Оценка ресурса высоковольтной изоляции статорных обмоток турбогенераторов
DOI:
https://doi.org/10.24160/0013-5380-2026-6-26-34Ключевые слова:
система изоляции, оценка ресурса, старение, статорная обмотка, турбогенераторАннотация
Статья посвящена разработке теоретической модели для оценки остаточного ресурса высоковольтной изоляции статорных обмоток турбогенераторов, учитывающей каскадный характер деградации её компонентов. Для разработки модели использовался системный подход, формализующий состояние гетерогенной структуры (корпусная изоляция, коронозащита, уплотнения) с помощью векторных функций состояния и матриц взаимовлияния. Проведено исследование кинетики деградации изоляционных материалов в условиях комплексного воздействия электрических, тепловых и вибрационных нагрузок, а также при моделировании разрядной активности. Разработанная модель может быть применена для прогнозирования технического состояния изоляции на различных этапах жизненного цикла оборудования. Наиболее важными результатами являются иерархическая организации элементов изоляции с использованием векторных функций состояния и матриц взаимовлияния, включение в модель теории температурной стратификации механизмов деградации, установление функциональных зависимостей между морфологией дефектов, локальной напряженностью поля и диагностическими параметрами (tgδ, характеристики частичных разрядов). Практическая значимость результатов состоит в применимости разработки для планирования ремонтов и продления назначенного срока службы турбогенераторов по фактическому состоянию, а также для оптимизации конструктивных решений на этапе проектирования систем изоляции.
Библиографические ссылки
1. CIGRE Working Group A1.10. Survey on Hydrogenerator Failures, 2009, 22 p.
2. Barré O., Napame B. The Insulation for Machines Having a High Lifespan Expectancy, Design, Tests and Acceptance Criteria Issues. – Machines, 2017, vol. 5, No. 1, DOI: 10.3390/machines5010007.
3. Stone G.C. et al. Recent Problems with Motor and Generator Windings. – Record of Conference Papers - Industry Applications Society 56th Annual Petroleum and Chemical Industry Conference, 2009, DOI: 10.1109/PCICON.2009.5297173.
4. ГОСТ Р 70940-2023. Машины электрические вращающиеся. Турбогенераторы. Общие технические условия. М.: Российский институт стандартизации, 2023, 28 с.
5. Andraschek N. et al. Mica/Epoxy-Composites in the Electrical Industry. – Polymers, 2016, vol. 8 (5), DOI: 10.3390/polym8050201.
6. Feng Y. et al. Recent Progress in Degradation and Recycling of Epoxy Resin. – Journal of Materials Research and Technology, 2024, vol. 32, pp. 2891–2912, DOI: 10.1016/j.jmrt.2024.08.095.
7. Маннанов Э.Р. и др. Обзор методик оценки технического состояния электрической изоляции обмоток статоров высоковольтных турбогенераторов с воздушным охлаждением, находящихся в эксплуатации. – Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2025, т. 18, № 4, с. 90–105.
8. Маннанов Э.Р. и др. Исследование повреждений пазовых полупроводящих покрытий статорных обмоток турбогенераторов в условиях эксплуатационных воздействий. – Глобальная энергия, 2023, т. 29, № 2, с. 32–43.
9. Stone G.C. et al. Electrical Insulation for Rotating Machines Design, Evaluation, Aging, Testing and Repair. Piscataway, NJ, USA: IEEE Press, 2004, 390 p.
10. Hassan W. et al. Effects of Environmental Factors on Partial Discharge Activity and Estimation of Insulation Lifetime in Electrical Machines. – IEEE Access, 2020, vol. 8, pp. 108491–108502, 2020, DOI: 10.1109/ACCESS.2020.2998373.
11. Di Lorenzo M., Schifani R. Direct Interaction between Partial Discharge and Temperature on Epoxies: Phenomenological Life Models. – Journal of Physics D: Applied Physics, 2002, vol. 35, pp. 33–39, DOI: 10.1088/0022-3727/35/1/307.
12. Yue B. Diagnosis of Stator Winding Insulation of Large Generator Based on Partial Discharge Measurement. – IEEE Trans-actions on Energy Conversion, 2006, vol. 21, No. 2, pp. 387–395, DOI: 10.1109/TEC.2006.874223.
