一种高压高海拔电机绝缘试验的装置和方法

技术领域

本申请涉及电机绝缘试验领域，特别是涉及一种高压高海拔电机绝缘试验的装置和方法。

背景技术

高原环境条件的特点主要是气压低、气温也低、气温日变化大、绝对湿度低、太阳辐射强等。对电机绝缘性能存在以下影响：电晕，高压设备的交流电晕起始电压降低，因而电晕现象比平原地区严重，电晕增加电能损耗，加速绝缘老化和金属腐蚀；绝缘强度，空气介电强度、空气冷却效应以及弧隙空气介质恢复强度低，因而引起产品空气绝缘耐压降低。

目前行业内普遍采用两个标准对高压高海拔电机进行绝缘试验。然而，这些方法存在以下局限性：1、按照GB/T 20626.1的要求进行乘系数耐压试验时，首先，因为试验地点和使用地点环境湿度的差异，会导致绕组表面爬电剧烈，耐压仪容量超出而判断为击穿，导致试验结果异常。其次，当海拔超过3500m以上，K

因此，如何提高绝缘试验结果的准确度与可靠性，以及提高电机绝缘试验效率是本领域技术人员所需要解决的问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种高压高海拔电机绝缘试验的装置和方法，用于解决电机绝缘试验效率低，以及没有考虑电机真实使用环境下的温度、湿度和气压导致绝缘试验结果的准确度与可靠性较低的问题。

为解决上述技术问题，本申请提供一种高压高海拔电机绝缘试验的装置，包括：

气密室，用于放置电机或电机部件，所述气密室内设有温度控制装置、湿度控制装置和气压控制装置；

设备室，所述设备室内设有与所述电机或电机部件连接的绝缘电阻测试仪、介质损耗测试仪、局放测试仪、匝间测试仪和耐压仪；

控制室，所述控制室内设有控制台，所述控制台分别与所述温度控制装置、所述湿度控制装置、所述气压控制装置、所述绝缘电阻测试仪、所述介质损耗测试仪、所述局放测试仪、所述匝间测试仪和所述耐压仪连接。

可选的，所述气密室内还设有与所述控制台连接的紫外成像仪或超声波成像仪。

可选的，还包括平车，所述气密室内还设有用于所述平车运行的导轨，所述平车用于将所述电机或电机部件转运至所述气密室内。

可选的，还包括高压绝缘套管，所述高压绝缘套管密封贯穿所述气密室和所述设备室之间的墙壁，用于将连接设备的电缆和信号线从所述设备室引至所述气密室。

可选的，还包括设于所述设备室内的配电柜和断路器，所述断路器通过所述电缆与所述配电柜连接。

可选的，所述控制室设有观察窗，用于观察所述气密室与所述设备室的情况。

可选的，所述气密室内还设有接地保护装置，所述接地保护装置的一端连接所述电机或电机部件，所述接地保护装置的另一端接地；所述气密室的墙壁设有屏蔽层，用于屏蔽电磁；所述信号线为屏蔽信号线。

可选的，所述控制台包括PLC模块和扩展接口。

本申请还提供一种高压高海拔电机绝缘试验的方法，应用于所述的高压高海拔电机绝缘试验的装置，包括：

获取预设环境参数，根据所述预设环境参数启动温度控制装置、湿度控制装置和气压控制装置，使气密室达到预设环境条件；

根据预设试验顺序依次获取每项试验对应的试验参数，根据所述试验参数调控对应的试验测试设备以对电机或电机部件进行绝缘试验，并实时获取所述试验测试设备反馈的试验结果数据；

其中，所述试验测试设备包括绝缘电阻测试仪、介质损耗测试仪、局放测试仪、匝间测试仪和耐压仪；所述绝缘试验包括绝缘电阻测定试验、介质损耗测定试验、局放测试、匝间测试和耐压测试。

