电机绝缘结构故障诊断与研究.doc

1、电机绝缘结构故障诊断与研究摘要：电机绝缘结构是各类电气设备（包括发电机、电动机、变压器、开关、继电器、家用电器等）的重要组成部分，其作用是隔离带电体与地，以及异体之间的不同电位。电器设备通电后，绝缘结构上就承受了工作电压，绝缘结构性能优劣直接影响到电气设备的安全性，可靠性和使用寿命。对于任何一台电机来说，定、转子绕组，以及铁芯叠片之间的电气绝缘对电机的使用安全、可靠性及寿命有重大影响，绝缘故障会直接间接地引起电机故障，降低可靠性和导致强迫停机，增加维修工作和修理费用。本文对电机绝缘故障产产生原因进行了分析，并对绝缘老化进行了分类，对低压异步电机和交流电机的绝缘结构作了介绍。给出了常用的电机绝缘

2、故障诊断方法和诊断程序，并在此基础上介绍了传感器和虚拟仪器在电机绝缘故障检测中的应用，最后通过一组试验对电机绝缘故障的产生与处理进行了详细的分析。关键词：电机、绝缘、结构、故障诊断 Motor insulation fault diagnosis and researchAbstract: motor insulation structure is all kinds of electric equipment (including generators, motors, transformers, switch, relays, household electric appliances,

3、etc) is an important part of, its effect is belt electricity body and ground, and with the difference between the potential. Electrical equipment after electrify, insulation structure on the work under voltage, insulation structure performance quality directly affect the electrical equipment safety,

4、 reliability and service life. For any motor for, the stator and the rotor winding, and between laminated core of the electrical insulation of the use of motor safety and reliability and life has great influence, insulation fault will direct indirect cause electrical fault, reduce the reliability an

5、d lead to forced outage, increase the cost of repair and maintenance work.This paper in motor insulation fault reasons were analyzed, and the insulation aging, the classification of low voltage ac induction motor and ac motor insulation structure is introduced in this paper. Given the commonly used

6、motor insulation fault diagnosis method and the diagnosis program, and based on this, advances the sensor and the virtual instruments in motor insulation fault detection, the application by a set of test last motor insulation fault production and processing the detailed analysis.Keywords: motor insu

7、lation fault diagnosis目录引 言4第一章 电机绝缘系统的构成及概述51.1绝缘系统51.1.1 对绝缘结构的要求51.1.2 绝缘结构的组成单元51.1.3 绝缘结构的耐热等级61.2 低压异步电机的绝缘结构61.2.1 选择绝缘材料与绝缘结构应考虑的因素61.2.2具体绝缘要求71.3交流电机的绝缘结构91.3.1导体绝缘91.3.2主绝缘结构101.3.3绕组固定11第二章 绝缘结构的故障检测132.1绝缘诊断概述132.1.1绝缘老化132.1.2绝缘诊断的内容和程序142.2电机绝缘故障的检测152.3先进故障检测方法162.3.1 传感器信息融合在电机绝缘故障中

8、的应用162.3.2 虚似仪器在发电机机缘检测中的应用19第三章 电机绝缘故障的诊断243.1设备诊断技术的概念243.2电机故障诊断技术243.2.1 电机故障诊断技术的特点253.2.2常用电机故障诊断技术253.3电机绝缘故障的诊断及处理263.3.1试验分析263.3.2 处理31参 考 文 献35致 谢36引 言电机的正常工作对保证生产制造过程中的安全、高效、敏捷、优质及低耗运行意义非常重大，在工业生产和人们是生活中的应用日益广泛。但是，电机具备在长时间的工作中，由于运行中自身的负荷、损耗、故障、电、热、机械、周围环境等各种因素，不可避免地会产生故障。一旦发生就可能破坏整台设备甚至影

9、响整个生产过程，造成巨大经济损失甚至给人们的生命带来灾难。因此，电机故障进行诊断及早发现故障和预防故障的进一步恶化，减少突发事故造成的停产损失，减少对人员和安全的威胁；并且研究电机故障诊断还还可为电机设计制造者提供经验，积累数据。有助于电机性能及可靠性的改进；同时对电机故障定位、决策及维修也有重要的作用。生产中对关键设备的检查带来了巨大社会效益，主要包括；预防事故，保证人身和设备的安全；推动设备维修制度的改革及提高经济效益。这些效益正不断地为人们所认识，人们也越来越重视诊断技术的发展。障诊断的主要任务有：故障检测、故障类型判断、故障定位及故障恢复等。其中：故障检测是指与系统建立连接后，周期性地

