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第1章 旋转电机的绝缘结构1

1.1 旋转电机的类型1

1.1.1 交流电动机2

1.1.2 同步发电机3

1.1.3 异步发电机5

1.1.4 永磁（PM）同步电动机和发电机6

1.1.5 按冷却方式分类7

1.2 绕组的部件8

1.2.1 定子绕组8

1.2.2 绝缘的转子绕组10

1.2.3 笼型异步电动机转子绕组10

1.3 定子绕组结构的类型11

1.3.1 散嵌定子绕组11

1.3.2 线圈型成型定子绕组11

1.3.3 罗贝尔线棒型成型定子绕组12

1.4 成型定子绕组绝缘结构的特性13

1.4.1 股线绝缘15

1.4.2 匝绝缘16

1.4.3 主绝缘18

1.4.4 主绝缘局部放电的抑制20

1.4.5 常规定子主绝缘的防晕涂层23

1.4.6 逆变器供电定子绕组的表面防晕涂层26

1.4.7 导体屏蔽28

1.4.8 槽部机械支撑29

1.4.9 线圈端部机械支撑31

1.4.10 换位绝缘33

1.5 散嵌定子绕组绝缘结构的特性35

1.5.1 逆变器供电散嵌绕组的局部放电抑制36

1.6 转子绕组绝缘结构部件37

1.6.1 凸极转子39

1.6.2 隐极转子41

1.6.3 异步电机的绕线转子42

参考文献44

第2章 绝缘材料和绝缘结构的评估46

2.1 老化应力47

2.1.1 热应力48

2.1.2 电气应力（电场强度）49

2.1.3 环境应力（多种因素）50

2.1.4 机械应力51

2.1.5 辐射应力52

2.1.6 多重应力52

2.2 加速老化试验的原则53

2.2.1 待评和基准绝缘材料／结构53

2.2.2 统计偏差54

2.2.3 故障表征59

2.3 热耐受试验59

2.3.1 基本原理59

2.3.2 热鉴定和分级60

2.3.3 绝缘材料热老化试验标准61

2.3.4 绝缘结构热老化试验标准62

2.3.5 未来趋势64

2.4 耐电试验64

2.4.1 成型线圈的专有试验65

2.4.2 标准化的成型线圈／线棒交流电压耐久试验方法66

2.4.3 逆变器供电绕组的电压耐受试验67

2.5 热循环试验68

2.5.1 IEEE热循环试验68

2.5.2 IEC热循环试验70

2.6 核环境资质鉴定试验70

2.6.1 通过试验取得环境资质（EQ）鉴定71

2.6.2 由分析得出环境资质鉴定72

2.6.3 结合测试和分析进行环境资质鉴定73

2.7 多重因素应力试验73

2.8 材料特性试验74

参考文献76

第3章 绝缘材料和绝缘结构的历史发展78

3.1 用于成型定子线圈的天然材料78

3.2 早期用于成型定子线圈的合成材料81

3.3 塑料薄膜和无纺织物83

3.4 液态合成树脂84

3.4.1 聚酯85

3.4.2 环氧化物（环氧树脂）87

3.5 云母89

3.5.1 云母剥片90

3.5.2 云母纸90

3.5.3 云母的基底材料92

3.6 玻璃纤维93

3.7 层压板95

3.8 导线和股线绝缘的演变96

3.9 散嵌定子线圈的制造97

3.10 成型线圈和线棒的制造97

3.10.1 早期的绝缘结构97

3.10.2 沥青基云母绝缘结构98

3.10.3 单个线圈和线棒的热固化绝缘结构98

3.10.4 整体VPI绝缘结构99

3.11 导线换位的绝缘100

3.12 缠包定子主绝缘的方法101

3.13 绝缘衬垫、隔离垫块和套管103

3.13.1 散嵌定子103

3.13.2 转子104

参考文献105

第4章 现行的定子绕组绝缘结构106

4.1 主要制造商的兼并108

4.2 主要的成型定子绕组绝缘结构品牌介绍109

4.2.1 西屋电气公司：Termalastic TM110

4.2.2 通用电气公司（GE公司）：Micapals Ⅰ和Ⅱ TM，Epoxy Mica Mat TM，Micapal HTTM.以及Hydromat TM110

