1、本科毕业论文（20 届）大型高压电动机绝缘状态快速检测方案研究所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 哈尔滨理工大学学士学位论文I大型高压电动机绝缘状态快速检测方案研究摘要随着现代工业的快速发展，生产系统中采用的大型高压电机数量不断增加，高压电机故障率及其故障所造成的经济损失也不断攀升，这就对高压电机本身及其配套的在线监测系统提出更高要求。目前的电机监测系统只能对电机的工作电流、电压和温度等常规参量进行监测和处理，无法从更多角度全方面监测电机运行状态，更无法为电机故障诊断及预警提供可靠依据。因此，研究高压电机绝缘在线监测系统具有非常重要的现实意
2、义。本文分析了电机绝缘检测试验项目即每个试验的原理，总结了电机在线监测的试验项目，对高压电机绝缘在线监测系统进行了初步研究。文章还分析了导致绝缘故障发生的主要原因，结合传统的电机绝缘离线检测手段确定了在线监测系统的监测对象。分析了监测对象的特性，设计了绝缘电阻在线监测电路。绝缘电阻在线监测电路包括附加直流电源电路、取样电阻电路、程控运放电路、DC-DC 线性隔离电路、模数转换电路、和数字量信号隔离电路。关键字 高压电机；绝缘电阻；在线监测；绝缘诊断哈尔滨理工大学学士学位论文IITHE FAST DETECTION SCHEME RESEARCH OF LARGE HIGH VOLTAGE MO
3、TOR INSULATION STATESAbstractWith the rapid development of modern industry, the number of high voltage motors used in the production system is continuously increasing, and the failure rate of motor and the corresponding economic losses are also rising.Then.higher requirements of the motor itself as
4、well as its matching online monitoring system will be put forward. The current monitoring system can just detect and process the conventional parameters such as current, voltage and temperature. It can not monitor the running state from many aspects, and can not provide reliable basis for fault diag
5、nosis and early warning. Therefore, it has important practical significance to study the online insulation monitoring system of high-voltage motor.This paper analyzes the motor insulation test project and the principle of each test. Then summarizes the motor online monitoring pilots project. Develop
6、ed a high pressure motor on-line insulation monitoring system.The paper analyzes the main reasons of insulation fault. The objects of on-line monitoring system are determined based on the traditional motor insulation off-line testing method. The characteristic of monitored object is analyzed. The on
7、-line monitoring circuit of the insulation resistance The on-line monitoring circuit of insulation resistance of a series of separate circuit include an additional DC power supply circuit ,a sampling resistor circuit ,an analog-digital conversion circuit, a DC-DC linear isolation circuit and a digit