10、向下位机发送检测信号，通过接收的响应数据帧，判断系统是否产生故障；故障类型判断就是系统在检测出故障之后，通过分析原因，判断出系统故障的类型；故障定位是在前两部的基础之上，细化故障种类，诊断出系统具体故障部位和故障原因，为故障恢复做准备；故障恢复是整个故障诊断过程中最后也是最重要的一个环节，需要根据故障原因，采取不同的措施，对系统故障进行恢复。第一章 电机绝缘系统的构成及概述1.1绝缘系统1.1.1 对绝缘结构的要求绕组是实现能量交换的主要部件，是由导电性良好的导体和不导电的绝缘层所构成，导体的作用是构成电器的电路，绝缘层的作用是隔离电路与磁路、导体之间、以及带电导体与地之间不同的电位。为了减少

11、铁芯中涡流产生的损耗和阻尼作用，铁芯叠片之间也用绝缘作为隔离层，通常是极薄的一层漆膜。电机内的绝缘层往往是由几种绝缘材料组成，并经过各种工艺处理。如包绕、烘压、浸漆、表面处理等，这种由多种绝缘材料经过加工和特殊处理形成的复合绝缘层，通常称为绝缘结构。绝缘结构比单一的绝缘材料具有更好的电气性能、防潮性能、机械强度、倒热性和整体性。电机内因有数种绕组，往往有几种不同的绝缘结构，他们全体构成了电机的绝缘系统。电机的运行性能和使用寿命，与绝缘材料和绝缘材料的性能密切相关，很大程度上取决于他们的电、热、力学、理化性能。电机要能在恶劣的环境和严苟的运行条件下可靠工作，绝缘结构应具备电气强度高、耐热性高、导

12、热性好、防潮、防尘性好、机械强度高和便于维修等特点，此外对于在湿热带、海上等环境工作的电动机，其绝缘结构应经过特殊处理。1.1.2 绝缘结构的组成单元电机内有几种不同的绝缘结构，每种绝缘结构的制作都必须根据绝缘制作工艺操作文件绝缘规范来进行。绝缘结构是由很多种绝缘材料组成的，他们的作用和性能也各不相同。绝缘的单元结构主要由下列几种：（1）匝间绝缘。用来隔离同一绕组内不同电位的导体，片间绝缘与股线绝缘也属匝间绝缘性质，其承受电压较低。（2）对地绝缘。是主绝缘，承受对地电压，其作用是隔离地与导体之间的电位，要求有较高的电气强度，绝缘层的厚度根据电机的电压等级来确定。（3）层间绝缘。用来作为上、下层

13、导线，或上、下层绕组之间的绝缘，要求有较好弹性和韧性。（4）保护绝缘。用来保护主绝缘，使主绝缘减少制造过程和运行过程受到的机械损伤。保护绝缘要求具有某种好的机械性能，而不要求过高的绝缘性能，保护绝缘最常见的是线圈最外层的保护布带、横槽等。（5）支撑绝缘。主要用来使绕组和带电部件在电机内能可靠地定位和固定，引线夹板，端子板、端部绑扎机等皆属支撑绝缘，支撑绝缘要有较好的强度，并在长时间工作中不应变形。每种绝缘结构都是由上述绝缘的单元结构不同形成的组合。1.1.3 绝缘结构的耐热等级电机内的各种绝缘结构，在长期强电场、高温下运行，其电气和机械性能都将逐渐下降。这是由于绝缘层内有机物中挥发性成分的逸出

14、、氧化裂解、热裂解、水解等化学、物理变化，致使绝缘层变硬、变脆和出现裂纹，而导致力学、电气、理化性能变差，这是通常的绝缘老化现象，是一种劣化的过程。绝缘材料老化的过程中，起主要作用的是长期高温，即所谓的热老化。因此，提高绝缘材料和绝缘结构的耐热性，是改善电机性能，延长使用寿命和提高运行可靠性的重要措施。不同的绝缘材料有不同的耐热性能，电机内的绝缘结构都应有相同的耐热等级。出温度因素外，臭氧、日光照射、电场、机械振动和冲击都是加速老化的因素，老化实际上是绝缘结构材料劣化的综合表现。1.2 低压异步电机的绝缘结构低压异步电机的绝缘结构包括带线绝缘、匝间绝缘、槽绝缘、层间绝缘、相间绝缘，固定支撑和绑