可选的，还包括：

利用紫外成像仪或超声波成像仪实时聚焦定位所述电机或电机部件的电晕位置，并获取所述紫外成像仪或超声波成像仪生成的所述电晕位置的冻结图像。

本申请所提供的一种高压高海拔电机绝缘试验的装置，包括：气密室，用于放置电机或电机部件，气密室内设有温度控制装置、湿度控制装置和气压控制装置；设备室，设备室内设有与电机或电机部件连接的绝缘电阻测试仪、介质损耗测试仪、局放测试仪、匝间测试仪和耐压仪；控制室，控制室内设有控制台，控制台分别与温度控制装置、湿度控制装置、气压控制装置、绝缘电阻测试仪、介质损耗测试仪、局放测试仪、匝间测试仪和耐压仪连接。通过设置温度控制装置、湿度控制装置和气压控制装置可以对电机真实使用环境下的温度、湿度和气压进行模拟，提高了绝缘试验结果的准确度与可靠性；同时，通过灵活的环境参数选择，可以验证复杂环境下受多因子干扰的绝缘系统的性能表现，尤其为高压高海拔电机的绝缘设计提供有益参考。其次，本装置集成了绝缘电阻测定、介质损耗测定、局放测试、匝间测试和耐压测试，提高了电机绝缘试验的效率。

本申请所提供的一种高压高海拔电机绝缘试验的方法等有益效果与装置对应，效果如上。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种高压高海拔电机绝缘试验的装置的等轴测图；

图2为本申请实施例提供的一种高压高海拔电机绝缘试验的装置的等轴测剖面图；

图3为本申请实施例提供的一种高压高海拔电机绝缘试验的装置的上视剖面图；

图4为本申请实施例提供的一种高压高海拔电机绝缘试验的方法的流程图；

附图标记如下：1为气密室、2为设备室、3为控制室、11为电机或电机部件、12为紫外成像仪或超声波成像仪、13为平车、14为导轨、21为绝缘电阻测试仪、22为介质损耗测试仪、23为耐压仪、24为高压绝缘套管、25为配电柜、31为控制台。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护范围。

为方便更加清楚的本申请，下面介绍目前行业内普遍采用的两个标准对高压高海拔电机进行绝缘试验。

第一种，《GB/T 20626.1-2017特殊环境条件高原电工电子产品第1部分：通用技术要求》对高原环境条件参数和相应的高原电工产品的耐压试验做了特殊规定。当产品使用地点海拔与试验地点海拔不同时，采用乘海拔修正系数K

式中：

K

第二种，《JB/T 8439-2008使用于高海拔地区的高压交流电机防电晕技术要求》规定了使用于高海拔地区的高压交流电机防电晕技术要求、试验方法及检验规则，适用于工作海拔1000m至5000m、额定电压6kV及以上的绕组和铁心与环境大气相接触的交流电机。电机线圈(或线棒)的电晕起始电压值应不低于式(2)算值：

U

式中：

U

电机绕组的电晕起始电压值应不低于式(3)计算值:

U

式中：

U

针对第一种和第二种的绝缘试验，主要存在以下问题：

1、我国的高原地区环境湿度均较小，而机电装备制造在长三角地区较为密集(常年湿度较大)，如在电机绝缘试验时不考虑湿度的影响，将使试验结果与使用条件出现较大偏离。

2、电晕的判定采用在黑暗环境条件下的目测方法。试验员进入暗室或暗处应使视力在黑暗环境中适应不少于5min。试验时，应同时有三位有经验的具有良好视力的试验员对试品同时进行观察，观察的结果以至少两人一致有效。采用暗室目视方法测试，一方面测试数据受不同观察人员的影响较大，另一方面对试验条件限制较大(需要无光暗室或者在夜晚测量)。

3、现有高压电机绝缘试验中绝缘电阻、介质损耗、局放、耐压、起晕电压为每项单独测试，完成全部试验耗费时间较长，往往成为产品产量提升的瓶颈，尤其难以适应风力发电机行业大批量、快节奏的生产、检验和交付需求。

本申请的核心是提供一种高压高海拔电机绝缘试验的装置和方法，用于解决上述问题。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。

图1为本申请实施例提供的一种高压高海拔电机绝缘试验的装置的等轴测图；图2为本申请实施例提供的一种高压高海拔电机绝缘试验的装置的等轴测剖面图；图3为本申请实施例提供的一种高压高海拔电机绝缘试验的装置的上视剖面图。如图1至3所示，一种高压高海拔电机绝缘试验的装置，包括：气密室1，用于放置电机或电机部件11，气密室1内设有温度控制装置、湿度控制装置和气压控制装置；设备室2，设备室2内设有与电机或电机部件11连接的绝缘电阻测试仪21、介质损耗测试仪22、局放测试仪、匝间测试仪和耐压仪23；控制室3，控制室3内设有控制台31，控制台31分别与温度控制装置、湿度控制装置、气压控制装置、绝缘电阻测试仪21、介质损耗测试仪22、局放测试仪、匝间测试仪和耐压仪23连接。