8、al signal isolation 哈尔滨理工大学学士学位论文IIIcircuit.Key words High voltage motor；Insulation resistance；On-line monitoring；Insulation diagnosis哈尔滨理工大学学士学位论文IV目录摘要 .IAbstract .II第 1 章 绪论 .11.1 研究高压电机绝缘在线监测的意义 .11.2 高压电机绝缘在线监测国内外发展动态 .21.3 本文研究的主要内容 .3第 2 章 高压电动机绝缘试验项目 .42.1 电动机绝缘电阻测定 .42.2 高压成型线圈的耐电压试验 .52.3
9、高压电动机定子绝缘耐压试验 .72.4 高压电动机直流耐压试验和泄漏电流实验 .72.5 转子绕组的耐电压试验 .9第 3 章 高压电动机在线监测项目 .103.1 损耗因数（ ）在线监测 .10tg3.2 高压电动机放电的监测 .113.3 电动机温度的在线监测 .153.4 电动机非电量的在线监测 .163.4.1 电动机振动的在线监测 .163.4.2 电动机过热烟雾监测 .163.4.3 气体成分的在线监测 .17第 4 章 高压电动机绝缘在线监测系统的研究 .184.1 监测绝缘电阻的重要性和测量原理 .184.2 电机绝缘电阻传统测量方法 .184.3 绝缘电阻监测电路设计 .19
10、4.3.1 绝缘电阻在线监测电路总体设计 .194.3.2 附加直流电源电路设计 .214.3.3 取样电阻的选择 .244.3.4 程控运放电路设计 .254.3.5 DC-DC 线性隔离电路设计 .264.3.6 模数转换电路设计 .284.3.7 开关量、数字量信号隔离电路设计 .294.4 本章小结 .30哈尔滨理工大学学士学位论文V结论 .31致谢 .32参考文献 .33附录 .35哈尔滨理工大学学士学位论文1第 1 章 绪论自 19 世纪发明电动机以来，高压电机在工业生产系统中的用途越来越广泛，所起到的作用越来越重要，其工作正常与否直接关系到整个生产系统效率的高低。所以通过在线监测
11、高压电机的相关参量，进而对高压电机进行状态评估和故障预警，已成为相关领域的研究热点。1.1 研究高压电机绝缘在线监测的意义大型电动机是电力工业生产的重要设备，随着电力工业的发展和技术进步，电动机正朝着大容量高电压的方向发展，电动机单机容量的提高为提高电动机效率、降低成本、减轻电能生产对环境的影响提供了可能。但同时也对电动机的安全可靠运行提出了更高的要求 。大容量的电动机一2旦发生故障将会造成停电事故甚至危及电力系统的稳定运行，事故的涉及面大、修理周期长、费用高、经济损失巨大，因此，大型电动机的安全可靠运行已成为电力系统的大事。在线监测是指电气设备在运行条件下不脱离电网，测量该设备的性能，即在工
12、作电压下对电气设备进行测量。随着电气设备容量的扩大和社会对电力需求的日益增长，要求尽可能减少停电次数，特别是要求避免突发性停电事故，因此，电力设备的维护从最早的事故后维修、预防性维修、发展到状态维修。这就要求进行状态监测，即在工作电压下经常检测电器设备的运行状态，以便做出设备是否需要维修的结论。高压电动机在长期运行中必然存在电的、热的和化学的及异常条件下形成的绝缘劣化，导致电动机绝缘强度降低，甚至发生故障。长期以来，运用绝缘预防性试验来诊断设备的绝缘状况起到了很好的效果，但由于预防性试验周期的时间间隔可能很长，以及预防性试验的试验条件与运行状态相差很大，因此就不易诊断出被测设备在运行情况下的绝
13、缘状况，也很难发现在两次预防性试验时间间隔之间的缺陷，这些都很容易造成绝缘不良事故。据统计，电机损坏事故约有 50%是由电机定子绕组绝缘损坏引起的 ，1而高压电机定子线棒绝缘老化是定子线棒绝缘故障的主要原因，绝缘电阻异常、定子温度过高、局部放电严重则是绝缘老化的重要表象。在线监测高压电机定子绕组绝缘电阻阻值状况、温度变化情况和局部放电信号特性，判断定子绝缘老化程度，对潜在的故障隐患进行诊断、预警，有助于提高哈尔滨理工大学学士学位论文2大型高压电机的使用寿命、防止突发性事故发生、减小故障对人员和设备安全的威胁，促使高压电气设备从目前的预防性维修阶段逐步转变为预知性维修阶段。因此，研究高压电机在线
14、监测系统具有非常重要的现实意义。1大型电动机运行安全的威胁主要来自其绝缘系统，这是由电动机的绝缘结构、绝缘的运行环境和运行条件决定的。电动机的定子绝缘在运行中要经受电场作用、热应力、机械应力、化学作用和外部环境的影响，不可避免地受到损伤并在长期地运行中逐渐劣化。因此，为了提高电动机的运行可靠性应当密切监视电动机定子绕组的绝缘状况。加强对大型电动机的在线监测。从电动机的经济运行的角度来看，进行电动机定子绝缘状况的在线监测可以提供绝缘系统的状态信息，帮助制定停机计划避免昂贵的非计划停机，减少停运损失和维修费用，提高供电可靠性和电力系统的经济效益。因此电动机的在线监测已经成为电动机维护技术的发展趋势