15、扎绝缘引线绝缘及绝缘处理。根据耐热性绝缘材料份A,E,B,F,H级，耐热性依次增高，绝缘结构分级亦依次增高。据统计，低压异步电机的烧毁约70%由绝缘损坏造成，电机在重绕修理中一般都是按照原设计的绝缘结构进行装置，如能根据电机的实际使用条件及环境配置绝缘结构，会大大延长电机的使用寿命，节约修理费用。1.2.1 选择绝缘材料与绝缘结构应考虑的因素（1）环境因素 电机的使用环境主要是指自然环境、电源环境、机械环境。电机重绕修理时，应在认真调查、落实、分析、研究其使用环境特点后，再结合原来的绝缘结构去设计配置新的绝缘结构。比如：在潮湿地沟或水泵房使用的电机，选择绝缘结构时应充分考虑绝缘材料的防湿耐水性

16、：使用在高温煤尘较大场合的电机，应升级使用部分绝缘结构，增大导电部分的对地距离，增大槽绝缘的爬电距离，以防煤尘进入电机造成短路故障。 （2）绝缘结构工艺绝缘结构的工艺影响电机整机绝缘状况及散热性。使用复合绝缘材料比使用多层组合绝缘结构工艺简单，散热性好，结构紧凑，便于嵌线。绝缘结构的几何尺寸一定要符合设计要求的精度。所用绝缘材料应无破损，无皱折，干燥清洁。同一类型绝缘结构，几何尺寸应统一标准。嵌线中若局部绝缘被损坏，可以经行局部加强处理。 （3）绝缘材料的成本在保证电机使用寿命、安全性、可靠性的前提下，优先选用价格低、绝缘水平高，或价格较低绝缘水平能满足绝缘结构要求的绝缘材料。1.2.2具体绝

17、缘要求（1）匝间绝缘 匝间绝缘是指电机绕组中导线与导线间的绝缘。选用不同的电磁线，绝缘等级不同。正常运行的电机匝间电压很低，电机处在换路瞬间操作电压峰值能达到额定电压的两倍，因此对于频繁启动或经常性过载运行的电机可采用绝缘等级较高的电磁线，如玻璃丝包聚酯漆包线、有机硅漆浸渍玻璃丝包线或聚酞胺漆包线。（2）对地绝缘绕组的对地绝缘结构有两种形式：复合材料绝缘结构，多层组合绝缘结构。前者比后者的剪裁工艺简单，粘接性好，占用空间少。复合绝缘由几层粘合在一起，但各层的作用不同。如DMD复合绝缘材料，D为聚酷薄膜。嵌线时靠近槽壁的聚酷纤维无纱布主用起机械保护作用、防止损伤主绝缘;靠近导线的纤维无纱布主要防

18、止嵌线过程中损伤主绝缘；介于两者之间的聚酚薄膜主绝缘是承受电气击穿强度的。槽绝缘受到的机械力随电机运行电流和电压等级的提高相应增加。为满足机械力和爬电距离的要求，应增加绝缘材料。有两种形式，一种是槽绝缘不伸出槽口，一种是伸出槽口。伸出槽口要剪掉槽口处多余的绝缘材料，造成浪费，嵌线时槽绝缘出口处要承受较大的电磁力，因此应加强出口处绝缘的机械强度，通常把伸出槽口的绝缘纸弯折。方法有两种，一种是弯折部分进入槽内，一种是弯折部分不进入槽内与槽平齐，为小型电机也可不弯折。嵌线完毕，将槽绝缘顺序卷压后打入槽楔，槽楔的作用是固定槽内线圈，防止外部机械损伤。槽楔长度与槽绝缘垫入槽内的实际长度相等。槽楔的选用，

19、可按照电机整机的绝缘等级要求确定，具体材料规格可参照有关设计手册。绝缘结构的耐热等级可见表11表11 绝缘结构的耐热等级耐热等级YAEBFH允许最高温度（）90 105120130155180（3）层间绝缘和相间绝缘 层间承受相电压，层间绝缘的结构槽绝缘。层间绝缘的宽度以包住线圈的直线部分为宜，并使层间线圈绝缘。相绝缘是三相绕组端部线圈不同相之间的绝缘。端部线圈比置于槽内的线圈松散，散热性差，因此适当增加相绝缘对电机的长期安全可靠运行是非常有益的。在电机的重绕修理中相绝缘应升级，选用绝缘等级高、耐热性好、耐老化、高温下易收缩的绝缘材料。相绝缘应能保证可靠分离绕组端部异相线圈，其制作是将正方形的