气密室1的长宽高可以设计为6000*4000*4000mm，以满足9MW及以上双馈电机的入场测试。环境控制能力至少可以达到5000m海拔环境温湿度和气压要求。气密室1按真空标准设计，并带有良好的电磁屏蔽功能，防止外界无关信号干扰试验，具体的，气密室1的墙壁可以设有用于屏蔽电磁的屏蔽层，屏蔽层一般为金属材质，良好的电磁屏蔽性能可以屏蔽附近的电磁噪声来源。待检的电机包括各类需要进行高压高海拔绝缘测试的电机整机，待检的电机部件包括定子、转子、线圈和线棒等含有绝缘设计要求的电机构件。温度控制装置用于调控气密室1的温度，实时监测气密室1内的温度，并反馈至控制台31；湿度控制装置用于调控气密室1的湿度，实时监测气密室2内的湿度，并反馈至控制台31；气压控制装置用于调控气密室1的气压，实时监测气密室1内的气压，并反馈至控制台31。

设备室2内设有一系列的测试设备，具体包括绝缘电阻测试仪21(兆欧表)、介质损耗测试仪22、局放测试仪、匝间测试仪和耐压仪23；也可以是具有上述类似测试功能的一体化设备。控制室3内设有控制台31(计算机操作台)、可编程控制逻辑控制器(ProgrammableLogic Controller，PLC)机柜，监控系统和通讯设备等。控制台31主要对气密室1和设备室2内的各设备进行相应的控制，并获取各设备反馈的信号。控制系统支持开机自检、远程诊断及在线升级等智能操作，可快速定位问题、排除故障；同时，系统支持通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)、RS232、LAN等接口，支持PLC仿真技术、TCP/IP网络协议等，方便数据交互和仪表控制。控制台31可以包括PLC模块和扩展接口，通过扩展接口和PLC模块实现测试功能升级。控制台31还可以包括显示屏和声光提示装置等，声光提示装置可以在温度控制装置、湿度控制装置、气压控制装置、绝缘电阻测试仪21、介质损耗测试仪22、局放测试仪、匝间测试仪和耐压仪23等设备反馈的数据达到定值后发出声光提示；显示屏用于显示上述仪表反馈的数据。

本申请实施例所提供的一种高压高海拔电机绝缘试验的装置，包括：气密室，用于放置电机或电机部件，气密室内设有温度控制装置、湿度控制装置和气压控制装置；设备室，设备室内设有与电机或电机部件连接的绝缘电阻测试仪、介质损耗测试仪、局放测试仪、匝间测试仪和耐压仪；控制室，控制室内设有控制台，控制台分别与温度控制装置、湿度控制装置、气压控制装置、绝缘电阻测试仪、介质损耗测试仪、局放测试仪、匝间测试仪和耐压仪连接。通过设置温度控制装置、湿度控制装置和气压控制装置可以对电机真实使用环境下的温度、湿度和气压进行模拟，提高了绝缘试验结果的准确度与可靠性；同时，通过灵活的环境参数选择，可以验证复杂环境下受多因子干扰的绝缘系统的性能表现，尤其为高压高海拔电机的绝缘设计提供有益参考。其次，本装置集成了绝缘电阻测定、介质损耗测定、局放测试、匝间测试和耐压测试，提高了电机绝缘试验的效率。

基于上述实施例，本申请实施例的气密室1内还设有与控制台31连接的紫外成像仪或超声波成像仪12。

紫外成像仪或超声波成像仪12具备电磁兼容功能，支持光学/电子变焦和数字滤波降噪，可实时聚焦快速定位电晕位置，冻结图像并进行无线传输。利用紫外成像仪或超声波成像仪12进行起晕电压测试，避免了人员主观差异导致的观测偏差和客观暗室时空条件的限制，进一步提高绝缘试验结果的准确度。