15、。1.2 高压电机绝缘在线监测国内外发展动态在线监测这一设想由来已久。早在 1951 年，美国西屋公司的约翰逊针对运行中的电机因槽放电的加剧导致电机失效，提出并研究了在运行条件下监测槽放电的装置。这可能是最早提出的在线监测思想。限于当时的技术条件，无法抑制来自线路的干扰，只能在离线条件下进行检测，但是在线监测的思想则沿用至今。20 世纪 60 年代，美国最先发展监测和诊断技术，成立了庞大的故障研究机构，每年召开 1 到 2 次学术交流会议。例如 20 世纪 60 年代初，美国即已使用可燃性气体总量检测装置。日本等国研究使用气体色谱仪，在分析自由气体的同时，分析油中溶解气体，这有利于发现早期故障
16、。目前色谱分析技术日趋成熟，并为长期的试验所证明，是一种行之有效的监测和诊断技术，目前已广泛应用于电气设备的检查。到了 20 世纪 80 年代，局部放电的检测技术已有较大的发展。加拿大安大略水电局研制了用于电机的局部放电分析仪，并以成功的用于加拿大等国的水轮发电机上。魁北克水电局研究所研制了一套多参数的监测系统，除可对 735kV 变压器的局部放电进行监测外，还可分析油中的溶解气体组分及线路过电压，并有初步的自动诊断功能 。23,日本的在线监测技术起步并发展于 20 世纪 70 年代，1975 年起，由基础研究进入开发研究阶段，并推广应用。20 世纪 70 年代以来，前苏联在线监测技术发展很快
17、，特别是电容性设备绝缘监测和局部放电监测。在我国，在线监测技术的发展已有十多年的历史，技术上日益完善。哈尔滨理工大学学士学位论文3然而，由于种种原因使得某些技术问题未能得到彻底解决，他们或者影响测量精度，或者影响对测量结果的分析判断，这在一定程度上影响在线监测技术的推广应用。这些技术问题有的是属于理论性的，例如在线监测和停电实验的等效性、测量方法的有效性、大气环境变化对监测结果的影响等，这些问题的解决需加强基础研究，积累在线监测系统的运行经验，并制定相应的判断标准。另一类则属于测量方法和系统设计方面的问题，例如通过传感器设计及数字信号处理技术来提高监测结果的可信度，采用现场总线控制等技术提高监
18、测系统抗干扰能力，简化安装调试及维修工作等。妥善解决这些问题将有助于提高在线监测系统的质量和技术水平。1.3 本文研究的主要内容本文主要围绕高压电机定子绝缘故障展开研究，其目的是通过分析电机绝缘老化机理及相关参数变化特征，开发一套有效的绝缘在线监测系统。课题的研究以实际应用的可行性为前提，同时兼顾技术先进性，采用非侵入式监测手段，结合成熟的应用技术与高压电机的实际现状，为高压电机绝缘在线监测提供一条有效途径。通过查阅大量国内外文献，结合现场实际情况，确定本文研究的主要内容如下:（1）分析大型高压电动机绝缘试验的项目及每个实验项目的基本原理；（2）了解电动机绝缘在线监测的项目及发展；（3）分析绝
19、缘电阻测量原理及传统测量方法的不足之处和绝缘电阻在线监测的必要性，设计绝缘电阻在线监测电路，包括附加直流电源电路设计、分压电阻选择、程控运放电路设计、DC-DC 线性隔离电路设计、模数转换电路设计等。哈尔滨理工大学学士学位论文4第 2 章 高压电动机绝缘试验项目电力系统包括众多的电气设备,有些电气设备的故障甚至会威胁到整个系统的安全供电.电力生产的实践证明,对电气设备按规定开展检测试验工作,是防患于未然,保证电力系统安全、经济运行的重要措施之一。2.1 电动机绝缘电阻测定在实际工作中,我们常常要检测电机的绝缘电阻,用来衡量电机绕组的绝缘情况是否符合规定的要求,以保证电机的安全使用。1.电机绝缘
20、电阻的测量测量电机的绝缘电阻一般是用兆欧表,这也是国家计量规定的检定仪表，只要按照要求使用,测量出来的数值的准确度是符合要求的。除此以外,还可以用万用表(或直流电压表与电流表)采用“伏一安”法进行测量,电路如图 2-1 所示.根据测量电压为电机工作电压的一倍的要求,电路中采用 、 与 、 组成的倍压整流，使输出直流电压 V 约为 600V,电阻 R1C21V2起限流作用以防电机绝缘电阻过小而损坏仪表。如果电机绝缘电阻大,则可减小 R 或短接 R,以提高电流测量的灵敏度.用万用表测量时,可先测量电压,后串人电路测电流。设测量的电压与电流为 U 与 I，那么，电机的绝缘电阻 R ：1（1）MRIU,1经多次实测表明，采用这种方法测量与用兆欧表进行测量,误差不超 8%,能满足测量准确度的要求。值得注意的是，我们不能直接用交流电源进行“伏一安”法测量，因为电机绕组对交流电源来说，不仅本身存在电感 L引起的感抗( )，线圈之间存在分布电容 C 所引起的容抗2lXf，而且在电机绕组与外壳之间也存在分布电容 引起的容抗1)cf 1，这样用“伏一安”法测量出来的不是电机绕组与外壳之间的112cXf绝缘电阻 R，而是它们的总阻抗 Z.