20、绝缘纸沿对角线折成三角形，再剪去多余部分即可。容量较大电机相绝缘应增强。有时同相线圈的端部用玻璃丝包扎。包扎后绕组的散热性减弱，故容量小的电机不包尖。相绝缘是很重要的一项内容。经验证明，电机烧毁几乎全部发生在绕组的端部，因此选择相绝缘时应依据电机原相绝缘结构，适当增强端部相绝缘，这有助于电机的安全运行。（4）引出线电机通常采用丁晴橡胶股电缆引出线。引接线与绕组的接头处用玻璃丝带或聚酷薄膜带包扎后套绝缘管。引接线的选择，一要满足启动电流对截面的要求，二要看引线的完好状况，有无老化、破裂现象。 （5）端部整形及绑扎整形应尽量压紧端部绕线包。为了防止飞弧，绕组的对地最小距离应小于10mm。整形完毕，

21、要对端部较长的绕组进行绑扎，端部长度不同，则端部匝数和绑扎道数不同，具体要求根据原设计及修理经验确定。1.3交流电机的绝缘结构1.3.1导体绝缘（1）绕组线绝缘目前水轮发电机、汽轮发电机条式线圈导体基本都是采用的双玻璃丝包线或双玻璃丝包漆包线SBEB或SBEQB，绝缘厚度为0.40mm，其击穿电压在500V以上，但实际上单匝线圈的股线电压仅只有几伏，用击穿电压有500V的绝缘来绝缘几伏的电压，造成绝缘的浪费和结构设计的不合理。在绝缘技术方面有理由采用较薄的绝缘厚度0.180.20mm，国外大电机制造公司较为常用的绝缘厚度。国内0.20的双玻璃丝包线或双玻璃丝包漆包线的击穿电压为300V，完全可

22、以满足电机绝缘结构设计和实际需要并可以较大地降低线圈高度尺寸。如对于5060根导线组成线圈导体其绝缘在高度方面的占有量为： 对于0.40mm厚绝缘导体2631x0.40=10.4012.40mm。约为13.4%以上。对于0.20mm厚绝缘导体2631x0.20=5.206.20mm。约为6.7%以上高度降低一半，对于定子槽深度降低了10mm以上，可极大地改善电机设计技术经济指标。圈式线圈的导线目前基本上都是采用的双玻璃丝包薄膜线包线，绝缘厚度0.50.6mm，其特点是绝缘击穿电压高，可以达到5000V以上，为上玻璃丝包线的10倍，这样做的目的是可以用股线绝缘来代替全部或者部分匝间绝缘，在线圈制

23、造时尽可能做到不包或者少包匝间绝缘，减少个工人劳动强度，保证就绝缘强度，这在一定程度上是合理的，但就交流电机圈式绕组而言有很大的局限性。以股线绝缘部分或全部代替匝间绝缘，对于单根或者双根并绕的线圈效果是明显的、合理的，但是对于像8根并绕或3根以上叠绕的线圈也采用0.500.60mm厚的绝缘导线就显得不合理了，这是因为在如此厚的股线绝缘的作用，造成了绝缘的极大浪费并且占据了很大的高度尺寸，如按4根线高度计算，每匝的股线绝缘就有2.02.4mm而实际有用的也只是很小一部分为0.50.6mm。从经济角度讲，用双玻璃丝包薄膜绕包线价格高出双玻璃丝包线很多，如常用的双玻璃丝包亚胺薄膜绕包线就高出近一倍，

24、因此无论在经济上还是在技术上，圈式线圈的导线按其股线的数量来选择股线绝缘是完全有必要的。（2）导体绝缘材料绝缘主要包括排间绝缘，换位绝缘，匝间绝缘和股间绝缘。排间绝缘应具有较好的粘结性能使得导线相互形成以个坚实实体，同时应具有较好的适形性，填充导线排列形成角部空间，并具有一定的耐电性能。随着电机的额定电压不断提高，从均匀电场的角度来讲，要求增大导线的R角。这样，导线排列形成的角部空间就更大了。目前排间绝缘采用的柔软云母板或多技云母板，其电气强度较高，但其机械强度和适形性不够，层间粘结力较差，且厚度较厚，不很合理，不能满足电机发展的需要，故排间绝缘应选择耐热性较好的适形性纤维毡，浸溃热固性的环氧

25、树脂胶，并同导线一起热压固化成型，在工艺上提供了导线相互粘结的胶黏剂，也可以充分填充股线排列形成的角部空间，使得股线的刚度大大提高，并且绝缘厚度由0.5mm降到0.3mm以下，使得绝缘结构设计更合理，这种排间绝缘国外已普遍使用，国内较薄的耐热性较好的适形纤维毡已批量生产，对于换位绝缘可视其情况，已采用浸溃热固性的环氧树脂胶的适形纤维毡为好，其可以与主绝缘有更好的粘结强度。1.3.2主绝缘结构(1)主绝缘材料0.14mm云母带的最大的特点是柔软性好，便于包扎，故此对截面尺寸较小，形状复杂的圈式定子线圈较为合适，采用0.14mm云母带是合理的，但对于大截面条形定子线圈因其绝缘厚度厚，线圈长，从绝缘

