基于弹性导波理论的大电机主绝缘结构损伤特性及健康性监测研究

大型发电机主绝缘为层压复合材料结构，绝缘结构老化是主绝缘老化的主要原因，具体表现为绝缘内部结构性损伤的形成与发展。及时、准确地检测并识别出主绝缘结构损伤，确定损伤程度，就能够为大电机绝缘状态诊断与寿命评估提供有效、可靠的参考信息。项目基于弹性导波理论，进行大电机主绝缘结构损伤特性及健康性监测方法的研究。利用数值模拟方法，建立模拟结构中导波传播的有限元模型和结构-压电晶片耦合模型，揭示导波在绝缘结构中的传播机理、导波的激励与接收、导波与损伤的作用规律，明确导波在主绝缘结构中的传播特性，提出基于导波的绝缘结构损伤检测的新方法。在此基础上，重点研究定子绝缘结构损伤特性及其表征方法，提出基于导波的绝缘结构损伤定量识别方法，获取绝缘结构中的典型损伤指纹特征，为发展大电机主绝缘结构健康性监测理论提供新的思路和方法。研究成果对于发展绝缘状态诊断与寿命评估新技术具有重要的理论意义和应用价值。

大型发电机主绝缘在长期的运行过程中，受到电、热、机械和环境因素的联合作用，其机械性能、介电性能逐渐变坏，即发生老化，最终导致绝缘失效。通过非破坏性参量评估绝缘老化状态和预测绝缘剩余寿命是大电机绝缘诊断技术的发展方向。目前对大型发电机定子绝缘进行状态评定还缺乏统一和公认的标准和方法。究其原因：一是对老化机理尚未准确认识，对其失效机理还不能定量描述；二是反映老化的特征参量仍停留在经验和宏观统计的水平上，而对其微观本质即结构性损伤（缺陷）的产生与发展却缺乏系统的分析和研究。. 项目基于弹性导波理论，研究了利用导波方法进行定子绝缘损伤检测的物理原理，对导波激励方法、模式选择及损伤特征提取等问题进行了系统研究。另外，项目中研究了大电机定子绝缘结构的等效模型，以及导波在定子绝缘结构中的传播特性，并构建了基于导波的大电机定子绝缘损伤检测系统。在此基础上，研究了基于导波信号的绝缘损伤特性表征方法，以及导波与损伤的作用规律。最后，对于基于导波的损伤定位及成像识别方法进行了研究。研究结果表明：针对定子绝缘单一损伤情况，利用导波方法不仅可以检测定子绝缘损伤的存在（可以检测出毫米级损伤），而且能够对损伤进行有效定位（定位误差小于8%），甚至能够进行成像识别（识别出损伤的形状）。利用该方法能够对定子绝缘内部气隙、分层、贯穿性裂纹损伤及表面损伤等典型损伤类型进行有效检测、定位和识别。对于大电机中的端部线棒和槽部线棒，测试结果都证明了该方法的有效性。 . 通过开展项目研究，不仅能够及时、准确地检测并识别出主绝缘结构损伤，确定损伤程度，而且能够为大电机绝缘状态诊断与寿命评估提供有效、可靠的参考信息，较好地解决了定量化监测大电机定子绝缘老化状态问题，对于当前已有的绝缘状态监测与评估方法是一种有效补充和互补，为发展大电机主绝缘结构健康性监测技术提供了一种新方法。