电动机定子绕组匝间绝缘试验

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中试控股详细介绍高压电动机因匝间短路而烧毁,不仅运行中的电机常发生,新投入的电机也有发生的，所以，进行匝间绝缘试验很有必要，尤其是更换绕组的电机更有必要。

匝间短路的原因主要是制造质量不良、机械损伤、绝缘老化、绕组松动、振动使绝缘磨损或运行条件脏污等，通常用以下方法进行检测。

冲击电桥法接线图如图1所示。

图1：冲击电桥法接线图

L1、L2——被试相A、B的电感；L3——非被试相C的电感

将星形接线的被试绕组中心点引出，然后在任两相间接入接地的可变电阻R1及R2构成电桥回路，在AB间接检流计P或100μA的电流表。绕组的中性点接至0.5-0.7μF的电容器C的一极上，C的另一极接往直流电源的输出端。给上电源后，电容器C充电到一定程度将引起球隙F放电，形成振荡。

若电动机绕组中的电感L1、L2相等（即L1＝L2），R1与R2相等，桥路A与B之间将没有电位差。如被试两相中有匝间短路，则L1≠L2，电桥平衡被破坏，检流计P可反应出来。试验应采用灵敏度足够高的检流计。由于放电间隙的能量损耗，使振荡急剧衰减，并使加在绕组上的电压只有第一周波。故在绕组上电压的分布是不均匀的，首端较高，尾端较低。通常对额定电压Un为3kV的电机加压为5kV；6kV的加压为10kV。

冲击电桥法是检测电动机匝间绝缘的较简单方法，也便于现场使用。应用这一方法，可查出电机匝间绝缘破坏或很脆弱的缺陷，以免造成匝间短路烧毁电动机。

感应法基于变压器电磁感应的原理，即在一相绕组中通入一定值的交流电压，观察各绕组感应电压的大小，判断是否有短路。测出电压越小说明短路越严重。如发现零电压，说明出线短路或绕组连接有错误（一相内的组与组间方向接反）。试验接线如图2所示。

图2：感应法接线图

TR——单相调压器；PV1——电源侧电压表；PV2——测量感应电压的电压表

测量时轮换地从AN、BN和CN加压，分别测量未加压相绕组的感应电势。匝间绝缘完好的电动机，无论从哪相通电，感应电压是基本一致的。略有差异的原因是各相磁路不完全一样，这与有短路时大不相同。

（一）原理和接线

感应冲击法是将电动机转子抽出，用两个Ⅱ形铁芯放在被试的线槽上，在一个铁芯M1的线圈中通入冲击电流，通过磁通交链，在被试槽线圈中感应出电压；用另一个铁芯M2来探测故障。感应冲击法的优点是被试线槽中匝间感应冲击电压较高，而且全部绕组的匝间绝缘都均匀地受到试验，并能在判别故障的同时确定故障线槽的位置。缺点是要抽出转子，逐槽检查，费时间且不能适用于有并联回路的电机。

中试控股详细介绍感应冲击法试验接线如图3所示。

图3：感应冲击法试验接线

T1——试验变压器；R——保护电阻；R1——引燃电阻；C1C2——分压器；

C——冲击电容器；T2——引燃变压器；PV——峰值电压表；PS——示波器

交流电源经整流后向电容器C充电，充好后按下触发按钮SB，引燃变压器T2的高压侧带电，使下球极引燃针端部在球极圆孔中放电，致使主球隙F击穿。冲击电容器C经球隙向励磁铁芯线圈M1放电，冲击放电电流在铁芯中产生磁通φ1，使被试线槽内线圈的每匝导线上都感应出一定的冲击电压，匝间绝缘均匀地受到试验。如匝间绝缘损坏处击穿，该线圈中就有电流，产生磁通φ2，使故障探测铁芯M2的线圈中感应出电压，这个电压u值用高压峰值电压表或一次扫描示波器显示出来。根据指示值或波形变化即能判断有无匝间故障，波形图如图4所示。

图4：探测铁芯的感应电压波形

由图可见，良好线圈匝间的感应电势波形随时间分布均匀，且幅值较低；匝间击穿者电势波形幅值急增，且随时间衰减。

励磁铁芯尺寸可根据电动机的槽齿尺寸设计。如图5所示的铁芯系由0.35mm厚的硅钢片制成，装配厚度为400mm，两柱间的宽度L等于被试电动机的槽宽，硅钢片间的绝缘需加强。

图5：励磁铁芯的结构

励磁线圈共4匝，每柱上绕2匝相串联。线圈和引线应有足够的绝缘强度，能长期耐受25kV冲击电压。故障探测铁芯可比励磁铁芯略小，线圈用直径为0.19mm的漆包线绕100匝后用屏蔽线引出。流过励磁铁芯线圈的冲击放电电流i的波形如图6 (a)所示。当充电电压为25kV时，电流幅值约为4000A。被试线槽中线圈的匝间感应电压u的波形如图6(b)所示。

