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| 标准编号 | GB/T 20833.1-2021 (GB/T20833.1-2021) | | 中文名称 | 旋转电机 绕组绝缘 第1部分：离线局部放电测量 | | 英文名称 | Rotating electrical machines -- The winding insulation -- Part 1: Off-line partial discharge measurements | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | K20 | | 国际标准分类 | 29.160.01 | | 字数估计 | 58,516 | | 发布日期 | 2021-03-09 | | 实施日期 | 2021-10-01 | | 旧标准 (被替代) | GB/T 20833.1-2016 | | 起草单位 | 上海电机系统节能工程技术研究中心有限公司、安徽省电机产品及零部件质量监督检验中心、山西电机制造有限公司、铜陵精达特种电磁线股份有限公司、卧龙电气驱动集团股份有限公司、山东华力电机集团股份有限公司、东方电气集团东方电机有限公司、哈尔滨大电机研究所、上海电器设备检测所有限公司 | | 归口单位 | 全国旋转电机标准化技术委员会(SAC/TC 26) | | 标准依据 | 国家标准公告2021年第3号 | | 提出机构 | 中国电器工业协会 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会 | GB/T 20833.1-2021
Rotating electrical machines -- The winding insulation -- Part 1: Off-line partial discharge measurements
ICS 29.160.01
K20
中华人民共和国国家标准
代替GB/T 20833.1-2016
旋转电机 绕组绝缘
第1部分:离线局部放电测量
2021-03-09发布
2021-10-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
目次
前言 Ⅲ
引言 Ⅴ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 2
4 电机中局部放电性质 3
5 测量技术和仪器 6
6 测量可视化 8
7 试验回路 10
8 测量标准化 14
9 试验规程 16
10 试验结果的评定 19
11 试验报告 23
附录A(资料性附录) 试验频率的参数对试验过程的影响 25
附录B(资料性附录) 确定局部放电幅值的其他方法 26
附录C(资料性附录) 其他离线局部放电检测和离线定位的方法 29
附录D(资料性附录) 外部噪声、干扰和灵敏度 30
附录E(资料性附录) 噪声抑制方法 33
附录F(资料性附录) 局部放电数据和相位可辨识的局部放电图的评价 38
附录G(资料性附录) 完整绕组试验电路 42
附录H (资料性附录) 宽带和窄带测量系统 48
参考文献 50
图1 不同时间常数下耦合单元与局部放电脉冲的频率响应 7
图2 局部放电量与测量电压的函数关系Q=f(U/Umax) 8
图3 PRPD谱图示例 9
图4 符合IEC 60270的基本试验回路 11
图5 完整绕组局部放电测量的试验回路 12
图6 S1.1试验回路的标准化 15
图7 局部放电测量期间对试品施加的电压 17
图8 局部放电源的辨识和定位示例 22
图B.1 极化效应指标示例 26
图B.2 A/D转换精度的影响及Qr的计算实例 28
图D.1 多个电流分量对试品再充电 30
图E.1 无相位窗遮蔽 33
图E.2 有相位窗遮蔽 33
图E.3 通过测量装置的脉冲电流 34
图E.4 噪声抑制的示例 36
图E.5 抑制交叉噪声示例 36
图F.1 局部放电图示例 38
图G.1 星形和三角形连接的说明图,参见7.3 42
图H.1 宽带和窄带局部放电系统的典型脉冲响应 49
表1 开路星形点连接图S1 12
表2 闭路星形点连接图S2 12
表3 开路星形点连接图E1 13
表4 闭路星形点连接图E2 13
表5 在高压测量的开路星点连接I1 14
表6 在星点测量的开路星点连接I2 14
表7 闭路星形点连接图I3 14
