IEC 60034-18-322022 CMV 旋转电机第18-32部分绝缘系统（II型）的功能评定成型绕组的电气耐久性评定程序标准立项发展报告

旋转电机第18-32部分：绝缘系统（II型）的功能评定成型绕组的电气耐久性评定程序标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:RotatingElectricalMachines–Part18-32:FunctionalEvaluationofInsulationSystems(TypeII)–ElectricalEnduranceQualificationProceduresforForm-WoundWindings摘要旋转电机作为工业生产的核心动力装备，其运行可靠性与绝缘系统的性能密切相关。随着高压电机在新能源、轨道交通、智能制造等领域的广泛应用，电机绝缘系统在变频调速、高频冲击电压等复杂工况下面临日益严峻的电热老化挑战，这对绝缘系统的电气耐久性评定提出了更高的技术要求。IEC60034-18-32:2022CMV是国际电工委员会发布的关于旋转电机绝缘系统（II型）功能评定的重要技术标准，其前身为IEC60034-18-32:2010，本次修订主要针对成型绕组电气耐久性评定程序进行了系统性更新。本报告系统梳理了该标准的立项背景、技术框架、主要修订内容及国际影响，分析了现行版本相较前一版本的技术变革，阐述了其在高压电机绝缘设计、质量控制和可靠性评估中的核心地位。报告同时介绍了主要参与单位在标准制定过程中的技术贡献，并对该标准的未来发展方向进行了展望。本报告旨在为标准使用者提供全方位的技术参考，促进我国旋转电机行业对国际先进标准的理解、应用与转化。关键词：旋转电机；绝缘系统；功能评定；电气耐久性；成型绕组；II型绝缘系统；国际电工委员会Keywords:Rotatingelectricalmachines;Insulationsystem;Functionalevaluation;Electricalendurance;Form-woundwindings;TypeIIinsulationsystem;IEC1引言1.1立项背景旋转电机是实现电能与机械能相互转换的核心设备，广泛应用于发电、工业驱动、交通运输、航空航天等国民经济关键领域。电机运行的可靠性与安全性在很大程度上取决于其绝缘系统的质量与耐久性能。绝缘系统作为电机的“生命线”，在工作过程中承受电、热、机械、环境等多因子应力的综合作用，其性能退化是导致电机故障的首要原因。随着电力电子技术的飞速发展，变频驱动技术在高压电机领域的应用日益普遍。变频器输出的PWM波形包含大量陡前沿的重复冲击电压，这些高重复频率的电压脉冲在电机绕组内部产生不均匀的电压分布，导致匝间绝缘承受远超工频运行时的电场强度。同时，高压电机的电压等级不断提升，大容量机组对绝缘系统的电气耐久性提出了更高要求。在上述背景下，建立一套科学、统一的绝缘系统电气耐久性评定方法，成为国际电机行业面临的共同技术需求。1.2标准体系定位IEC60034系列标准是国际电工委员会关于旋转电机的通用标准体系，涵盖了旋转电机的性能、试验、安装、保护等各个方面。其中，第18部分专门针对绝缘系统的功能评定制定标准，目前包含以下子部分：-IEC60034-18-31：绝缘系统（II型）的功能评定——成型绕组绝缘系统的热耐久性评定-IEC60034-18-32：绝缘系统（II型）的功能评定——成型绕组绝缘系统的电气耐久性评定-IEC60034-18-33：绝缘系统（II型）的功能评定——多因子评定-IEC60034-18-34：绝缘系统（II型）的功能评定——热-电耐久性评定-IEC60034-18-41：绝缘系统（I型）的功能评定——变频器供电的散绕绕组绝缘系统IEC60034-18-32:2022CMV在IEC60034-18系列中承担着确立成型绕组电气耐久性评定基准方法的核心角色，与热耐久性评定标准（18-31）和多因子评定标准（18-33）共同构成完整的II型绝缘系统功能评定体系。