4.2.3 Alsthom、GEC Alsthom 和 Alstom Power：Isotenax TM、Resitherm TM、Resiflex TM、Resivac TM和 Duritenax TM112

4.2.4 西门子公司（Siemens AG），KWU：Micalastic TM113

4.2.5 BrownBoveri、ASEA、ABB和Alstom Power：Micadur TM，Micadur Compact TM，Micapact TM和Micarex TM114

4.2.6 东芝公司（Toshiba Corporation）：Tosrich TM和Tostight TM115

4.2.7 三菱电气公司（Mitsubishi Electric Corporation）115

4.2.8 日立公司（Hitachi）：Hi-Resin TM、Hi-Mold TM和Super Hi-Resin TM116

4.2.9 东方电机116

4.2.10 哈尔滨电气集团（HEC）117

4.2.11 上海电机117

4.2.12 济南发电设备厂：Resitherm TM，Micadur TM和Micadur Compact TM117

4.2.13 现代绝缘结构小结117

4.3 成型绕组绝缘结构的最新发展118

4.3.1 减小对地绝缘的热阻118

4.3.2 提高电场强度119

4.3.3 环境问题120

4.4 散嵌定子绝缘结构121

4.4.1 电磁线绝缘121

4.4.2 相间及对地绝缘121

4.4.3 涂覆处理与浸漆122

参考文献123

第5章 转子绕组的绝缘结构126

5.1 转子的槽绝缘和匝间绝缘127

5.2 集电环绝缘128

5.3 绕组端部绝缘和挡块129

5.4 护环绝缘130

5.5 直接冷却转子的绝缘130

5.6 绕线转子131

5.7 超导同步转子132

参考文献133

第6章 转子和定子的叠片铁心134

6.1 磁性材料134

6.1.1 磁场134

6.1.2 铁磁性134

6.1.3 饱和磁化曲线135

6.1.4 铁磁材料136

6.1.5 磁导率136

6.1.6 磁滞损耗136

6.1.7 涡流损耗137

6.1.8 影响铁损的其他因素137

6.1.9 晶粒方向的影响138

6.1.10 温度的影响138

6.1.11 热处理的影响138

6.1.12 杂质和合金元素的影响139

6.1.13 硅／铝钢139

6.2 制造厂施加的绝缘140

6.3 叠片冲制和激光切割140

6.4 退火和去除毛刺141

6.5 涂漆或覆膜141

6.6 定子和转子的铁心结构142

6.6.1 定子的铁心结构：一般结构142

6.6.2 水轮发电机和大型电动机定子铁心的组装和支撑结构143

6.6.3 汽轮发电机定子铁心的组装和支撑结构144

6.6.4 较小型的电动机和发电机定子铁心145

6.6.5 转子铁心结构145

参考文献146

第7章 绕组故障、修理和重绕的基本原理147

7.1 故障过程147

7.1.1 各部件的相对故障率148

7.1.2 影响故障机理的决定因素150

7.2 影响维修决定的因素151

7.3 定子绕组局部损伤的快速修理152

7.4 故障后拆除定子线圈154

7.5 线棒和（或）线圈的更换和半线圈拼接154

7.6 重绕156

参考文献156

第8章 定子故障机理和修理158

8.1 热劣化158

8.1.1 基本过程158

8.1.2 根本原因160

8.1.3 故障表象162

8.1.4 补救措施162

8.2 热循环163

8.2.1 基本过程163

8.2.2 根本原因166

8.2.3 故障表象166

8.2.4 补救措施167

8.3 树脂浸漆或浸渍不良167

8.3.1 基本过程168

8.3.2 根本原因169

8.3.3 故障表象170

8.3.4 补救措施170

8.4 槽内线圈松动171

8.4.1 基本过程171

8.4.2 根本原因172

8.4.3 故障表象174

8.4.4 补救措施175

8.5 半导体覆层故障176

8.5.1 基本过程176