26、性能和劳动强度来讲都是不合适的，也采用较厚的0.17mm云母以提高其云母含量，该云母标重在120g/左右，云母含量约为48，线圈绝缘成型后的云母含量将达到5158,较 目前绝缘体系的云母含量有很大的提高，距离国外大电机制造公司用的云母带更加接近，国外常用的是0.180.22mm,其云母含量约150g/。(2)绝缘结构设计对于大型发电机定子线棒绝缘，其绝缘厚度应按工作电场强度2.02.2kvmm为好，目前设计的绝缘结构也大都按此原则选择的绝缘厚度：如对于15.75kv 水发 主绝缘厚度为4.5mm，工作场强为2.02kvmm 18kv 水发 主绝缘厚度为4.8mm，工作场强为2.16 kvmm

27、20kv 水发 主绝缘厚度为5.5mm，工作场强为2.09 kvmm防晕结构对大型发电机一般都采用“一次成型”结构，其良好的防晕性能和优异的电阻稳定性，使得各大电机厂沿用，但其防晕层厚，特点是端部防晕层和槽内导电防晕层搭接部位，厚度增加了一个高阻防晕层厚度约0.8mm，另外，还要加上一个附加绝缘层2、3层半叠包云母厚度约1mm，而对大型发电机定子线棒，大都采用的是模压成型工艺，模具不太可能在此制造成局部有台阶的模具，所以这些多出来的尺寸绝大部分都要由主角原来消化，即增大了该部位的压缩量，造成了局部绝缘厚度减薄，而这部分绝缘承受的电压同槽内绝缘一样，即使绝缘局部电场强度过高，限制了整个绝缘厚度减

28、薄，解决和改善方法可采用接内导电防晕层，采用“一次成型”防晕结构，端部采用涂刷或刷包防晕层，这样就不占用主绝缘尺寸。当然这样效果不一定很好，不过也可以满足实际需要。另一个改善的方案可以将附加绝缘由覆盖整个高阻防晕层并与导电层搭接，缩短到部分覆盖防晕层，即覆盖到由防晕层末端起的部分高阻层，也起到改善防晕层末端电场分布的作用，这样让出高低电阻防晕层搭接部分和部分厚度1.00mm左右，使得该部位和主绝缘厚度得到部分改善，另外也消除了线棒R外附加绝缘与防晕层脱壳发空的现象1.3.3绕组固定目前国内外绕组固定方式甚多，其目的都是将线棒牢牢地固定在槽内，使之不能产生振动和松动，但由于线棒同铁芯槽不可能很好

29、配合，存在有高点不稳定接触，而且，线棒绝缘在受到压力作用下，将会发生一定蠕变，造成槽内绝缘的下沉，这对于大型发电机更为严重，原因就是其线截面大、高度高、绝缘量大，产生蠕动量就变大，消除这些不利因素的方法就是采取适形可固化的槽底、层间垫条，配合加热或不加热预压紧工序，一般应预压48H以视好，同时使适形垫条中的树脂充分固化，也可以消除线棒、槽底及线棒之间的高点不稳定接触，最大限度的减少线棒绝缘的蠕动变形对将来使用的影响，故对于大型发电机定子线棒槽内固定采用预压和适形垫条是必要的，与之配合的是还应有弹性元件，使之始终存在一定的径向压力，保证线棒不振动，弹性元件目前有硅橡胶垫条和弹性波纹板，二者具有一

30、定的预压力，并永久并行保持在15以下，但两者的预紧力差别较大，硅橡胶垫条的预紧力一般在0.5MPa(压缩量为50)而波纹板可达1MPa。硅橡胶垫条在工艺上使用方便，材料成本相对较低，可用于槽电流6000A一下的发电机，配以双层对E1斜槽；对于水内冷的汽轮发电机，因其槽电流在10000A以上，电磁振动力大，以采用波纹板为佳。总之，导线绝缘的选择应根据其使用的具体情况和要求来定，绕组线棒绝缘厚度的减薄是可行的并且是必要的，这将极大的改善电机设计的经济技术指标。对于电机绕组绝缘用云母带应根据其线圈的实际条件和绝缘厚度来确定所用的云母带规格，对大型发电机定子线棒也采用厚粉纸云母带为佳。大型发电机定子绕