该标准为旋转电机制造商、绝缘材料供应商、电力用户和检测认证机构提供了统一的电气耐久性评定技术依据。1.3修订的必要性IEC60034-18-32:2010版本自发布以来，在指导成型绕组电气耐久性评定方面发挥了重要作用。然而，十多年来，电机设计与制造技术快速发展，绝缘材料不断推陈出新，变频驱动应用场景持续扩展，运行工况日趋复杂，既有标准在以下方面逐渐显现出不适应性：-试验电压水平：原标准中规定的电气老化试验电压范围已不能全面覆盖当前高压电机（特别是10kV及以上电压等级）的实际运行需求，需要拓展试验电压的上限范围。-试验程序灵活性：原标准规定的试验程序较为固定，对不同绝缘结构、不同应用场景的适应性不足，需要增加更为灵活的试验选项。-新试验技术融入：局部放电检测、介质损耗分析等绝缘诊断新技术日益成熟，有必要将其纳入标准体系以提升评定的科学性和准确性。-与其他标准的协调：IEC60034-18系列内部各子标准之间的协调性以及IEC60034-27（局部放电测量）等关联标准的一致性需要进一步加强。在上述背景下，IEC/TC2（旋转电机技术委员会）决定对IEC60034-18-32进行全面修订，以反映当前技术水平并满足行业发展需要。2标准主要内容2.1标准适用范围IEC60034-18-32:2022CMV适用于旋转电机绝缘系统（II型）中成型绕组的电气耐久性评定。所谓II型绝缘系统，是指那些在运行中可能发生局部放电的绝缘系统，典型代表为高压电机（通常额定电压在6kV及以上）的主绝缘系统。该标准的评定对象涵盖：-散绕和成型绕组电机定子绝缘系统-不同电压等级（中压至高压）的旋转电机-各类绝缘材料和绝缘结构组合标准不适用于I型绝缘系统（即设计为在运行中不产生局部放电的绝缘系统），此类系统的评定程序由IEC60034-18-41等标准另行规定。2.2标准技术框架IEC60034-18-32:2022CMV在结构上进行了系统性优化，其主要技术内容包括：（1）术语和定义标准对电气耐久性评定相关的核心术语进行了明确定义，包括电气老化、寿命特性曲线、终点判定准则、老化截止电压、重复冲击电压等。清晰的术语界定为试验操作和数据判读提供了统一的基础。（2）评定原则标准确立了基于加速老化试验的电气耐久性评定基本原则。其核心思想是：通过对绝缘模型或实际绕组施加高于正常运行值的电场应力，加速绝缘材料的老化过程，进而外推获得绝缘系统在正常工作应力下的预期寿命。具体而言：-采用阶梯电压法或恒定电压法获得绝缘系统的寿命特性曲线-基于威布尔（Weibull）分布等统计方法处理试验数据-以规定的失效概率（通常为10%）对应的寿命值作为评定的特征值（3）试验方法标准规定了电气耐久性评定的详细试验方法，包括：-试样制备：明确规定试样应从实际生产中具有代表性的线圈或绝缘模型上截取，试样数量和尺寸按统计要求确定-试验设备：对高压试验电源的电压波形、频率稳定度、电压测量精度等提出了明确的技术要求-试验条件：规定了试验环境的温度、湿度控制要求，以及试验电压的频率选择原则——允许采用工频（50Hz/60Hz）或提高频率以缩短试验时间，但需验证频率提升不改变老化机理-终点判定：规定了绝缘击穿和局部放电水平超限两种失效判据的具体操作定义（4）试验电压的选择与施加这是本次修订的重要内容之一。标准对试验电压的选择提供了更为灵活的方案：-保留了以额定电压为基础确定试验电压的传统方法-增加了基于实际运行工况（如变频驱动时的冲击电压水平）确定试验电压的选项-明确了多次电压水平下进行老化试验以获得完整寿命曲线的方法（5）数据处理与评定标准规定了以下数据处理与结果评定的技术路径：-威布尔分布的参数估计方法（极大似然法或最小二乘法）-寿命特性曲线的拟合和外推方法-电压耐久指数（VoltageEnduranceIndex,VEI）的计算方法-不同绝缘系统之间电气耐久性能的比较准则（6）试验报告标准要求试验报告应包括完整的试验条件记录、原始试验数据、数据处理过程、统计分析和最终评定结论等信息，确保试验结果的可追溯性和可复现性。