8.5.2 根本原因177

8.5.3 故障表象178

8.5.4 补救措施178

8.6 半导体和（或）分级防晕覆层交叠部位故障179

8.6.1 基本过程179

8.6.2 根本原因180

8.6.3 故障表象181

8.6.4 补救措施181

8.7 高强度槽放电182

8.7.1 基本过程183

8.7.2 根本原因183

8.7.3 故障表象183

8.7.4 修理措施184

8.8 振动火花（电火花腐蚀）184

8.8.1 基本过程184

8.8.2 根本原因186

8.8.3 故障表象186

8.8.4 修理措施187

8.9 瞬态电压冲击187

8.9.1 基本过程187

8.9.2 根本原因189

8.9.3 故障表象189

8.9.4 补救措施190

8.10 馈电驱动装置产生的重复电压冲击191

8.10.1 基本过程191

8.10.2 根本原因193

8.10.3 故障表象194

8.10.4 补救措施194

8.11 脏污（表面爬电）195

8.11.1 基本过程195

8.11.2 根本原因198

8.11.3 故障表象198

8.11.4 补救措施198

8.12 磨损颗粒199

8.12.1 基本过程199

8.12.2 根本原因200

8.12.3 故障表象和补救措施200

8.13 化学侵蚀200

8.13.1 基本过程200

8.13.2 根本原因201

8.13.3 故障表象201

8.13.4 补救措施202

8.14 绕组端部间距不足202

8.14.1 基本过程203

8.14.2 根本原因205

8.14.3 故障表象205

8.14.4 补救措施205

8.15 绕组端部振动207

8.15.1 基本过程207

8.15.2 根本原因208

8.15.3 故障表象209

8.15.4 补救措施210

8.16 定子冷却水泄漏211

8.16.1 基本过程211

8.16.2 根本原因212

8.16.3 故障表象212

8.16.4 补救措施213

8.17 电气连接不良214

8.17.1 基本过程214

8.17.2 根本原因214

8.17.3 故障表象215

8.17.4 补救措施215

参考文献215

第9章 转子绕组故障机理和修理217

9.1 热劣化217

9.1.1 一般过程218

9.1.2 根本原因218

9.1.3 故障表征219

9.2 热循环219

9.2.1 一般过程219

9.2.2 根本原因221

9.2.3 故障表征222

9.3 由于不平衡或盘车运行造成的磨损（铜粉尘）223

9.3.1 一般过程223

9.3.2 根本原因224

9.3.3 故障表征225

9.4 脏污（爬电痕迹）225

9.4.1 一般过程226

9.4.2 根本原因226

9.4.3 一般表征226

9.5 反复的电压冲击227

9.5.1 一般过程227

9.5.2 根本原因227

9.5.3 一般表征228

9.6 离心力228

9.6.1 一般过程228

9.6.2 根本原因228

9.6.3 一般表征229

9.7 失磁运行230

9.7.1 运行中失磁230

9.7.2 发电机断路器意外闭合230

9.7.3 根本原因230

9.7.4 一般表征230

9.8 补救措施231

参考文献232

第10章 凸极转子绕组故障机理和修理233

10.1 热劣化233

10.1.1 基本过程233

10.1.2 根本原因234

10.1.3 一般表征234

10.2 热循环235

10.2.1 基本过程235

10.2.2 根本原因235

10.2.3 一般表征235

10.3 脏污（爬电和受潮）236

10.3.1 基本过程236

10.3.2 根本原因236

10.3.3 一般表征237

10.4 磨损颗粒237

10.4.1 基本过程237

10.4.2 根本原因237

10.4.3 一般表征238

10.5 离心力238

10.5.1 基本过程238

10.5.2 根本原因238

10.5.3 一般表征238

10.6 反复的电压冲击239