表A.1 宜使用的最小测试时间和最大转换速率 25
表F.1 旋转电机中主要局部放电源相关的危险性 40
旋转电机 绕组绝缘
第1部分:离线局部放电测量
1 范围
GB/T 20833的本部分规定了旋转电机绕组绝缘离线局部放电测量的通用基础规范:
---测量方法和仪器;
---试验回路的布置;
---试验规程的标准化;
---噪声的降低;
---试验结果文件编制;
---试验结果评价。
本部分中描述的试验方法适用于槽部有或无防晕层电机的定子绕组,以及采用成型绕组或散绕绕
组制造的电机定子绕组。在特殊情况下,本部分也适用于高压电机转子励磁绕组。测量方法适用于频
率为0.1Hz~400Hz的正弦交流电压下试验。参见附录A。
本部分给出的解释指南只有满足下述要求时适用:
---在50Hz/60Hz工频下或在45Hz~65Hz的电源频率范围内进行测量;
---成型绕组及绕组组件,如线棒及线圈;
---带有槽部防晕结构的绕组,通常对额定电压6kV及以上的电机有效。
对于散绕绕组电机,无槽部防晕层的成型绕组,以及非工频下的试验,解释指南不适用。本部分离
线局部放电测量规程可用于评估制造质量的一致性或该类绕组的趋势,变频电机绕组也同样适用。
注:Ⅰ型绝缘结构低压电机测试的规定见IEC 60034-18-41。Ⅱ型绝缘结构高压变频电机的鉴定试验规程见
IEC 60034-18-42(不包括可选测试部分)。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
IEC 60034-18-32 旋转电机 第18-32部分:绝缘结构功能性评定 成型绕组试验规程 电压耐
IEC 60034-18-42 旋转电机 第18-42部分:电压型变频器供电的旋转电机耐局部放电电气绝缘
cationtests]
IEC TS60034-27-2 旋转电机 第27-2部分:旋转电机定子绕组绝缘在线局部放电测量
IEC 60034-27-4 旋转电机 第27-4部分:旋转电机绕组绝缘的绝缘电阻和极化指数测量
3.9
在预先设定的测量时间内,一系列脉冲幅值等间距窗口内的脉冲数目。
3.10
在预先设定的测量时间内,一系列脉冲相位等间距窗口内的脉冲数目。
3.11
局部放电幅值与交流周期相位的脉冲矩阵图,表征在预先设定的测量时间内的局部放电现象。
注:可用另一种表示方式,例如频率和时间的关系图。
3.12
耦合装置 couplingdevice
通常是有源或者无源的四端网络,把输入电流转换成输出的电压信号。
注:信号通过传输系统传输到测量仪器,通常耦合装置频率响应的选择至少可以有效地阻止试验电压频率和谐波
进入测量仪器。
3.13
局部放电耦合单元 PDcouplingunit
一个低感高压耦合电容和一个低压耦合装置串联而成。
3.14
Qm
与每秒10个脉冲的局部放电脉冲重复率相关的最大幅值,它可以直接从脉冲幅值分布中推断
出来。
注:其他重复率可用于定义Qm。如果使用其他重复率,则需要说明,例如每秒50或60个脉冲,即Qm50或Qm60。参
见附录B。
3.15
Qiec
根据IEC 60270,由测量设备记录的具有脉冲序列响应的加权幅值。
注:在本部分中,符号Q 用作定义电荷Qm 和Qiec的符号。
3.16
噪声 noise
不是脉冲且不是由定子绕组产生的信号。
3.17
干扰 disturbance
不是局部放电但可能具有类似局部放电特性的脉冲信号。
4 电机中局部放电性质
4.1 局部放电的基本原理
通常,局部放电(PD)发生在绝缘材料介质性能不均匀的位置,在这些位置,局部电场强度会增强,
由于局部电场强度过大,将导致局部击穿。该局部击穿不会导致整个绝缘结构的击穿。通常局部放电
需要一定的气体空间来发展,例如填充在绝缘体内部、临近导体或者绝缘体分界面的气体孔隙。
当一个不均匀的局部场强超过其击穿场强时,会出现局部放电,在施加电压的一个周期内会导致数
个局部放电脉冲产生。在使用云母绝缘的旋转电机中,不可避免地会有许多缺陷,例如出现在绝缘材料
的孔隙和绕组绝缘分层处的老化部分。因此,测量到的信号往往是多个不同放电强度的局部放电源的
叠加值。
放电时转移的电荷量与相关材料的尺寸和材料特有的介电性能的不均匀特性密切相关,如表面性
质、气体类型、气压等。
定子绕组绝缘结构(如IEC 60034-18-42中定义的Ⅱ型电机)在运行中会有局部放电现象。因为含
有无机云母组分,所以这种绝缘结构对局部放电具有天然的耐受性。然而,在电机中出现明显局部放电