31、组槽内固定应采用可固化的适形垫条，配以弹性元件，并应根据实际需要，即槽电流的大小来确定弹性元件的型式。 第二章 绝缘结构的故障检测绝缘结构是电气设备的重要组成部分，它的性能和状态决定了电气设备在运行中的安全和寿命。2.1绝缘诊断概述 造成电机绝缘老化的因素很多，主要有：热因素、电因素、机械因素和环境因素。在这些因素的综合作用下，绝缘结构产生了各种老化现象。美国、加拿大、日本等国的调查和统计表明，使用了10a20a的电动机，绝缘故障显著上升并且是和老化一起发生的。2.1.1绝缘老化 （1）热老化绝缘材料在运行中，因长期受产生各种物理和化学变化（如挥发、裂解、起层、龟裂等），导致材料变质而老化。热

32、老化速度和绝缘受热温度密切相关，温度越高，老化越快。一般情况是：超过允许最高温度每8，热老化速度会加快一倍 。此外，电机反复启动，使绝缘结构反复受到热循环作用，线圈绝缘也会反复机械变形而疲劳破坏。（2）电老化主要表现为局部放电、漏电和电腐蚀。局部放电现象的产生是由于电机内部电场的不均匀分布所造成的。由于在绝缘层内，线圈与铁芯之间存在空隙，这些均使电场集中，引起部分放电。局部放电能在绝缘层内产生十分微细的树枝状放电途径，并造成放点区域的绝缘腐蚀，不断的放电将使腐蚀孔加深，与其它空隙的桥接使老化规模扩大，最终导致绝缘的破坏。漏电老化则是在有电位差的绝缘表面上形成炭化电路，而使绝缘丧失功能。当绝缘结

33、构表面污染或附有异物时，在有电位差得部分产生泄露电流而发热，使一部分绝缘材料分解成碳化物。电腐蚀最常见的例子是电晕，通常发生在变压器绕组段部或线圈出槽口的地方，这也是由局部电场集中引起的。（3）机械老化机械老化主要表现在绝缘结构的疲劳、裂纹、松弛、磨损等。它是在启动时电磁力和热应力。运行中的振动、热循环等原因产生的。电机启动时，电磁力在线圈绝缘内产生很大的应力，在弯曲和挤压应力反复作用下，线圈绝缘层往往产生疲劳甚至断裂。热老化引起绝缘收缩和绝缘层蠕变收缩将导致绝缘松动，造成了线圈端部和槽内部分的绝缘磨损。由于启动、停机以及负载变化的热循环，在线圈的绝缘层和导线之间因膨胀系数不同产生热应力，导致

34、绝缘与导线之间剥离而形成空隙，这些空隙又导致局部放电的增加和散热的困难。（4）环境变化主要表现为灰尘、油污、盐分和其他腐蚀部分对绝缘的污染和侵蚀，以及绝缘吸湿和表面凝露。他们会导致绝缘电阻的降低和介质损耗的增加，随着电机变化程度的增加，绝缘对于环境的敏感将更加明显，此时环境因素将对电机绝缘老化其催化作用。老化的表征是由于吸湿、变质、污损使绝缘电阻降低，泄漏电流增加，由于绝缘层脱落、剥落、龟裂造成局部放电量增加，其结果都是导致绝缘电气性能、机械能变劣，剩余耐压水平和寿命减少，最终导致绝缘结构损坏。绝缘强度是电机各种性能中最基本的性能之一，而绝缘系统往往是电机内的一个薄弱环节。负载变化、环境、机械

35、损伤都会导致绝缘故障。通常，小型电机的绝缘主要由温度和环境生产老化，电和机械应力相对来说不太重要：大、中型电机中温度和环境仍起作用，但电或机械应力是重要的老化因素；特大型电机一般采用棒形绕组，并且工作在惰性气体环境中，受到的是电应力或机械力的作用，或者两者兼有，温度和环境是次要的老化因素。2.1.2绝缘诊断的内容和程序对绝缘结构进行诊断，作各种检测和实验目的是为了检验绝缘的可靠性，以此推断出电机的剩余强度。在电机使用期内对绝缘进行诊断，推测其剩余击穿电压和寿命是十分必要，但绝缘诊断的项目很多。各个项目有时又可测定几个参数，因此在绝缘诊断时，确定实验项目的顺序和测定参数十分重要。诊断程序如下（图

