 根本原因 245

11.4.3 一般表征 246

11.5 集电环绝缘短路及接地 246

11.5.1 一般过程 246

11.5.2 根本原因 247

11.6 绕线转子绕组的修理 247

11.6.1 已发生故障的绕组 247

11.6.2 脏污绕组和集电环绝缘 247

11.6.3 线棒型绕组接头故障 247

11.6.4 线圈端部绑扎结构损坏 248

11.6.5 集电环绝缘失效或脏污 248

参考文献 248

第12章 笼型异步电机转子绕组故障机理和修理 249

12.1 发热 249

12.1.1 一般过程 250

12.1.2 根本原因 250

12.1.3 一般表征 250

12.2 周期性机械应力 251

12.2.1 一般过程 251

12.2.2 根本原因 253

12.2.3 一般表征 253

12.3 设计或制造不良 255

12.3.1 一般过程和根本原因 255

12.3.2 一般表征 256

12.4 修理 258

参考文献 259

第13章 铁心片间绝缘故障和修理 260

13.1 热劣化 260

13.1.1 一般过程 260

13.1.2 根本原因 261

13.1.3 一般表征 263

13.2 电劣化 264

13.2.1 一般过程 264

13.2.2 根本原因 265

13.2.3 一般表征 268

13.3 机械劣化 269

13.3.1 一般过程 269

13.3.2 根本原因 270

13.3.3 故障表征 275

13.4 制造缺陷引起的故障 276

13.4.1 一般过程 276

13.4.2 根本原因 277

13.4.3 故障表征 277

13.5 铁心的修复 277

13.5.1 铁心松动 278

13.5.2 铁心绝缘片间短路 279

13.5.3 绕组电气故障造成的铁心损坏 280

13.5.4 假齿 280

13.5.5 穿心螺杆绝缘碎裂 281

13.5.6 分瓣铁心修理 281

参考文献 281

第14章 试验和监测的基本原理 282

14.1 试验和监测的目的 282

14.1.1 评估绕组状态和绕组剩余寿命 282

14.1.2 确定检修的优先权 283

14.1.3 交接和质量保证试验 283

14.1.4 确定故障根源 283

14.2 离线试验与在线监测 284

14.3 目视检查的作用 285

14.4 将数据转变为信息的专家系统 286

参考文献 287

第15章 离线的转子绕组和定子绕组试验 288

15.1 绝缘电阻和极化指数 290

15.1.1 试验目的与原理 290

15.1.2 试验方法 293

15.1.3 试验数据分析 295

15.2 直流耐压试验 296

15.2.1 试验目的与原理 296

15.2.2 试验方法 297

15.2.3 试验数据分析 300

15.3 极化／去极化电流测量（PDC） 300

15.3.1 试验目的与原理 301

15.3.2 试验方法 301

15.3.3 试验数据分析 302

15.4 直流电阻测量 302

15.4.1 试验目的与原理 303

15.4.2 试验方法 303

15.4.3 试验数据分析 304

15.5 连接不良的热点（大电流—红外成像仪） 305

15.5.1 试验目的与原理 305

15.5.2 试验方法 305

15.5.3 试验数据分析 305

15.6 交流耐压试验 306

15.6.1 试验目的与原理 306

15.6.2 试验方法 308

15.6.3 试验数据分析 309

15.7 电容量测试 309

15.7.1 试验目的与原理 309

15.7.2 试验方法 310

15.7.3 试验数据分析 311

15.8 定子电容量增量测试 312

15.8.1 试验目的与原理 312

15.8.2 试验方法 313

15.8.3 试验数据分析 313

15.9 电动机定子的容抗试验 314

15.10 介质损耗（或功率）因数试验 315

15.10.1 试验目的与原理 315

15.10.2 试验方法 316

15.10.3 试验数据分析 317

15.11 功率损耗（介质损耗）因数增量试验 317

15.11.1 试验目的与原理 318

15.11.2 试验方法 318

15.11.3 试验数据分析 320

15.12 常规绕组的离线局部放电试验 320

15.12.1 试验目的与原理 320

15.12.2 试验方法 322

15.12.3 试验数据分析 324

15.13 逆变器馈电绕组的离线局部放电试验 326

15.13.1 试验目的与理论 327

15.13.2 试验方法和数据分析 327

15.14 定子绕组暗室遮光试验和紫外成像 328

15.14.1 试验目的和原理 328

15.14.2 试验方法 329

15.14.3 试验数据分析 330

15.15 定子局部放电部位探测试验 330

15.15.1 试验目的与原理 331

15.15.2 试验方法 331

15.15.3 试验数据分析 332

15.16 定子冲击电压试验 332

15.16.1 试验目的与原理 333

15.16.2 试验方法 335

15.16.3 试验数据分析 336

15.17 感抗试验 336

15.18 半导体涂层接触电阻试验 338

15.18.1 试验目的与原理 338

15.18.2 试验方法 338

15.18.3 试验数据分析 339

15.19 导体冷却介质管路电阻试验 339

15.19.1 试验目的与试验方法 339

15.20 定子槽楔敲击试验 339

15.20.1 试验目的与原理 340

15.20.2 试验方法 340

15.20.3 试验数据分析 342

15.21 槽部侧面间隙试验 342

15.21.1 试验目的与原理 342

15.21.2 试验方法 343

15.21.3 试验数据分析 343

15.22 定子槽部径向间隙试验 343

15.22.1 试验目的与原理 343

15.22.2 试验方法 344

15.22.3 试验数据分析 344

15.23 定子绕组端部动态特性试验 344

15.23.1 试验目的与原理 344