基于上述实施例，本申请实施例还包括平车13，气密室1内还设有用于平车运行的导轨14，平车13用于将电机或电机部件11转运至气密室1内。

平车13可以为重载导轨耐高温防爆电动平车，设计载重量≥20T，可一次性装载多个部件。平车13能够方便工作人员运输电机和电机部件11，提高工作效率。

基于上述实施例，本申请实施例还包括高压绝缘套管24，高压绝缘套管24密封贯穿气密室1和设备室2之间的墙壁，用于将连接设备的电缆和信号线从设备室2引至气密室1。本申请实施例为保证气密室1的气密性，试验设备的电缆和信号线均通过高压绝缘套管24从设备室2引至气密室1。基于此，高压绝缘套管24要求性能等级在10kV以上，耐受高频真空潮湿环境老化影响；电缆为高压电缆；信号线为屏蔽信号线。

基于上述实施例，本申请实施例还包括设于设备室2内的配电柜25和断路器，断路器通过电缆与配电柜25连接。配电柜25可以为不同电压等级提供电压输出，且容量满足全系列试验负载要求。断路器能够保障整个试验过程的安全。

进一步的，为了保障试验的安全性和准确性，气密室1内还设有接地保护装置，接地保护装置的一端连接电机或电机部件11，接地保护装置的另一端接地。

同时为了方便工作人员了解气密室1和设备室2内的情况，在控制室3与气密室1共用的墙壁，以及控制室3与设备室2共用的墙壁开设观察窗。本申请实施例对观察窗的个数不作具体限定，可以根据实际需要设定。

基于上述介绍的高压高海拔电机绝缘试验的装置，图4为本申请实施例提供的一种高压高海拔电机绝缘试验的方法的流程图，如图4所示，高压高海拔电机绝缘试验的方法包括：

S10：获取预设环境参数，根据预设环境参数启动温度控制装置、湿度控制装置和气压控制装置，使气密室达到预设环境条件。

S11：根据预设试验顺序依次获取每项试验对应的试验参数，根据试验参数调控对应的试验测试设备以对电机或电机部件进行绝缘试验，并实时获取试验测试设备反馈的试验结果数据；其中，试验测试设备包括绝缘电阻测试仪、介质损耗测试仪、局放测试仪、匝间测试仪和耐压仪；绝缘试验包括绝缘电阻测定试验、介质损耗测定试验、局放测试、匝间测试和耐压测试。

本申请实施例中的预设环境参数主要包括温度、湿度和气压。预设试验顺序可以是系统默认的试验测试顺序，也可以自定义试验测试顺序，按不同项目试验要求进行动态调整。试验参数主要包括输出电压、击穿电流、持续时间、波前时间、频率等，试验参数可按照相应国家标准规定进行设定，当然试验参数也可以根据实际需要通过控制台31进行设定。其中，部分试验参数已按照相应国家标准的规定内置于控制台31的计算机程序中，可随时调用。

进一步的，在试验过程中还可以利用紫外成像仪或超声波成像仪12实时聚焦定位电机或电机部件11的电晕位置，并获取紫外成像仪或超声波成像仪12生成的电晕位置的冻结图像。

为方便理解，下面介绍具体的试验过程。

1、使用平车13将待检电机或电机部件11转运至带电磁屏蔽的气密室1。

2、做好待检电机或电机部件11与试验设备接线并检查接地保护装置。

具体的将绝缘电阻测试仪21、介质损耗测试仪22、局放测试仪、匝间测试仪和耐压仪23分别通过高压电缆与电机或电机部件11进行紧密连接；将温度控制装置、湿度控制装置和气压控制装置分别通过信号线与控制台31连接，紫外成像仪或超声波成像仪12可与控制台31无线连接。接线完成后，检查接线及接地保护装置，尤其要注意接地线是否牢固可靠。

3、关闭气密室1，控制台31根据预设环境参数启动温度控制装置、湿度控制装置和气压控制装置，使气密室1达到预设环境条件。

具体的，预设环境参数为温度、湿度和气压，环境参数控制功能集成在控制室3的控制台31中，可以根据不同试验要求进行环境参数设定。一般情况下，在缺少项目现场气象数据时，可以按GB/T 20626.1中推荐的海拔分级1000m，2000m，3000m，4000m及5000m进行环境参数设定。标准大气条件为：温度t