10.6.1 基本过程239

10.6.2 根本原因239

10.6.3 一般表征240

10.7 磁极修理240

参考文献241

第11章 绕线转子绕组故障机理和修理242

11.1 电压冲击242

11.1.1 一般过程243

11.1.2 根本原因244

11.1.3 一般表征244

11.2 不平衡电压244

11.2.1 一般过程244

11.2.2 根本原因244

11.2.3 一般表征244

11.3 线棒接头和波绕组的高阻连接244

11.3.1 一般过程245

11.3.2 根本原因245

11.3.3 一般表征245

11.4 线圈端部绑扎故障245

11.4.1 一般过程245

11.4.2 根本原因245

11.4.3 一般表征246

11.5 集电环绝缘短路及接地246

11.5.1 一般过程246

11.5.2 根本原因247

11.6 绕线转子绕组的修理247

11.6.1 已发生故障的绕组247

11.6.2 脏污绕组和集电环绝缘247

11.6.3 线棒型绕组接头故障247

11.6.4 线圈端部绑扎结构损坏248

11.6.5 集电环绝缘失效或脏污248

参考文献248

第12章 笼型异步电机转子绕组故障机理和修理249

12.1 发热249

12.1.1 一般过程250

12.1.2 根本原因250

12.1.3 一般表征250

12.2 周期性机械应力251

12.2.1 一般过程251

12.2.2 根本原因253

12.2.3 一般表征253

12.3 设计或制造不良255

12.3.1 一般过程和根本原因255

12.3.2 一般表征256

12.4 修理258

参考文献259

第13章 铁心片间绝缘故障和修理260

13.1 热劣化260

13.1.1 一般过程260

13.1.2 根本原因261

13.1.3 一般表征263

13.2 电劣化264

13.2.1 一般过程264

13.2.2 根本原因265

13.2.3 一般表征268

13.3 机械劣化269

13.3.1 一般过程269

13.3.2 根本原因270

13.3.3 故障表征275

13.4 制造缺陷引起的故障276

13.4.1 一般过程276

13.4.2 根本原因277

13.4.3 故障表征277

13.5 铁心的修复277

13.5.1 铁心松动278

13.5.2 铁心绝缘片间短路279

13.5.3 绕组电气故障造成的铁心损坏280

13.5.4 假齿280

13.5.5 穿心螺杆绝缘碎裂281

13.5.6 分瓣铁心修理281

参考文献281

第14章 试验和监测的基本原理282

14.1 试验和监测的目的282

14.1.1 评估绕组状态和绕组剩余寿命282

14.1.2 确定检修的优先权283

14.1.3 交接和质量保证试验283

14.1.4 确定故障根源283

14.2 离线试验与在线监测284

14.3 目视检查的作用285

14.4 将数据转变为信息的专家系统286

参考文献287

第15章 离线的转子绕组和定子绕组试验288

15.1 绝缘电阻和极化指数290

15.1.1 试验目的与原理290

15.1.2 试验方法293

15.1.3 试验数据分析295

15.2 直流耐压试验296

15.2.1 试验目的与原理296

15.2.2 试验方法297

15.2.3 试验数据分析300

15.3 极化／去极化电流测量（PDC）300

15.3.1 试验目的与原理301

15.3.2 试验方法301

15.3.3 试验数据分析302

15.4 直流电阻测量302

15.4.1 试验目的与原理303

15.4.2 试验方法303

15.4.3 试验数据分析304

15.5 连接不良的热点（大电流—红外成像仪）305

15.5.1 试验目的与原理305

15.5.2 试验方法305

15.5.3 试验数据分析305

15.6 交流耐压试验306

15.6.1 试验目的与原理306

15.6.2 试验方法308

15.6.3 试验数据分析309

15.7 电容量测试309

15.7.1 试验目的与原理309

