電機高壓絕緣簡析

劉哲凱，李開進，陳建文

華南理工大學電力學院，廣東廣州 510641

0 引言

絕緣就是使用不同材料的介質(zhì)把帶電部分和不帶電部分分隔開，以此對觸電或者放電起到保護作用的一種安全技術(shù)。良好的絕緣才能夠保證電氣設(shè)備和線路安全可靠地運行以及防止人身觸電的最可靠的也是最基本的手段。

而電機高壓絕緣指的是高壓條件下電機的絕緣技術(shù)。

1 電機絕緣分類

高壓電機的絕緣根據(jù)不同的特點可以有很多種分類方法，如按照GB4706.1-2005，絕緣結(jié)構(gòu)一般可分為基本絕緣、雙重絕緣、加強絕緣、附加絕緣和功能性絕緣。這里主要簡單介紹以下兩種。

1.1 電機絕緣的形態(tài)與結(jié)構(gòu)

絕緣按形態(tài)通常可以分成固體絕緣、液體絕緣和氣體絕緣三大類。而實際上，固體絕緣是目前世界各國使用最廣泛且絕緣性能最可靠的一種絕緣類型。工業(yè)固體絕緣按照組成的料具體可分成三類：有機材料、人工合成聚合物和無機材料。對于高壓電機，則經(jīng)常使用以云母作為主要材料，又以環(huán)氧樹脂為粘合劑、以瀝青為浸漬劑的組合絕緣。

電機內(nèi)部除依賴外殼和繞組之間形成空氣間隙構(gòu)成絕緣外，外殼還提供接地附加安全防護。外殼與內(nèi)部電磁線間是基本絕緣結(jié)構(gòu)，電機外殼接地，不再需要絕緣罩蓋。若電機外殼沒接地，而與內(nèi)部電磁線間有窄氣隙作基本絕緣，絕緣罩蓋相對外殼就是附加絕緣，整個系統(tǒng)構(gòu)成雙重絕緣，這樣也符合對電機的防護要求[1]。

1.2 電機的絕緣等級及絕緣材料

高壓電機的絕緣等級指的是其所用絕緣材料的耐受高溫強度分級，一般可以分為A、E、B、F、H五個等級。不同絕緣材料耐熱能力各有不同。一般來說，電氣設(shè)備都有其規(guī)定限制其工作的最高溫度，這是結(jié)合運行需要和絕緣材料的耐熱性能確定的。各級絕緣都有其對應(yīng)的絕緣材料，比如，B級的絕緣材料主要由云母等經(jīng)有機膠膠合或浸漬而制成的，常用的B級絕緣材料主要有黃臘管、6520復(fù)合紙等。

一般根據(jù)高壓電機的安全等級和使用環(huán)境選擇絕緣材料，應(yīng)用在高壓電機方面的關(guān)鍵絕緣材料主要包括: 絕緣紙主要用于繞組和定子芯的絕緣；漆包線主要用于高壓電機繞組絕緣；絕緣套管主要用于繞組線和高壓電機引線連接處的絕緣；浸漆主要用于高壓電機的防潮和絕緣。

2 絕緣測試

設(shè)計絕緣結(jié)構(gòu)時應(yīng)充分考慮以下因素：介電性能要求，機械性能，熱性能，化學性能等。其中，電氣性能是主要的，但不是決定性的。對高壓電機，介電性能起著決定性作用。

基于以上因素的存在，為了安全和防止擊穿，高壓電機在投入運行之前都要通過各種測試，其中耐壓試驗和絕緣電阻的測量都是必不可少的。另外，由于隨著使用時間的延長，高壓電機的絕緣可能會受潮、老化甚至擊穿，因此還要給電機定期地進行絕緣性能的測試。

2.1 耐壓試驗

一般要求試驗電壓是額定工作電壓的1.2～1.5倍，持續(xù)通電一段時間，瞬時耐高壓一般是要求2.5倍額定工作電壓。若測量電壓沒有很明顯的變化則說明絕緣性能合格。通常可分為匝間對地耐壓試驗和耐壓試驗兩種，也可分為交流高壓試驗、直流高壓試驗、沖擊電壓試驗等。