2.3主要修订内容与前版IEC60034-18-32:2010相比，2022版CMV的主要修订内容集中在以下方面：（1）电压范围的扩展将电气老化试验的电压范围向上扩展，新增了适用于更高电压等级（10kV以上）电机的试验电压档位，同时增设了不同电压等级下的推荐试验电压值表格，便于使用者操作。（2）试验程序的灵活性增强引入了“选项A”和“选项B”两种试验路径。选项A为传统的方法，即以恒定电压进行老化试验，适用于一般性评定；选项B为改进的加速试验方法，通过适当的电压提升和缩短试验周期，快速筛选绝缘系统，适用于材料优选和工艺比较。这一修订显著提升了标准的适用灵活性。（3）变频工况的考量针对变频驱动电机日益普及的趋势，标准增加了关于模拟变频器供电工况的电气耐久性评定内容，包括对重复冲击电压试验的引用（参见IEC60034-18-41中关于冲击电压试验的规范），规定了冲击电压幅值、上升时间、重复频率等参数的确定原则。（4）统计方法的更新修订了数据处理中的统计方法，引入了更为稳健的统计模型，增加了对异常值和删失数据的处理方法。这些更新与IEC62539（电绝缘材料的可靠性数据分析指南）等标准保持了一致。（5）术语和引用的更新根据IEC60034-18系列标准的整体一致性要求，更新了术语定义，增加了与IEC60034-27（旋转电机局部放电测量）和IEC60505（电气绝缘系统评定与改进）等标准的交叉引用。3参与制定单位IEC60034-18-32:2022CMV由IEC/TC2（旋转电机技术委员会）下属的WG27工作组负责制定。来自全球主要电机制造商、绝缘材料供应商、科研机构和检测认证机构的五十余位专家参与了本标准的修订工作。主要参与单位详细介绍——上海电器科学研究所（集团）有限公司上海电器科学研究所（集团）有限公司（简称“上电科”）是中国在IEC/TC2框架下参与旋转电机绝缘系统标准制定的核心单位，也是本标准的积极贡献者之一。上电科创建于1953年，是中国电工技术领域成立最早、综合实力最强的综合性科研院所之一，现为世界500强企业上海电气集团股份有限公司的核心成员单位。作为全国旋转电机标准化技术委员会（SAC/TC26）的秘书处挂靠单位，上电科长期以来承担着我国旋转电机领域国家标准和行业标准的归口管理工作，是中国参与IEC/TC2活动的技术支撑单位。在IEC60034-18-32:2022CMV的修订过程中，上电科派出具有深厚绝缘技术背景的专家团队全程参与工作组会议，在以下方面做出了实质性贡献：-试验方法的验证：组织国内骨干电机制造企业和绝缘材料研究机构，对标准修订中拟定的试验方案进行了系统的比对验证试验，为标准中试验参数的科学确定提供了重要的试验数据支撑。-变频工况试验方案的建议：依托在变频电机绝缘老化领域多年的研究成果，上电科提出了关于模拟变频驱动工况下电气耐久性评定的技术建议，推动了标准中相关内容的完善。-统计方法的协调：在数据处理和统计方法的修订中，上电科专家结合中国在威布尔统计分析方面的应用经验，对标准中统计模型的选择和参数估计方法的优化提出了建设性意见。此外，该所长期跟踪IEC60034-18系列标准的发展动态，主导转化制定了GB/T17948系列国家标准（等同于IEC60034-18系列），有力地推动了国际标准在中国的落地应用。4标准特点分析4.1技术先进性IEC60034-18-32:2022CMV代表了当前旋转电机绝缘系统电气耐久性评定领域的国际先进水平。标准修订过程中充分吸纳了近年来绝缘老化机理研究的最新成果，特别是在高电压、高频冲击条件下绝缘材料的电老化特性研究方面取得了重要突破。标准中引入的变频工况评定方法、扩展的电压分级体系和综合的统计评定工具，使该标准在技术内容上居于国际领先地位。4.2体系协调性作为IEC60034-18系列的重要组成部分，本标准在修订过程中注重与系列内其他标准以及关联标准的协调一致：-与IEC60034-18-31（热耐久性评定）共同构成II型绝缘系统功能评定的两大基础-与IEC60034-18-33（多因子评定）在多因子耦合效应方面保持了方法论的统一-与IEC60034-27（局部放电测量）在局部放电检测方法上实现技术对接-与IEC60505（电气绝缘系统评定与改进）在总体框架上保持一致4.3可操作性标准在修订中致力于提高可操作性和实用性。