正如第1.4.5节所讨论的,在高压定子线棒和线圈表面的半导体覆层是用于防止局部放电的。线圈和铁心间不可避免地会存在一些小的气隙,即使GVPI定子也不例外,没有半导体覆层,该气隙中就会出现局部放电。在故障的发展过程中,半导体覆层中的碳颗粒因氧化变成基本上不导电的物质,或者某些局部区域已经没有了半导体覆层。线圈或线棒运行在高电压下时,局部放电将发生在线棒或线圈与铁心之间,该PD会侵袭主绝缘,形成贯穿主绝缘的孔洞,最后导致接地故障。由于所有云母基的主绝缘都具有很好的抗局部放电的性能,使故障过程在演变为击穿事故前可能会发展几十年。值得注意的是,即使线圈在槽内紧固得很好,该过程依然会发生。该故障机理有时被称为电气槽放电,以便区别于上节所述的因机械振动而产生的槽放电。
如果是空气冷却电机,表面局部放电会产生一种称为臭氧(O3)的气体。臭氧是化学性质非常活泼的气体,会与空气中的氮和潮气反应生成硝酸(NHO3),进而化学性腐蚀多种物质,包括环氧、聚酯、橡胶合成物、润滑油和钢。尤其是硝酸生成物可促进半导体覆层的劣化向毗邻区域扩展。高浓度的臭氧则又可能是伴随硝酸腐蚀过程的产物。如同经验表明,大多数运行于高电位的线圈/线棒最终都会出现因硝酸的侵袭而造成的劣化,产生大量滋生PD的局部区域,于是又产生更多的臭氧。在整个封闭式电机内部,臭氧浓度可能超过10ppm(即10-6)。具有如此之高臭氧浓度的电机,若已经在高浓度臭氧下运行多年,其定子绕组也就该重绕了,甚至定子铁心也可能不得不进行更换。
硝酸对槽内材料的腐蚀还可能使原本在槽内紧固的绕组变松动,进而导致因线圈振动引起的绝缘磨损,如前一节所述。除非重新压紧线圈,否则故障过程发展非常迅速,因为磨损是比局部放电发展更快的劣化过程。(www.xing528.com)
如果线圈或线棒在槽内固定得很好,局部放电本身可能要几十年才会造成绝缘击穿。但是,存在臭氧浓度高问题的定子必须重绕,这是因为硝酸可引起水泄漏,既有空-水热交换器泄漏问题,也有使润滑油劣化造成轴承磨损的泄漏问题。此外,定子需要重绕不是因为担心它很快出现绝缘失效,而是因为健康组织声明,该类故障电机会造成不安全的工作环境。大多数国家对工作地点的臭氧浓度都有规定。对于开启式通风的电机,如果出现大面积半导体覆层劣化,在电机周围的臭氧浓度水平很容易达到“不安全”的标准限值(通常约0.1ppm)。
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