15.7.2 试验方法310

15.7.3 试验数据分析311

15.8 定子电容量增量测试312

15.8.1 试验目的与原理312

15.8.2 试验方法313

15.8.3 试验数据分析313

15.9 电动机定子的容抗试验314

15.10 介质损耗（或功率）因数试验315

15.10.1 试验目的与原理315

15.10.2 试验方法316

15.10.3 试验数据分析317

15.11 功率损耗（介质损耗）因数增量试验317

15.11.1 试验目的与原理318

15.11.2 试验方法318

15.11.3 试验数据分析320

15.12 常规绕组的离线局部放电试验320

15.12.1 试验目的与原理320

15.12.2 试验方法322

15.12.3 试验数据分析324

15.13 逆变器馈电绕组的离线局部放电试验326

15.13.1 试验目的与理论327

15.13.2 试验方法和数据分析327

15.14 定子绕组暗室遮光试验和紫外成像328

15.14.1 试验目的和原理328

15.14.2 试验方法329

15.14.3 试验数据分析330

15.15 定子局部放电部位探测试验330

15.15.1 试验目的与原理331

15.15.2 试验方法331

15.15.3 试验数据分析332

15.16 定子冲击电压试验332

15.16.1 试验目的与原理333

15.16.2 试验方法335

15.16.3 试验数据分析336

15.17 感抗试验336

15.18 半导体涂层接触电阻试验338

15.18.1 试验目的与原理338

15.18.2 试验方法338

15.18.3 试验数据分析339

15.19 导体冷却介质管路电阻试验339

15.19.1 试验目的与试验方法339

15.20 定子槽楔敲击试验339

15.20.1 试验目的与原理340

15.20.2 试验方法340

15.20.3 试验数据分析342

15.21 槽部侧面间隙试验342

15.21.1 试验目的与原理342

15.21.2 试验方法343

15.21.3 试验数据分析343

15.22 定子槽部径向间隙试验343

15.22.1 试验目的与原理343

15.22.2 试验方法344

15.22.3 试验数据分析344

15.23 定子绕组端部动态特性试验344

15.23.1 试验目的与原理344

15.23.2 试验方法345

15.23.3 试验数据分析346

15.24 定子压力和真空衰减试验346

15.24.1 试验目的与原理346

15.24.2 试验方法和试验数据分析347

15.25 转子磁极压降（电压降）试验348

15.25.1 试验目的与原理348

15.25.2 试验方法——凸极转子348

15.25.3 试验方法——隐极转子349

15.25.4 试验数据分析349

15.26 转子RSO及冲击电压试验349

15.26.1 试验目的与原理350

15.26.2 试验方法350

15.26.3 试验数据分析351

15.27 笼型转子绕组测试仪351

15.27.1 试验目的与原理352

15.27.2 试验方法352

15.27.3 试验数据分析352

15.28 转子荧光着色渗透试验352

15.28.1 试验目的与原理353

15.28.2 试验方法与试验数据分析353

15.29 转子额定磁通试验353

15.29.1 试验目的与原理353

15.29.2 试验方法353

15.29.3 试验数据分析354

15.30 转子单相旋转试验354

15.30.1 试验目的与原理354

15.30.2 试验方法354

15.30.3 试验数据分析354

参考文献354

第16章 运行中定子和转子绕组的在线监测358

16.1 温度监测358

16.1.1 定子绕组温度测点359

16.1.2 转子绕组传感器360

16.1.3 数据的采集和分析361

16.1.4 热成像仪362

16.2 工况监测仪和标识化合物363

16.2.1 监测原理363

16.2.2 数据解读365

