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山西省基础研究项目计划任务书项目类别：自然科学基金 青年科技研究基金 其他资助类别：面上项目 重点项目 优青项目 其他项目编号：2014011024-3项目名称：高压电动机主绝缘状态监测及故障预警方法研究资助金额：5万元项目负责人：吝伶艳承担单位： 太原理工大学 (盖章)执行年限： 2014 年 1 月至 2016 年 12 月填报日期：2014-7-2山西省科学技术厅2014年制10项目名称高压电动机主绝缘状态监测及故障预警方法研究所属学科领域E07 电工学科研究属性基础研究应用基础研究所属技术领域5 电力项目技术来源集成创新承担单位名称太原理工大学单位性质大专院校科研院所国有及国有控股企业集体所有制企业民营企业其他通信地址山西省太原市迎泽西大街79号法人代表吕明电-项目联系人张婵爱电编030024职工总数10人中高级以上职称人员数6人开户银行中国工商银行山西省分行太原下元支行账号0502126309026401529合作单位1. 2.1、研究背景及意义，与国家需求的相关性高压电动机是工矿企业生产实际中最重要的动力设备之一。掘进机、皮带输送机、通风机等重载设备的驱动电动机，大都为大中型高压电动机。它们功率大,惯性大，工作在过负荷、短时重复工作、煤尘、潮湿和易燃易爆的场合，其主绝缘承受各种强大外界应力作用，发生故障的概率极高。如发生故障和停运，不仅会损坏昂贵的电动机本身，而且直接威胁到整个工矿企业系统的安全和生产，造成巨大的经济损失。长期以来，针对高压电动机的各种故障，绝缘故障往往占三分之一之多。然而，到目前为止，国内大部分单位通过对高压电机进行定期离线检修来了解绝缘的健康状况，这在一定程度上可以避免故障的发生，但是，对于槽放电、相间放电等较严重的放电，往往会在几年，甚至几个月内烧毁电动机主绝缘，使其发展为对地击穿故障。局部放电的发生过程中，不仅对电能造成损失，降低能源利用率，其产生的高频电磁波也会影响周围通讯设备的正常运行；有些电机并未发生故障，按照规程仍然需要进行开壳检修，这不仅造成资源的一大浪费，更延误了宝贵的时间，而且，开壳检修对电机本身也是一种老化。因此，定期检修并非避免故障发生的最佳手段。通过安装高压电动机绝缘状况在线监测设备，对运行的高压电动机绝缘状况进行在线监测，能够实时地获悉目前绝缘状态，了解故障发生并发展的可能性，对即将发生的故障，做出故障评估，给出维修建议，可以最大程度上保证电机利用率，并保护电机的正常运行，节约了维修成本。与定期离线检修相比，在线监测更具准确性及科学性。2、研究内容、拟采用的新方法和技术路线研究内容：本项目以10kV高压电动机作为研究对象。 （1）在深入分析10kV电动机绝缘结构的基础上，研究其故障机理及特征，研究各种故障之间的相互作用关系，为更准确的故障早期检测打下良好理论基础； （2）从总体上考虑电动机定子绕组局部放电检测方法，采用非侵入式手段对发生于定子绕组绝缘内部及绕组绝缘表面局部放电信号进行提取； （3）研究10kV电动机定子绕组局部放电的产生机理，传播方式及耦合路径； （4）研究发生于高压电机定子绕组局部放电类型，包括：内部放电、端部电晕放电、相间放电以及槽内放电，在实验室建针对不同程度的相应故障情况对局部放电信号进行采集； （5）广泛查找能够最大反映各种放电信息的特征量，结合试验验证及实地测量，研究放电识别的输入； （6）总结国内外常用故障诊断方法，研究基于多种技术的信息融合故障预警法； （7）根据局部放电所处环境的干扰类型，研究处理干扰信号的方法。 采用的新方法和技术路线：（1）本研究技术路线采用定制10kV三相异步电动机定子新绕组为试验对象，对其进行单因子老化，在实验室提取出相应局部放电信号指纹，并通过数据处理手段，提取相应特征量，融合到在线监测系统中，以达到对运行的10kV三相异步电动机的绝缘在线监测及故障诊断。