电机定子绝缘老化和绝缘预测的最新科研动态

绝缘老化会导致发电机寿命降低，因此研究发电机绝缘的寿命预测对提高发电机的运行稳定性具有重要意义。

发电机作为电力系统的重要组成部分，其工作的稳定性直接影响电力系统供电的质量。根据英国石油公司发布的《世界能源统计年鉴2019》显示，世界发电量同比增长3.7%，其中一半的增长来自于中国。在这种背景下，发电机的发展趋势是大容量、高效率。发电机容量的增加对发电机的运行安全有了更高的要求，制造发电机的关键技术之一就是定子绝缘技术。

发电机的定子绕组绝缘是发电机的重要组成部分，随着大电机装机容量的不断提高，环境应力对绝缘的影响也在增大。发电机的寿命主要取决于绝缘寿命，而绝缘会受到各种因素的影响导致失效。

例如在电机设计制造时，没有在容易出现电场集中的部位做强化处理会导致绝缘失效，或者由于频繁起动而造成定子绕组绝缘受到操作过电压的冲击，加速了电机绝缘老化，或者由于绝缘本身的损耗使部件发热而导致绝缘老化。

绝缘老化会导致发电机寿命降低，因此研究发电机绝缘的寿命预测对提高发电机的运行稳定性具有重要意义。寿命预测分为前期和后期预测，其中，前期预测是指根据发电机的设计结构，结合绝缘材料的绝缘性能，在设计初期预测绝缘的使用寿命；后期预测就是常见的发电机绝缘的剩余寿命的预测，在运行过程中，获取大量绝缘性能表征数据，预测绝缘的剩余使用寿命，提前防范由绝缘失效引起的发电机故障。

电机定子绝缘老化机理

定子绝缘是发电机的关键部件之一，在工作运行环境中通常会受到电、热和机械等因素的作用使定子绝缘的绝缘性能和力学性能逐渐下降，加速绝缘的老化。在热老化作用下，云母发生热降解脆化和聚合物膨胀引起缺陷，影响绝缘的力学性能；同时电老化会使绝缘材料的放电次数增加，加剧局部放电问题，使局部温度升高，加速老化。另外运行环境中的粉尘等会导致绝缘表面的漏电现象加重。

在所有统计的发电机事故的故障因素中，绝缘损坏造成的事故所占比例过半，如图1所示。电机定子线棒绝缘性能直接影响发电机的工作稳定性及安全性，若电机出现预期之外的故障，则会对发电机组的整体运行造成影响，甚至导致大面积停机。

由于发电机损坏造成的维修代价大，若可以根据电机的运行历史或者电机的在线监测结果获得定子绝缘的剩余寿命，调度人员就能提前准备停机修缮。因此电机绝缘寿命的预测对于发电机组的稳定运行有着极为重要的指导作用。

图1 发电机事故统计

绝缘预测发展趋势和展望

为了保证发电机组稳定运行，将发电机在发生绝缘损坏之前退出运行，就要进行电机定子绝缘老化评估以及寿命预测。近年来，电机绝缘剩余寿命预测的方法有三种：基于回归分析的预测、基于智能算法的预测和基于数据采集的预测。

为了提高发电机设计和运行的稳定性，发电机的绝缘预测手段需要进一步在实用性和准确性上做出改进，综合当前的研究成果，未来的发展方向应包括以下几点：

1）提高电机运行数据收集的准确性

在进行数据收集时，往往因为发电机运行环境的不可控性，导致监测数据受到多种因素的干扰。很多情况下，用于预测的监测数据可能没有控制在同一变量下，这就使得在进行单因子预测讨论时受到其余因素的干扰，造成预测结果的偏差。

2）减少预测用数据集的样本量

发电机失效成本高，定子绝缘老化寿命数据很难得到。绝大多数寿命预测方法如线性拟合或者神经网络法等，常常需要大量的样本集来进行拟合或训练以保证模型输出结果的稳定性，这也是制约发电机绝缘寿命预测发展的因素。因此将研究对象转向降低预测模型对数据的依赖性是推动绝缘预测方法应用于工程的重要思路。

3）改进多因素老化模型

当前的预测方法多为讨论某几个应力因素对绝缘寿命的影响，例如电应力、热应力、机械应力等。而发电机实际运行环境中影响因素有很多，这些因素都应在未来的发电机定子绝缘寿命预测的工作中有所研究，随着多种应力因素的加入，数据的有效性以及模型的复杂度有待进一步研究。

4）提高寿命预测模型的实用性

当前寿命预测模型多为理论寿命，对运行环境的变化适应能力低且参与计算的数据参数不足，对实际发电机生产及运行的指导能力较差，未来的研发方向可以考虑发电机寿命预测算法与定子绝缘在线监测联合，实时计算剩余寿命。这可大大提高绝缘预测模型的实用性。