通常是绝缘缺陷的征兆,例如制造质量问题或者运行中的劣化,而这并非其失效的直接原因。此外,还
取决于特定条件下的局部放电源及其幅值,它可能转化成为局部绝缘老化的重要因素。失效时间与局
部放电水平无关,但与其他因素,例如运行温度、槽楔情况、污染程度等密切相关。
特定局部放电测量和分析可用于新绕组和绕组部件的质量控制以及绝缘缺陷的早期检测,绝缘缺
陷由运行中的热、电、环境和机械应力等因素引起。可导致绝缘故障。
4.2 电机局部放电类型
4.2.1 概述
高压电机的绝缘结构中通常会出现局部放电,但局部放电的大小、数量和位置取决于电机的设计、
材料、制造工艺、质量、运行环境和老化状况。对于特定的电机设计,所用绝缘材料的特性、制造方法、运
行条件等能极大地影响局部放电的数量、位置、特征、发展趋势和意义。对于给定的电机,在大多数情况
下,通过局部放电的特征,可鉴别和区分不同的局部放电源,也可通过附加诊断测试和目视检查来验证。
4.2.2 内部放电
4.2.2.1 内部孔隙
虽然生产工艺的设计要使内部孔隙最小化,但是一般用于高压旋转电机的树脂浸渍云母带绝缘结
构中不可避免的有孔隙存在。由于局部放电常见于高压电机中,因此绝缘结构中的云母只在规定的老
化条件下确保电机的运行寿命。详细信息见IEC 60034-18-32。
4.2.2.2 内部分层
主绝缘的内部分层可能是由于生产期间树脂浸渍不当或绝缘结构不完全固化或者在运行期间机械
或热应力过大导致的。绝缘老化也会导致分层,而老化引起的分层通常是一个长期过程。因此,老旧绝
缘结构中的分层是绝缘老化的明显标志。大的孔隙会形成一个大的表面,该表面会引起相对能量高的
放电,会严重地损坏绝缘。特别是分层会降低绝缘的热传导,导致加速老化。因此当评估局部放电时,
要仔细考虑分层因素。
4.2.2.3 绝缘导体和主绝缘的分离
在导体和主绝缘之间(轴向)存在的空气或气体填充的细长间隙引发了分层局部放电。过热或极端
的机械应力都会导致层与层之间大范围的分离。
4.2.3 槽放电
在高压电机中,当部分槽部防晕层受损时,会产生槽放电。槽放电可能是由于防晕材料杂质引起的
局部电场强度增大,或是由于槽内或槽口区域线圈/线棒的移动所造成,例如由于材料沉积、侵蚀、磨损,
化学侵蚀或制造缺陷而导致槽楔失去压力。当线圈/线棒松动时,电磁力将使其在槽内振动,导致槽部
防晕层和绝缘磨损。在槽部防晕层已经发生局部损坏的情况下,接地金属电极(铁心槽部)与主绝缘表
面之间就开始出现具有高脉冲幅值的局部放电点。这类放电主要发生在定子绕组中的线棒或线圈的端
部高场强高处。局部放电通过侵蚀主绝缘导致其加速老化。严重时,线圈松动也会导致机械磨损。
高压引起的槽放电会使绝缘受到侵蚀,在高压侧附近的线圈/线棒处更严重。因此,槽放电发生时,
离线局部放电测量将提供不同的局部放电强度,有时会在出线端和中性点产生。
电机在运行期间槽内线圈/线棒的振动可能是槽部防晕层损坏的最初状态,例如由于电磁力的作用
导致线圈/线棒松动和线棒、线圈不紧固。在某些特定条件下,电机运行期间可能出现振动火花。这是
由于电磁感应电压引发的驱动电流间歇性中断造成的。虽然它不是局部放电现象,但在测量时也可能
发生。
当槽部防晕层因振动火花劣化时,槽放电可在电机停止运行后测量。振动火花是由磁场引起,这种
现象主要发生在槽部出线端到中性点的线棒或线圈上,其现象可在绕组的两侧进行测量。进行比较测
量时(包括图像分析)可观察到振动火花产生的现象。
4.2.4 绕组端部间隙与表面放电
在绕组端部区域,电场强度高的位置可能出现局部放电,这样的放电常常出现在定子绕组端部不同
部分之间的界面。如果设计界面欠佳、污秽、气孔、热效应等使绕组的端部防晕层失效,造成端部不均匀
的电场梯度。这将导致其表面放电的持续发展从而逐步侵蚀绝缘和表面材料。虽然由于表面的影响,
局部放电会产生相对较快的变化,但通常这是慢速失效机理。局部放电可能会因受表面影响而产生相
对较快的变化。
另外,由于界面不够清洁,如端部支撑结构的部件,局部放电可能出现在相间,或者在绕组端部表面
产生相对地放电。
4.2.5 外来导电物放电
绕组被导电性杂质污染的部分会造成局部放电强度集中。这会导致绝缘的局部损坏。较大的金属
件更具有破坏性,如损坏的螺栓或螺钉和遗忘的工具。除了局部放电集中和其潜在的破坏性影响以外,
它还会导致对设备的二次冲击,例如金属碎片受磁场影响造成的机械磨损。
这些可能会导致......
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