（2）以10kV高压三相异步电动机定子绕组为研究对象，分别建立槽放电、端部电晕放电、相间放电，以及内部放电四种放电模型，通过模拟真机运行过程中发生的老化环境，设计各种老化手段，于屏蔽室施加电压，对特定放电指纹进行采集，形成放电指纹库。（3）目前，国内外对不同环境下，电晕放电发展变化规律的研究，仅停留在改变环境相对湿度，同时测量电晕放电指纹分布，但是，由于高压电动机运行环境恶劣，其定子绕组周围环境气体不仅仅会发生相对湿度的变化，其气体酸碱性也会由于运行环境的改变而改变。本项目在该点有重大突破，研究了电晕放电在不同相对湿度及酸性、碱性及中性气体成分下的指纹分布，为复杂环境下的智能识别提供了有力依据。（4）针对实验过程中，绕组物化环境是否与真机运行环境尽可能相同这一问题，国内外大部分研究人员使用铁板、钢板，或者是水电极系统来模拟定子铁芯，这在一定程度上已经偏离了真实绕组存在的物理环境。本项目自制宽度可调定子铁芯槽模型，作为定子绕组实验过程中的加持工具（地电极），不仅在最大程度上模拟了真机绕组运行环境，而且，使用方便，可适用于不同规格的绕组。（5）针对不同放电类型的智能识别，国内外方法各异，本项目通过使用BP神经网络，利用放电类型的相似处，首先将内部放电和槽内放电作为一组，电晕放电和相间放电作为一组筛选出来，然后分别再次利用BP神经网络，对这两组进行再筛选，这样能够在极大程度上提高运行速度及识别正确率。（6）根据现场干扰情况，选取适当的滤波措施，以抑制背景噪声对局部放电信号的影响。3、研究目标、拟解决的关键问题研究目标：寻找故障特征与局部放电信号的关系； 设计出10kV电动机定子绕组局部放电在线监测系统的监测系统平台搭建方案；在实验室模拟故障的发生，并针对不同程度的相应故障情况对局部放电信号进行采集，建立放电特征数据库；确定局部放电特征量类型，并能够利用软件对其进行提取并保存；根据本系统的特点，确定适合于本系统故障诊断方法；确定一种分步骤处理干扰信号的方法，有效抑制背景噪声。 要完成这一项目拟解决以下几个关键问题：（1）各种放电样本制作方法不科学，与实际物化环境差别大； （2）局部放电提取过程中，背景噪声水平高所带来的干扰，往往导致真实局部放电信号难以被提取出来； （3）局部放电提取过程中，地电极的设计不科学，往往导致局部放电信号与真实情况不同； （4）外界环境发生变化后，比如相对湿度及气体酸碱性会随着季节的改变而发生变化，由于发生于绕组表面，电晕放电指纹也将发生特定的变化，其变化规律目前尚未获悉； （5）如何科学有效地选取特征量，及相应的智能识别方法，更好地将放电数据库与实地监测系统进行融合，并做出科学的故障判断及给出诊断方案。4、项目预期成果（包括发表相关论文、申请发明专利、人才培养、对学科学位建设的作用等，要求有具体的考核指标和人才培养计划）（1）通过电、热老化试验获取电晕放电随交叠部位电阻变化的发展规律，判断运行中高压电动机电晕放电的发展阶段，有利于在线监测预警；通过逐渐改变交叠部位电阻，测量相应的相间放电模式分布，判断运行中高压电动机相间放电的发展阶段，为在线监测预警提供帮助；根据槽放电模式分布随老化水平加深的发展规律，预测电晕放电、相间放电最大放电量及放电次数随交叠部位电阻变化的规律。 （2）预期发表论文35篇、发明专利12项，培养研究生23名。 （3）本项目研究结果将对电工学科高压电机、变压器等设备的绝缘故障预警起到积极推动作用。5、项目分阶段计划进度（时间精确到月）时间区间计划进度及完成的主要研究工作2014年01月到2014年08月进行广泛调研、材料收集与分析。对前期研究成果及数据进行整理，分析定子绕组电晕放电分布规律。发表相关论文。2014年09月到2015年03月制作定子铁心模型，完成定子铁芯槽模型的研究，发表相关论文、申请专利。2015年04月到2015年12月进行预警方法的研究，完成介质阻挡放电的理论推断与仿真分析，参加国际会议，发表论文。