15.23.2 试验方法 345

15.23.3 试验数据分析 346

15.24 定子压力和真空衰减试验 346

15.24.1 试验目的与原理 346

15.24.2 试验方法和试验数据分析 347

15.25 转子磁极压降（电压降）试验 348

15.25.1 试验目的与原理 348

15.25.2 试验方法——凸极转子 348

15.25.3 试验方法——隐极转子 349

15.25.4 试验数据分析 349

15.26 转子RSO及冲击电压试验 349

15.26.1 试验目的与原理 350

15.26.2 试验方法 350

15.26.3 试验数据分析 351

15.27 笼型转子绕组测试仪 351

15.27.1 试验目的与原理 352

15.27.2 试验方法 352

15.27.3 试验数据分析 352

15.28 转子荧光着色渗透试验 352

15.28.1 试验目的与原理 353

15.28.2 试验方法与试验数据分析 353

15.29 转子额定磁通试验 353

15.29.1 试验目的与原理 353

15.29.2 试验方法 353

15.29.3 试验数据分析 354

15.30 转子单相旋转试验 354

15.30.1 试验目的与原理 354

15.30.2 试验方法 354

15.30.3 试验数据分析 354

参考文献 354

第16章 运行中定子和转子绕组的在线监测 358

16.1 温度监测 358

16.1.1 定子绕组温度测点 359

16.1.2 转子绕组传感器 360

16.1.3 数据的采集和分析 361

16.1.4 热成像仪 362

16.2 工况监测仪和标识化合物 363

16.2.1 监测原理 363

16.2.2 数据解读 365

16.3 臭氧 366

16.3.1 监测原理 366

16.3.2 数据解读 367

16.4 局部放电在线监测 368

16.4.1 监测原理 368

16.4.2 数据解读 376

16.5 电容和介质损耗因数在线测量 382

16.5.1 原理 382

16.5.2 数据采集与解读 383

16.6 绕组端部振动监测 383

16.6.1 监测原理 384

16.6.2 数据采集和解读 385

16.7 同步电机转子磁通监视 387

16.7.1 监测原理 387

16.7.2 数据采集和解读 392

16.8 电流特征分析 393

16.8.1 监测原则 393

16.8.2 数据采集 395

16.8.3 数据分析 396

16.9 轴承振动监测 398

16.9.1 振动传感器 398

16.9.2 异步电机的监测 398

16.9.3 同步电机的监测 400

16.10 定子绕组漏水监测 400

参考文献 401

第17章 铁心试验 403

17.1 插刀试验 403

17.1.1 试验目的及原理 403

17.1.2 试验方法 404

17.1.3 试验结果判断 404

17.2 额定磁通试验 404

17.2.1 试验目的和原理 405

17.2.2 试验方法 406

17.2.3 试验结果分析 412

17.3 铁心损耗试验 413

17.3.1 试验目的与原理 413

17.3.2 试验方法 413

17.3.3 试验结果分析 414

17.4 铁心低磁通试验（EL-CID） 414

17.4.1 试验目的和原理 415

17.4.2 试验方法 416

17.4.3 试验结果分析 419

参考文献 423

第18章 新绕组和重绕绕组的要求 424

18.1 定子和转子绕组技术规范的目标 424

18.2 规范中的细节与一般条款之间的权衡 425

18.3 规范的一般条款 426

18.4 新定子绕组的技术要求 427

18.5 绝缘的转子绕组技术要求 434

18.5.1 新的隐极转子绕组 435

18.5.2 隐极转子绕组的翻新与更换 437

18.5.3 新的凸极转子绕组 439

18.5.4 在役凸极转子绕组的翻新和修理 442

参考文献 443

第19章 新绕组的验收和现场试验 444

19.1 定子绕组绝缘结构的资质预选试验 444

19.1.1 绝缘介质损耗因数增量试验 444

19.1.2 常规绕组的局部放电试验 445

19.1.3 逆变器供电绕组的局部放电试验 446

19.1.4 脉冲（冲击电压）试验 446

19.1.5 常规绕组的电压耐久试验 447

19.1.6 逆变器馈电成型绕组的耐电压试验 448

19.1.7 热循环试验 449

19.1.8 热分级试验 450

19.2 定子绕组绝缘结构的工厂和现场试验 451

19.2.1 绝缘电阻和极化指数试验 451

19.2.2 相电阻和（或）热成像 452

19.2.3 交流和直流耐压试验 452

19.2.4 脉冲（冲击电压）试验 453

19.2.5 股间绝缘试验 454

19.2.6 功率因数增量试验 455

19.2.7 局部放电（PD）试验 455

19.2.8 半导体涂覆层试验 456

19.2.9 槽楔敲击试验 456

19.2.10 绕组端部锤击试验 457

19.3 转子绕组的工厂和现场试验 457

19.3.1 对所有带绝缘的绕组适用的试验 458

19.3.2 隐极同步电机转子绕组 459

19.3.3 凸极同步电机绕组 460

19.3.4 绕线转子异步电机转子绕组 460

19.3.5 笼型转子绕组 461

19.4 铁心绝缘的工厂试验和现场试验 462

19.4.1 铁心紧度试验 462

19.4.2 额定磁通试验 462

19.4.3 低磁通（EL-CID）试验 463

参考文献 463

第20章 维修策略 464

20.1 维修和检查的选择 464

20.1.1 故障后维修或补救性维修 464

20.1.2 基于时间的维修或预防性维修 465

20.1.3 基于状态的检修或预知性维修 467

20.1.4 检查 468

20.2 各种不同型式的电机适用的维修策略及实施措施 470

20.2.1 汽轮发电机 470

20.2.2 凸极发电机和电动机 473

20.2.3 笼型和绕线转子异步电动机 475

参考文献 478