這類試驗屬于破壞性試驗，對絕緣的考驗是嚴格的，特別是能揭露那些危險性較大的集中性缺陷；其缺點是可能會對絕緣造成一定的損傷[2]。

2.2 絕緣電阻測量

測量電機的絕緣電阻是檢驗其絕緣性能最簡單又可靠的輔助方法。由所測得的絕緣電阻值可發(fā)現(xiàn)電機絕緣擊穿、受潮等貫通性缺陷，還能測出絕緣存在沾污、受潮或其它絕緣缺陷情況。 這種測試是非破壞性試驗，因此用通過測量絕緣電阻來檢驗高壓電機的絕緣性能是否還滿足需要成為廣泛應(yīng)用的一種方法。而且，這種測試是十分必要的。

按我國標準GB755-87規(guī)定，電機繞組處于工作溫度的時候，絕緣電阻R應(yīng)滿足大于等于Un/（1000+Pn/100）（兆歐）的要求。式中，Un指的是電機額定工作電壓（伏）； Pn指的是電機額定工作功率（kW）。通常，在測試冷態(tài)絕緣電阻的時候，至少要求絕緣電阻滿足R≥1兆歐/千伏。當然，還應(yīng)考慮溫度等因素對絕緣電阻大小的影響。

常用的測量方法一般有：兆歐表法，電橋法等。

3 典型問題及其解決方法

3.1 絕緣受潮

高壓電機在受潮時，泄漏電流明顯增加、絕緣電阻大大降低，在極不均勻電場中尤其顯著。絕緣電阻低到一定數(shù)值后，是不允許運行的。特別是如果表面受潮，有污穢或者發(fā)生凝露時，就很容易引起表面沿面放電的發(fā)生，必須及時進行干燥處理。

常用的檢測和處理方法有：定子鐵損干燥法，外加電流干燥法，外加熱源法，三相短路干燥法，熱水循環(huán)干燥法等。

3.2 絕緣老化測量

介質(zhì)在長期運行過程中，都會發(fā)生或大或小的物理變化和化學變化，從而導致其電氣性能逐漸變差，這就是絕緣老化。加快絕緣老化的原因有：電的作用、熱的作用和機械力的作用，以及氧化、水分與微生物的作用等，主要原因是這些作用引起的局部放電現(xiàn)象。

跟絕緣受潮類似，預(yù)防和處理老化要定期檢測并進行相應(yīng)的處理。

3.3 絕緣擊穿

在強大電場作用下，氣體絕緣被擊穿之后，一旦撤去外加電壓就可以自己恢復(fù)其固有的電氣絕緣性能；可是固體絕緣卻會不可逆地完全失去它的電氣絕緣性能。故高壓電機絕緣的選擇必須跟電壓等級相匹配，以此保證其安全作用。一旦被擊穿后固體絕緣要報廢，須重新更換。

4 電機高壓絕緣處理的重要意義

1）提高高壓電機絕緣的導熱、耐熱、耐潮和化學穩(wěn)定等性能；

2）改善高壓電機的電氣性能，使設(shè)備運行安全可靠；

3）提高高壓電機的工作效率，促進電力工業(yè)的穩(wěn)定迅速發(fā)展；

4）提高高壓電機絕緣的機械強度，延長其使用壽命。

5 結(jié)論

電機高壓絕緣技術(shù)作為電機向高壓方向的發(fā)展過程中必不可少的技術(shù)之一，是保障電機在高壓運行條件下安全可靠工作極其重要的一部分。本文主要簡單介紹了有關(guān)高壓電機絕緣的一些基本概念和基礎(chǔ)知識，為初學者和實際工作者了解電機高壓絕緣知識提供一個比較概括的總結(jié)，對這方面的研究學習更進一步的工作有重要意義。

[1]魏剛.絕緣結(jié)構(gòu)的識別與應(yīng)用.檢測技術(shù)，2010(4).

[2]施圍.高電壓工程基礎(chǔ).高電壓技術(shù)，2011，1.