2016年01月到2016年10月进行“高压电动机主绝缘状态监测与故障预警系统”的研制，发表论文，申请专利；参加国际会议。2016年11月到2016年12月撰写结题报告，结题。6、项 目 主 要 研 究 人 员项目负责人所在博士点或硕士点名称电机与电器身份证号名吝伶艳性别女出生年月1969/08技术职称副教授职务教研室主任毕业校名太原理工大学毕业年份2014学历研究生学位博士专业电机与电器留学或进修国别无时间无学术职务硕导 博导 院士通讯地址太原理工大学电气与动力工程学院联系电话03516014475手-所在国家或省级重点学科名称电机与电器所在国家或省级重点实验室名称煤矿电气设备与智能控制山西省重点实验室项目组成员姓名性别出生年月学历学位职称职务专业单位承担任务所在国家或省级重点学科、重点实验室名称是否曾留学或进修耿蒲龙男1982/09研究生硕士讲师其它电机与电器太原理工大学监测方法研究煤矿电气设备与智能控制山西省重点实验室无宋建成男1957/09研究生博士教授博导电气工程太原理工大学总体研究方案设计煤矿电气设备与智能控制山西省重点实验室英国曲兵妮女1974/10研究生博士副教授硕导电机与电器太原理工大学Ansoft仿真研究煤矿电气设备与智能控制山西省重点实验室无高云广男1979/01研究生硕士其他其它电机与电器太原理工大学系统硬件设计与调试煤矿电气设备与智能控制山西省重点实验室无李传扬男1987/02研究生硕士其他其它高电压绝缘技术太原理工大学实验模型制作及实验结果分析煤矿电气设备与智能控制山西省重点实验室无雷志鹏男1983/04研究生硕士其他其它高电压绝缘技术太原理工大学系统软件设计与调试煤矿电气设备与智能控制山西省重点实验室无康爱亮男1988/03研究生硕士其他其它高电压绝缘技术太原理工大学实验模型制作及局部放电机理分析煤矿电气设备与智能控制山西省重点实验室无梁金蕊女1969/11研究生硕士讲师其它电机太原理工大学绝缘故障机理分析无无李志峰男1971/08研究生硕士工程师其它电机与电器太原理工大学实验与调试无无7、项目的经费来源与支出预算 单位：万元经费来源预算经费支出预算科 目金额科 目金额其中：科技厅专项经费到位资金合计5.00支出预算合计5.005.00（一）省科技厅拨款5.00（一）直接费用4.654.652014 年度1.设备费0.000.002015 年度2.材料费1.801.802016 年度3.测试化验加工费0.300.30（二）其他部门拨款4.燃料动力费0.000.00 其中：国家拨款5.差旅费0.800.80（三）自有资金6.会议费0.300.30 其中：企业资金7.合作研究与交流费0.000.00（四）贷款8.出版/文献/信息传播/知识产权事务费1.001.00（五）其他资金9.劳务费0.450.4510.专家咨询费0.000.0011.其他支出0.000.00（二）间接费用0.350.35其中：绩效支出0.100.108、任务书签订意见项目承担单位意见：项目负责人（签字） 年 月 日单位负责人（签字） （公 章） 年 月 日项目组织单位意见：单位负责人（签字） （公 章） 年 月 日科技厅审定意见：科技厅项目主管处 项目分管人（签字） 年 月 日负责人（签字） 年 月 日 计划管理处负责人（签字） （公 章） 年 月 日填写说明1、所属学科领域：填写到一级学科，学科名称参照中华人民共和国学科分类与代码国家标准（GB/T 13745-2009）。2、所属技术领域：选择“1.煤炭，2.煤化工，3.煤层气，4.冶金，5.电力，6.化工，7.新能源，8.新材料，9.节能环保，10.装备制造，11.生物技术，12.电子信息，13.现代农业，14.食品加工，15.医药卫生，16.交通运输，17.现代服务业，18.其他”中一类填写。3、项目技术来源：选择“1.原始创新，2.集成创新，3.引进消化吸收再创新，4.引进技术”中一类填写。4、项目联系人：填写本单位科技管理部门项目主管姓名及其联系方式，不能写项目承担