4、向控制台31输入各项试验的试验参数，控制台31根据试验参数按照预设程序进行绝缘电阻、介质损耗、局放、匝间和耐压测试。

绝缘电阻测定：控制台31控制绝缘电阻测试仪21向电机或电机部件11输入电压，绝缘电阻测试仪21向控制台31实时反馈电流，从而根据输入的电压和反馈的电流测定出电机或电机部件11的绝缘电阻。具体试验操作参考GB/T 1032-2012中的绝缘电阻测定。

介质损耗测定：控制台31控制介质损耗测试仪22向电机或电机部件11输入交变电场，介质损耗测试仪22向控制台31反馈介质损耗角。具体试验操作参考GB/T 1032-2012中的各项损耗的确定方法。

局放测试，控制台31控制局放测试仪向电机或电机部件11输入电压，局放测试仪向控制台31实时反馈瞬时电流，并且可以通过观察窗观察气密室1中的电机或电机部件11是否产生火花。

匝间测试，控制台31控制匝间测试仪向电机或电机部件11输入电压，匝间测试的输入电压与局放测试的输入电压的波形不同，匝间测试仪向控制台31实时反馈瞬时电流。具体试验操作参考GB/T 22714，11条。

耐压测试，控制台31控制耐压仪23向电机或电机部件11输入电压进行测试。具体试验方法参考GB/T 1032，12.5条和12.6条。需要注意的是，耐压试验电压有效值为：

U

式(4)中，U

5、启动紫外成像仪或超声仪12进行起晕电压测试。

具体为，在进行局放测试时，自动启动紫外成像仪。紫外成像仪具备电磁兼容功能，支持光学/电子变焦和数字滤波降噪，可实时聚焦快速定位电晕位置，冻结图像并进行无线传输至控制台。

6、试验结束，控制台31自动导出试验结果。具体的，根据各仪表反馈的试验结果数据与对应的预设标准值比较，从而判断电机或电机部件是否符合标准。试验结果使用标准检测报告模板导出，包含关键的环境参数、输入的电气参数、输出的数值、波形图、判断标准、试验结论等内容。可以在控制台存储、读取、上传和下载。

本申请由气密室1、设备室2和控制室3构成的完整试验空间。气密室1为产品(电机或电机部件11)的放置地点，试验时与其余空间密闭隔绝，模拟规定的试验环境，同时屏蔽电磁干扰；设备室2为试验测试设备的安装地点，配套有相应的试验电源和开关保护装置，与气密室1通过特殊穿墙套管进行线路连接；控制室3内安装有计算机控制设备，集成了对气密室1和设备室2的控制功能，配套舒适的人机环境，设置有清晰的观察窗可以观察气密室1和设备室2的情况。

气密室1内的设备有：温度控制装置、湿度控制装置、气压控制装置，重载导轨耐高温防爆电动平车、紫外成像仪、超声波成像仪和接地保护装置；设备室2内的设备有：绝缘电阻测试仪21(兆欧表)、介质损耗测试仪22、局放测试仪、匝间测试仪、耐压仪23、配电柜25、高压电缆、屏蔽信号线，高压绝缘套管24和断路器；控制室2内的设备有：计算机操作台(控制台31)，PLC机柜，监控系统，通讯设备。需要说明的是，以上所述设备和装置仅为某些实施例中的必要或优选项，可以根据实际功能需求进行拓展或调整。

本申请对电机真实使用环境下的温度、湿度和气压进行模拟，提高了绝缘试验结果的准确度与可靠性。同时，通过灵活的环境参数选择，可以验证复杂环境下受多因子干扰的绝缘系统的性能表现，尤其为高压高海拔电机的绝缘设计提供有益参考。其次，本方案依托集成化的试验设备、自动化的控制设备和全面的安全保护设置，一次接线即可完成全部绝缘试验，极大提高了电机绝缘试验效率，满足电机行业大批量、快节奏的绝缘检测需求，并减少人员因素带来的试验误差和操作危险。另外，利用紫外成像仪或超声波成像仪进行起晕电压测试，避免了人员主观差异导致的观测偏差和客观暗室时空条件的限制。

以上对本申请所提供的一种高压高海拔电机绝缘试验的装置和方法进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。