匝间感应耐压的幅值与设备参数有关，通过改变励磁线圈的匝数可使电压得到调节，一般为2~2.5kV。设备参数主要由试验确定。

图6： 励磁线圈电流和定子匝间感应电压的波形

（a）励磁线圈电流波形；（b）匝间感应电压波形

图7所示谓引燃球极的结构。

图7： 引燃球隙的结构

图8所示谓测量用电容分压器的原理接线。

图8：电容分压器

图8中，C1可用高压瓷质电容串联，C2可用云母电容。被测信号用高频同轴电缆引导测量仪表，电阻r1应等于电缆波阻抗z，以免波反射。r2为分压器低压臂并联电阻。

（二）试验程序

(1)按感应冲击法试验接线图3接线；

(2)将试验用铁芯置于被试定子的线槽上，调整球隙距离，使在所需的充电电压下不会自行放电。

(3)接通电源升压后(充电时间约10-30s)，用峰值电压表或示波器经电容分压器测量匝间电压。

4）在达到所需的匝间电压后，把峰值电压表接到故障探测铁芯上，调整电阻r2．使峰值电压表在匝间无故障时约指示10格左右（满刻度100格），再把附加线圈短路，核对峰值电压表的读数是否剧烈增大。

(5)逐槽进行试验，每线圈试验三次。由于每个线圈有两个边，故只要按照线圈接线图对1/2的槽进行试验即可。

（三）试验有关的几个问题

1、匝间感应电压的测定

直接测量被试线槽中的线匝感应电压的方法，是将被试线圈端部绝缘刺穿，用示波器或峰值电压表测量相邻两匝间的感应电压。但这不适于运行中的电机，对运行中的电机采用附加线圈n的办法为宜。即用一匝绝缘导线放在被试线槽中的楔条上，它的另一边从隔壁线槽引出，如图3所示。这个附加线圈的感应电压能代表被试线圈中的匝间感应电压。试验证明，用附加线圈测量匝间电压，其幅值和直接测量时相同，但波形略有不同，如图9 (b)所示。

图9：感应电压波形图

(a)槽中被试线圈电压波形；(b)附加线圈电压波形

图中，附加线圈测得的波头陡(约0. 5μs)，这是因为不与其他线圈相连，两端对地杂散电容小的缘故。

用阴极示波器测量波头陡的附加线圈电压较容易。但用峰值表测量就要考虑到峰值表的性能，如峰值表只能测波头为1μs以上的冲击波，可在电容分压器前串以适当电阻R2，使分压器C2上输出的电压波头延长到2- 3μs，而幅值不变，其电路和波形如图10所示。

图10：接入电阻R2时的电路和电压波形

（a）电路；（b）波形

当用峰值电压表能直接测量被试线圈的匝间电压（刺穿端部绝缘）时，就不必在分压器上串联电阻。

电容充电电压和匝间感应电压的关系基本上是直线关系。如需要较高的匝间试验电压，可用两个冲击回路和两个励磁铁芯（M11及M12），用一对球隙控制，接线如图11所示。此时应注意，两个铁芯的匝间感应电压极性必须一致。

图11：产生较高试验电压的回路连接

2、线圈出现端电压升高

试验时，如果被试线圈两端开路，该线圈的感应电压以进行波形式向两端传播，则到终端产生正反射使终端电压升高到(1.6-1.9)ur，（元件电压ur等于槽中同相线圈匝数乘以每匝感应电压）。
为了消除两端电压升高的现象，以免匝间试验影响主绝缘，可在各相线圈的两端用电阻短路，该阻值应接近绕组的波阻抗。为了方便，通常是在试验时将三相绕组的六个线端都经电阻R (400 – 1500Ω)接地，如图12所示，图中M1、M2见图3。

图12：试验时电机线圈的连接

旋转电机绕组间的电容耦合较小，抽出转子后，绕组间的电磁耦合也很小。所以，非被试的两相绕组两端对地感应电压也很小。试验证明，在邻近的槽（即使是同相的）上测得的匝间电压也较小，远处元件的匝间电压就更小了。这样，仅被试槽中的线圈匝间绝缘受到试验，并不影响其他线圈。

这一方法主要适用于单个线圈的试验。因为运行中的电机，不能对每个线圈元件进行试验，只能把试验电压加在被试相整个绕组的出线端。而冲击电压沿整个绕组分布不均，大部分电压加在开始的第二、三个线圈上，不能使中部和尾部线圈受到试验。直接冲击法试验适用于更换线圈的时候，其试验接线如图13。

图13：直接冲击法试验电路

C——10kV，0.33μF电容器；C0——600V，2μF电容器；

C1——20kV，50pF电容器；C2——400kV，0.2μF电容器

冲击加压电路基本原理与感应冲击法是相同的，不再详述。所加电压由线棒匝数和电压等级确定，从试验变压器的一次侧电压表读取试验电压数值。试验进行三次，每隔5s一次。

良好绕组和有匝间短路绕组电压u的波形如图14所示。由图可见，良好绕组u的波形随时间衰减较慢，匝间存在短路的绕组u的波形随时间衰减较快。

图14：线圈的电压波形图

（a）良好线圈；（b）匝间短路线圈

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