13. Kimura K. Progress of Insulation Ageing and Diagnostics of High Voltage Rotating Machine Winding in Japan. – IEEE Electrical Insulation Magazine, 1993, vol. 9, No 3, pp. 13–20, DOI: 10.1109/57.216783.
14. Hudon C. et al. Effect of Physico-Chemical Degradation of Epoxy Resin on PD Behavior. – IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 1995, vol. 2, No. 6, pp. 1086–1092, DOI: 10.1109/TDEI.1995.8881923.
15. Srinavas M.B., Ramu T.S. Multifactor Aging of HV Generator Stator Insulation Including Mechanical Vibration. – IEEE Transactions on Electrical Insulation, 1992, vol. 27, No. 5, pp. 1009–1021, DOI: 10.1109/14.256476.
16. Jia Z., Hao Y., Xie H. The Degradation Assessment of Epoxy/Mica Insulation under Multi-Stresses Aging. – IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2006, vol. 13, No. 2, pp. 415–422, DOI: 10.1109/TDEI.2006.1624287.
17. Kong X. et al. Effects of Thermo-Oxidative Aging on the Dielectric Property and Electrical Breakdown of Epoxy Resin Using in High-Voltage Equipment. – IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2025, vol. 32, No. 1, pp. 254–262, DOI: 10.1109/TDEI.2024.3501997.
18. Маннанов Э.Р. и др. Моделирование разрядной активности в системе изоляции статорных обмоток турбогенераторов. – Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2025, т. 18, № 5, с. 69–80.
19. Weiers T., Keller D., Vogelsang R. The Impact of low Amplitude 100 Hz Vibrations on the Winding Insulation of Rotating High Voltage Machines. – 14th International Symposium on High Voltage Engineering (ISH 2005), 2005.
20. Азизов А.Ш. Исследование и разработка современных систем изоляции статорных обмоток турбо- и гидрогенераторов повышенной мощности: автореф. дис. ... канд. техн. наук. СПб., 2009, 17 с.
21. Пат. RU 2852733 C1. Устройство для испытаний системы изоляции обмотки статора и условий закрепления стержней в пазах сердечника статора электрической машины при комплексных воздействиях / А.Ю. Варламов и др., 2025.
22. Пат. RU 2852550 C1. Устройство для испытаний пазовых полупроводящих покрытий статорной обмотки ударного генератора при комплексных воздействиях / Э.Р. Маннанов и др., 2025.
#
1. CIGRE Working Group A1.10. Survey on Hydrogenerator Failures, 2009, 22 p.
2. Barré O., Napame B. The Insulation for Machines Having a High Lifespan Expectancy, Design, Tests and Acceptance Criteria Issues. – Machines, 2017, vol. 5, No. 1, DOI: 10.3390/machines5010007.
3. Stone G.C. et al. Recent Problems with Motor and Generator Windings. – Record of Conference Papers – Industry Applications Society 56th Annual Petroleum and Chemical Industry Conference, 2009, DOI: 10.1109/PCICON.2009.5297173.
4. GOST R 70940-2023. Mashiny elektricheskie vrashchayu-shchiesya. Turbogeneratory. Obshchie tehnicheskie usloviya (Rotating Electrical Machines. Turbogenerators. General Specifications). M.: Rossiyskiy institut standartizatsii, 2023, 28 p.
5. Andraschek N. et al. Mica/Epoxy-Composites in the Electrical Industry. – Polymers, 2016, vol. 8 (5), DOI: 10.3390/polym8050201.
6. Feng Y. et al. Recent Progress in Degradation and Recycling of Epoxy Resin. – Journal of Materials Research and Technology, 2024, vol. 32, pp. 2891–2912, DOI: 10.1016/j.jmrt.2024.08.095.
7. Mannanov E.R. et al. Izvestiya SPbGETU «LETI» – in Russ. (Proceedings of Saint Petersburg Electrotechnical University), 2025, vol. 18, No. 4, pp. 90–105.