36、2-1）：绝缘击穿实验（取出线圈，设定击穿电压，推断剩余寿命） 交流耐压实验 直流耐压实验耐电压实验 冲压耐压实验 极低频率耐压实验 直流电流实验 介质损耗实验非破坏性实验 交流实验 局部放电实验 绝缘分解物检测物理、化学实验 H/C元素分析 热重量测定(TG)法外观检查运行履历调查 加振法机械实验 振声(A/E)法 图2-1 诊断程序 2.2电机绝缘故障的检测匝间故障检测电机在出厂前要做例行的匝间故障试验，偶尔在现场也做这种实验。通常的做法是关断电机，用高压浪涌电流信号发生器产生浪涌电流加到线圈绕组上。由于从故障出现到形成电机损伤时间很短，所以必须在电机只旋转几圈内就完成检测。匝间故障检测的

37、原理可以这样表达：故障发生在一个对称励磁电机上时，正序电流变化不大，同时负序电流也可能因为不平衡传输线而产生。这里，把负序阻抗用作指示器，因为负序阻抗容易被忽视，而且其特点不大容易掌握。另外，还有吴多变化和噪音需要均分处理，因而需要很长时间去检测。由于需要很高的触发门槛值，因而灵敏度较差。实验室的研究表明匝间故障所造成的影响与以前预想的不一样，故障造成的影响是有负序电流流入系统中。当没有故障或线平衡时，没有负责序电流；当线不平衡而电动机正常时，负序电流全部被负序阻抗占用。因此，减去负序阻抗中的负序电流，就可得到作为故障只是的流入电流。三相电压或电流的对称分量在线路电压和电流相量已知情况下，可以

38、通过矩阵转换获得。在连续周期条件下，配合一台频率偏离纠正仪，用32点运算法则计算基本分量，在线频的两个周期内，就可获得过滤后的输出，并将其作为对称分量转换矩阵的输入。 这个计算过程在PC上运行，用在台每相有648匝的Y型连接的3/4PH三相电机来做实验。线圈的一部分被分接，使得一个或多个线匝通过续电器瞬间短路，在电机端子上流入的负序电流和负序电流和正序电流相比很小，同时可以得知非故障负序电流也可由于电机或仪器内在的不对称而引起，在软件的算法中就可以减去正常运转时的不对称所造成的影响。 2.3先进故障检测方法2.3.1 传感器信息融合在电机绝缘故障中的应用电机绝缘结构性能的优劣直接影响到电机的安

39、全性、可靠性和使用寿命。对于任何一台电机来说，定、转子绕阻以及铁芯叠片之间的电毛绝缘性对电机的使用安全，可靠性及寿命有重大影响，绝缘故障会直接或间接地引起电机故障、降低耳可靠性、导致强迫停机、增加维修工作量和修理费用。但是到目前为此，电机绝缘故障诊断术仍然是基于单个参数进行的，这些参数包括与电机绝缘相关的各种能够携带故障特征的可以检测到的参数，如定子电流、振动、温度等。但因为故障特征模型以及电机运行环境存在许多不确定的因素，所以用单参数进行故障诊断具有固定的不确定性，有时基至会有错误的诊断结果。信息融合是近30年来兴起的新技术，其基本原理就是像人脑综合处理信息的过程一样，充分利用多个传感器资源

40、，通过对各种传感器及其观测信息的合理支配和使用，包括对多源数据进行检测、相关、组合和估计，产生对观测环境的一致性解释和描述。本文将从传统电机绝缘诊断出发，将多传感器信息综合技术应用于电机故障诊断技术研究中。（1） 传统电机绝缘故障诊断系统结构及诊断一般程序。 图2-3 传统的电机绝缘诊断程序传统的电机绝缘故障诊断系统可以用图2-2描述，诊断是基于单个参数和单个特征的。故障诊断系统通过对可观测参数的特征提取以判断是否存在故障从而做出诊断，诊断的可信度由传感器的精度和信号处理的分辨率决定。由于电机的绝缘诊断项目很多，各个项目同时又包含多个参数，因此在绝缘诊断时只对单一参数进行故障分析是不够准确的。

41、在传统诊断方法中，对部分故障定位及其定位故障的状态评估是很难进行定性、定量分析的。同时，由于故障成因在时域上的混杂性和能量转化的强通过性，使一个检测结果对应多个故障源，而所产生的故障结果的严重程度又存在巨大差异，如果简单处之，将加大故障的诊断，因此传统的诊断方法必将带来一定的局限性。传统的电机绝缘诊断程序见图2-3（2）多传感器信息融合技术对于电机的绝缘故障诊断，系统的不确定性表现在模型及运行环境的影响，所以构造的融合系统将针对这些不确定因素而设计。融合可以在传感器的数据层、特征层或者决策层进行，而不同融合层的选择将主要考虑现实成本和融合性能的平衡比较，不同融合层的融合方法也不同。在数据层，针