16.3 臭氧366

16.3.1 监测原理366

16.3.2 数据解读367

16.4 局部放电在线监测368

16.4.1 监测原理368

16.4.2 数据解读376

16.5 电容和介质损耗因数在线测量382

16.5.1 原理382

16.5.2 数据采集与解读383

16.6 绕组端部振动监测383

16.6.1 监测原理384

16.6.2 数据采集和解读385

16.7 同步电机转子磁通监视387

16.7.1 监测原理387

16.7.2 数据采集和解读392

16.8 电流特征分析393

16.8.1 监测原则393

16.8.2 数据采集395

16.8.3 数据分析396

16.9 轴承振动监测398

16.9.1 振动传感器398

16.9.2 异步电机的监测398

16.9.3 同步电机的监测400

16.10 定子绕组漏水监测400

参考文献401

第17章 铁心试验403

17.1 插刀试验403

17.1.1 试验目的及原理403

17.1.2 试验方法404

17.1.3 试验结果判断404

17.2 额定磁通试验404

17.2.1 试验目的和原理405

17.2.2 试验方法406

17.2.3 试验结果分析412

17.3 铁心损耗试验413

17.3.1 试验目的与原理413

17.3.2 试验方法413

17.3.3 试验结果分析414

17.4 铁心低磁通试验（EL-CID）414

17.4.1 试验目的和原理415

17.4.2 试验方法416

17.4.3 试验结果分析419

参考文献423

第18章 新绕组和重绕绕组的要求424

18.1 定子和转子绕组技术规范的目标424

18.2 规范中的细节与一般条款之间的权衡425

18.3 规范的一般条款426

18.4 新定子绕组的技术要求427

18.5 绝缘的转子绕组技术要求434

18.5.1 新的隐极转子绕组435

18.5.2 隐极转子绕组的翻新与更换437

18.5.3 新的凸极转子绕组439

18.5.4 在役凸极转子绕组的翻新和修理442

参考文献443

第19章 新绕组的验收和现场试验444

19.1 定子绕组绝缘结构的资质预选试验444

19.1.1 绝缘介质损耗因数增量试验444

19.1.2 常规绕组的局部放电试验445

19.1.3 逆变器供电绕组的局部放电试验446

19.1.4 脉冲（冲击电压）试验446

19.1.5 常规绕组的电压耐久试验447

19.1.6 逆变器馈电成型绕组的耐电压试验448

19.1.7 热循环试验449

19.1.8 热分级试验450

19.2 定子绕组绝缘结构的工厂和现场试验451

19.2.1 绝缘电阻和极化指数试验451

19.2.2 相电阻和（或）热成像452

19.2.3 交流和直流耐压试验452

19.2.4 脉冲（冲击电压）试验453

19.2.5 股间绝缘试验454

19.2.6 功率因数增量试验455

19.2.7 局部放电（PD）试验455

19.2.8 半导体涂覆层试验456

19.2.9 槽楔敲击试验456

19.2.10 绕组端部锤击试验457

19.3 转子绕组的工厂和现场试验457

19.3.1 对所有带绝缘的绕组适用的试验458

19.3.2 隐极同步电机转子绕组459

19.3.3 凸极同步电机绕组460

19.3.4 绕线转子异步电机转子绕组460

19.3.5 笼型转子绕组461

19.4 铁心绝缘的工厂试验和现场试验462

19.4.1 铁心紧度试验462

19.4.2 额定磁通试验462

19.4.3 低磁通（EL-CID）试验463

参考文献463

第20章 维修策略464

20.1 维修和检查的选择464

20.1.1 故障后维修或补救性维修464

20.1.2 基于时间的维修或预防性维修465

20.1.3 基于状态的检修或预知性维修467

20.1.4 检查468

20.2 各种不同型式的电机适用的维修策略及实施措施470

20.2.1 汽轮发电机470

20.2.2 凸极发电机和电动机473

20.2.3 笼型和绕线转子异步电动机475

参考文献478