8. Mannanov E.R. et al. Global’naya energiya – in Russ. (Global Energy), 2023, vol. 29, No. 2, pp. 32–43.
9. Stone G.C. et al. Electrical Insulation for Rotating Machines Design, Evaluation, Aging, Testing and Repair. Piscataway, NJ, USA: IEEE Press, 2004, 390 p.
10. Hassan W. et al. Effects of Environmental Factors on Partial Discharge Activity and Estimation of Insulation Lifetime in Electrical Machines. – IEEE Access, 2020, vol. 8, pp. 108491–108502, 2020, DOI: 10.1109/ACCESS.2020.2998373.
11. Di Lorenzo M., Schifani R. Direct Interaction between Partial Discharge and Temperature on Epoxies: Phenomenological Life Models. – Journal of Physics D: Applied Physics, 2002, vol. 35, pp. 33–39, DOI: 10.1088/0022-3727/35/1/307.
12. Yue B. Diagnosis of Stator Winding Insulation of Large Generator Based on Partial Discharge Measurement. – IEEE Transactions on Energy Conversion, 2006, vol. 21, No. 2, pp. 387–395, DOI: 10.1109/TEC.2006.874223.
13. Kimura K. Progress of Insulation Ageing and Diagnostics of High Voltage Rotating Machine Winding in Japan. – IEEE Electrical Insulation Magazine, 1993, vol. 9, No 3, pp. 13–20, DOI: 10.1109/57.216783.
14. Hudon C. et al. Effect of Physico-Chemical Degradation of Epoxy Resin on PD Behavior. – IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 1995, vol. 2, No. 6, pp. 1086–1092, DOI: 10.1109/TDEI.1995.8881923.
15. Srinavas M.B., Ramu T.S. Multifactor Aging of HV Generator Stator Insulation Including Mechanical Vibration. – IEEE Transactions on Electrical Insulation, 1992, vol. 27, No. 5, pp. 1009–1021, DOI: 10.1109/14.256476.
16. Jia Z., Hao Y., Xie H. The Degradation Assessment of Epoxy/Mica Insulation under Multi-Stresses Aging. – IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2006, vol. 13, No. 2, pp. 415–422, DOI: 10.1109/TDEI.2006.1624287.
17. Kong X. et al. Effects of Thermo-Oxidative Aging on the Dielectric Property and Electrical Breakdown of Epoxy Resin Using in High-Voltage Equipment. – IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2025, vol. 32, No. 1, pp. 254–262, DOI: 10.1109/TDEI.2024.3501997.
18. Mannanov E.R. et al. Izvestiya SPbGETU «LETI» – in Russ. (Proceedings of Saint Petersburg Electrotechnical University), 2025, vol. 18, No. 5, pp. 69–80.
19. Weiers T., Keller D., Vogelsang R. The Impact of low Amplitude 100 Hz Vibrations on the Winding Insulation of Rotating High Voltage Machines. – 14th International Symposium on High Voltage Engineering (ISH 2005), 2005.
20. Azizov A.Sh. Issledovanie i razrabotka sovremennyh sistem izolyatsii statornyh obmotok turbo- i gidrogeneratorov povyshennoy moshchnosti: avtoref. dis. ... kand. tehn. nauk (Research and Development of Modern Insulation Systems for Stator Windings of High-Power Turbo and Hydro Generators: Abstract ... Cand. Sci. (Eng.)). SPb., 2009, 17 p.
21. Pat. RU 2852733 C1. Ustroystvo dlya ispytaniy sistemy izolya-tsii obmotki statora i usloviy zakrepleniya sterzhney v pazah serdechnika statora elektricheskoy mashiny pri kompleksnyh vozdeystviyah (A Device for Testing the Insulation System of the Stator Winding and the Conditions for Fixing Rods in the Slots of the Stator Core of an Electric Machine Under Complex Influences) / A.Yu. Varlamov et al., 2025.
22. Pat. RU 2852550 C1. Ustroystvo dlya ispytaniy pazovyh poluprovodyashchih pokrytiy statornoy obmotki udarnogo generatora pri kompleksnyh vozdeystviyah (A Device for Testing Grooved Semi-Conducting Coatings of the Stator Winding of an Impact Generator Under Complex Influences) / E.R. Mannanov et al., 2025