42、对模型的不确定性来估计或者预测电机绝缘状态，可以用数量形式的算法，比如卡尔曼滤波。对于特征的融合，更多的是用模式分类或者识别的方法，比如贝叶斯估计、证据推理等。 图2-4 多传感器信息融合系统的结构 电机绝缘故障诊断中应用信息融合方法，目的是由此扩大检测范围，增加监测对象，面向对象进行监测，扩大监测网络和监测渠道，进而扩大诊断过程中激励与响应之间的关系， 便于区分其故障因。采用更多的监测对象对原有的故障特征趋同的故障源提供依据，分离或定位故障。通过不同的观测器得到不同时空的观测结构，从而提高了了辩识故障能力。多传感器信息融合系统的结构见图24。由于电机绝缘度的重要性使得电机故障诊断在各行业显得

43、非常突出，传统的诊断方法存在着各种不确定性，本文从信息融合的角度出发对机电故障诊断问题作出分析，并将其引入故障诊断领域，通过多传感器信息融合不仅增加了系统的生存能力、扩展了空间的覆盖范围、改善了探测性能，而且大大减少了信息的模糊性2.3.2 虚似仪器在发电机机缘检测中的应用虚似仪器是以计算机（通常选用工控微型机）外加数据采集等功能模块作为平台，通过执行专门研制的应用程序来完成某种测量仪器的功能，还可以通过友好的图形化的人机界面来操作这台模似某种测量仪器的计算机，从而完成对被检测参数的采集、分析、判断、处理、存储和显示功能。将虚试仪器技术应用到发电机绝缘监测系统中，开发者可以方便地进行程序修改、

44、功能改善和升级，与传统的监测仪器相比具有非常友好的界面，可以使使用者方便而又直观地操作设备；并能使经营者很好的掌握发电机的绝缘状态。（1）系统硬件组成的工作原理大电机主绝缘的检测采用低频超声反射法，其硬件包括：一套低频超声设备（发送和接受）、一个高性能的数据采集卡和以台计算机。 系统的工作原理：超声波发生及接受装置发射500KHz的同步电脉冲，同步电脉冲一方面激发探头内的压电晶片振动产生超声波，另一方面经出发延迟后作为数据采集卡的扫描触发信号。超声传感器产生的超声波经耦合剂垂直入射到电子线棒（绝缘）后，在电子绝缘内传播，当遇到界面在界面上发生反射，反射波反向传播，并且发射超声波的超声探头接受并

45、转换成电脉冲信号，经超声波发生及接受装置衰减放大等信号调理后，由数据采集卡数字化，输入笔记本电脑的专业软件，以超声A扫描显示方式时显示波形，并进行波形数据的保存、参数统计和状态诊断等处理。本系统的超声检测频率为0.51.2MHz，理论上数据采集率，实际应用中，采集率通常必须是被测信号是最大频率的78倍。美国NI(National Instrnments)公司数据采集卡NI PCI.5102就能满足这一要求，其主要参数如表2-1所示。表2-1名称指标A/D转换精度8位宽带15MHZ采集通道2路同步采样最大采样率20MS,s实时采样1GS/s随机间隔采样缓存每通道16MB输入电压范围5050V输入

46、阻抗 （15%）MO触发1个模拟触发通道2个数字触发通道（2）软件设计和功能实现图案件采用NI.公司的Labview图形化语言设计开发，使用户能后通过友好的图形化界面就可以控制硬件，进行各种测量和分析诊断等操作。软件系统主要由应用程序和I/O接口仪器驱动程序。应用程序包括实现虚试面板功能的前面软件程序和定义测试功能的流程图软件程序。I/O接口（本系统中指数字采集卡）仪器驱动程序是用来完成特定外部硬件设备的扩展、驱动与通信。整个软件系统曹永模块化结构，主要包括定子绝缘的超声监测、超声声速计算及统计和老化状态诊断以及剩余寿命运行年数预测三大功能模块。在硬件条件不变的情况下，可以通过软件模块的修改和增加来完善仪器原有的功能，并可以扩充和增加新的功能。（3）定子绝缘的超声检测模块定子绝缘的超声检测模块通过对数字采集卡的控制，实现超声检测信号的显示、采集和存储等功能。数据采集卡的控制包括触发控制、通道控制盒时基控制等。触发控制包括触发模式、触发斜坡和触发电平控制。通道控制主要是控制单通道或双通道测量。时基控制主要控制卡扫描率、每一通道扫描次数。其程序框见图2-5所示