摘要：对新造同步电机绝缘试验方法进行分析、梳理和总结，结合同步发电机生产制造过程，对常用的几种绝缘检测方法和实践中遇到的问题进行分析和探讨，以加深对绝缘检测方法及相关注意事项的理解，有利于在电机新造过程中准确运用相关检测方法，分析判断电机的绝缘状态。
关键词：电机检测、绝缘老化、绝缘电阻、对地耐压、匝间波形、泄露电流
一、引言
电机在运行过程中，绕组绝缘材料在热作用、氧化作用以及振动等环境的影响下，其机械性能、电气性能随时间逐步发生不可逆的恶化，该过程称为绝缘结构老化过程，绝缘老化周期决定了电机绝缘的设计寿命。往往电机在使用中发生接地或匝短等电气故障时，电机绝缘寿命远未达到设计寿命，究其原因，大部分故障电机是因为制造过程存在电机绝缘原始缺陷，因此在电机制造过程中发现并修复绝缘缺陷至关重要，以下对同步电机制造过程中绝缘检测方法进行深入浅出的定性探讨。
二、绕组绝缘电阻检测
绝缘电阻是直流电流经线圈或绕组绝缘结构内部及表面而出现的电阻值，它是绝缘结构各个部位绝缘并联后的总电阻，描述了绝缘的伏安特性，反应了绝缘结构的整体状态。但是也应注意到，高的绝缘电阻本身不能证明绝缘具有高的耐电压强度，当绝缘具有机械方面的故障（如裂纹）时，测量绝缘电阻无明显变化，但裂纹可能导致耐电压试验时绝缘被击穿。
绝缘电阻的测试与绝缘耐电压测试是完全不同的，它使用直流电（兆欧表）且对绝缘本身没有损伤，当稳定的直流电压源施加到绕组绝缘上时，电路中的泄露电流由以下4部分组成：1）、正常充电电流；2）、可逆吸收电流；3）、不可逆吸收电流；4）、泄漏传导电流。总泄露电流将以一定的比例从测试开始瞬间的最大值衰减到一个恒定较小的电流值，衰变率也逐渐下降，因此有必要规定从施加电压开始到读取绝缘电阻的时间间隔，该时刻一般被定为1分钟。
根据TB/T3335《交流传动内燃机车主辅发电机》中项5.8的要求，同步电机各绕组冷态绝缘电阻不小于100MΩ，定子电枢绕组热态绝缘电阻不小于10 MΩ，转子励磁绕组热态绝缘电阻不小于2 MΩ。
绕组绝缘电阻低主要有2 个原因，一是吸潮，绝缘电阻是随着空气中湿度的变化而变化，如果电机进行烘干，绝缘电阻提升很快。旧绝缘比新绝缘表现尤为明显，对要求修造如新的电机，解决绝缘电阻吸潮偏低的故障，必须在烘干后真空压力浸漆，绝缘只有经过真空压浸才能大大提高防潮能力，杜绝绝缘电阻出现反复。二是绝缘裂纹并表面沾污，这时绝缘电阻较低，且烘焙对绝缘电阻无明显变化。在这种情况下，只有找到故障点，清除污物并修复破损，绝缘电阻方可提升。
三、绕组对地工频耐电压检测
绕组工频耐电压试验的目的是为了确定绕组绝缘能否在规定的时间（一般为1分钟）内承受预定的电压值，因绕组绝缘相当于绕组与电机壳体间的电容性阻抗，绕组对地施加工频电压时会产生电容性充放电流，在绝缘结构内部会产生损伤，该检测试验为破坏性试验，对绝缘系统的考察较为严酷。
多次工频耐电压试验会有绝缘损伤累积效应，因此电机生产制造过程中每道工序的耐压值比上道工序应减少约300～500V。工频耐电压试验应在确认电机绝缘状态良好的情况下进行，同时需要控制试验条件确保整个试验过程中所有被试绕组与非被试绕组上不得存在未知的感应电压。因为时效分析，耐压试验时绕组中可能产生达到预定值两倍的瞬时感应过电压，该电压将很容易破坏原本良好的绝缘。因此工频耐电压试验必须遵守以下要求：
1）、试验时被试绕组的所有引线头短接在一起，与绕组连接的重要器件（如整流二极管等）的输入输出端应短接保护，其它非耐压绕组的所有引线头可靠接地。否则可能会在绕组中感应出超过预定试验电压的瞬态电压，损坏绕组绝缘。
2）、试验电压应缓慢上升至预定试验电压，同时试验线路不能与被试绕组突然断开，否则可能感应出远超过预定电压的浪涌电压，损坏绕组绝缘。
3）、在耐电压试验前后，必须检查绕组的绝缘电阻。试验完成后，所有绕组必须进行接地放电。
四、绕组匝间绝缘检测
绕组匝间绝缘检测是将脉冲电压波施加于被测绕组两端，由于绕组存在导线电阻与匝间电容，连续脉冲会在绕组上重复产生相同的阻尼震荡，并被检测仪示波器显示出恒定的波形，通过不同线圈或绕组间波形对比来确认相互间的对称一致性，可以发现线圈或绕组匝短、匝数错误、连接错误以及接地等故障现象。
在电机制造过程中一般使用浪涌测试仪或P.J电子分析仪进行匝间波形检测，如果示波器显示两个被测的波形重合，则说明不同线圈或绕组间对称一致；如图1所示，若不同绕组间的对称性被匝短、连接错误或匝数错误破坏，示波器将显示两个波形幅值与相位错位；如图2所示，若不同绕组间的对称性被接地故障破坏，示波器将显示接地绕组的波形呈直线状。
图1：波形错位 图2：接地波形呈直线状
五、励磁绕组匝间耐电压检测
使用阻抗对比法检测凸极同步电机励磁线圈或磁极装配的匝间绝缘质量，在励磁线圈中通入工频恒电流，由于励磁线圈中电阻及电感的存在，线圈两端产生阻抗压降，通过检测并对比励磁线圈的端电压来确定磁极是否有匝间短路现象。
对于安匝数较大的凸极同步电机磁极装配（含铁心），也可以使用瓦特试验法来检测磁极匝间绝缘质量，在磁极装配制造完成后给磁极线圈施加一定值的交流电压时，测量并记录流过绕组的电流及功率损耗（瓦特数），对比不同磁极线圈间测量结果与正常数值的差异性，可确定发电机励磁绕组是否有匝间短路现象。磁极瓦特试验的结果应符合以下要求：
1）、功率损耗允许偏差为±10%。
2）、当有匝短故障时，功率损耗会有明显突变（偏差约20%～50%）。
3）、被试绕组周围不应有其余磁极或金属材料，以免影响测试结果。
六、结束语
通过对绝缘检测理论的深入探讨，可以帮助我们掌握并发展相关的绝缘检验方法，使新造电机在各制造工序中杜绝绝缘缺陷的流转，减少电机运行中因绝缘故障造成的质量损失。可喜的是近年以来，随着介质损失角正切试验、电容检测试验等多种检测方法在电机制造过程中推广使用，同步电机在使用过程中因绝缘故障造成的质量损失正在逐年下降。
参考文献：
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[4] GB/T-22714-2008 交流低压电机成型绕组匝间绝缘试验规范
论文作者:景万鹏
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/4/22
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