相较前一版本，2022版在试验流程的组织、试验条件的设定、数据处理步骤的表述等方面更加清晰具体。新增的选项A和选项B双轨试验路径为不同需求的使用者提供了灵活选择，而详细的试验报告要求和数据记录模板则降低了使用者的操作门槛。4.4国际通用性作为IEC发布的国际标准，该标准充分考虑了全球不同地区、不同技术传统下的适用性。试验方法的设定兼顾了北美、欧洲和亚太地区电机制造业的不同技术实践，尽量采用中性的技术表达，增强了标准在全球范围内的实施基础。5标准应用与影响5.1行业应用价值IEC60034-18-32:2022CMV为旋转电机制造商提供了一套科学的绝缘系统电气耐久性评定工具，在多个关键环节发挥着不可替代的作用：-绝缘设计验证：在新产品开发阶段，通过对绝缘系统模型进行电气耐久性评定，验证绝缘结构设计是否满足预期的使用寿命要求-材料替代筛选：当绝缘材料供应商变更或采用新型绝缘材料时，通过标准化的评定方法快速判断新材料与现有绝缘结构的兼容性和耐久性-质量控制：在生产过程中定期抽取试样进行电气耐久性抽检，评估批量生产条件下绝缘质量的稳定性-可靠性预测：基于标准方法获得的寿命特性数据，为电机的预防性维护和状态检修提供技术依据5.2对国际贸易的影响作为IEC国际标准，IEC60034-18-32:2022CMV在世界范围内被广泛采用。许多国家和地区将其转化为本国或本地区的标准（如欧盟的EN标准、中国的GB/T标准等）。对于电机出口企业而言，符合该标准的绝缘系统评定要求是进入国际市场的必要条件之一。标准的统一化降低了国际贸易中的技术壁垒，促进了全球范围内高压电机的技术交流与贸易往来。5.3对国家标准化工作的启示我国是电机制造大国，高压电机年产量位居世界前列。IEC60034-18-32:2022CMV的发布对我国旋转电机标准化工作具有重要的参考价值。中国作为IEC的正式成员国，应积极跟踪和研究该标准的技术内容，加快进行国家标准的同步转化工作。同时，在后续的标准修订中，应当更加积极地参与国际标准的制定过程，将中国在高压电机绝缘技术领域的研究成果和实践经验融入国际标准，提升中国在旋转电机国际标准化领域的话语权。6结论与展望IEC60034-18-32:2022CMV的发布标志着旋转电机绝缘系统电气耐久性评定领域的技术标准化进入了一个新的发展阶段。该标准在继承原版技术框架的基础上，顺应电机行业技术发展趋势，在电压适用范围、变频工况考虑、试验程序灵活性、统计处理方法等方面实现了全方位的技术升级，为全球旋转电机制造商和用户提供了更加科学、完善的绝缘系统电气耐久性评定工具。展望未来，旋转电机绝缘系统功能评定标准的持续演化将呈现以下趋势：多因子耦合评定的深化：随着电机运行工况日益复杂，单因子（纯电气）评定已难以全面反映实际运行中电-热-机械-环境多因子共同作用下的绝缘老化规律，多因子耦合评定方法的研究和标准化将成为重要方向。数字化与智能化技术的融合：基于数字孪生的绝缘老化仿真、基于人工智能的寿命预测方法以及在线监测数据的标准化，有望在未来融入到绝缘系统功能评定体系中，实现从实验室评价向全生命周期管理的扩展。新型绝缘材料与结构的适配：耐电晕材料、纳米复合绝缘、环保型绝缘等新型绝缘技术和材料的持续涌现，将对现有评定方法提出新挑战，推动标准不断更新迭代。低碳与可持续发展的驱动：在“双碳”目标背景下，高效电机和新能源发电设备的快速发展对绝缘系统的可靠性和耐久性提出了更高要求，标准体系需要适应这一发展趋势。建议我国相关标准化技术机构、电机制造企业和检测认证机构密切跟踪该标准的最新动态，加快开展标准转化和应用推广工作，提升我国旋转电机绝缘技术的整体水平，增强在国际标准化活动中的参与度和话语权，为全球旋转电机行业的技术进步贡献中国智慧和中国方案。参考文献[1]IEC60034-18-32:2022CMV,Rotatingelectricalmachines-Part18-32:Functionalevaluationofinsulationsystems(TypeII)-Electricalendurancequalificationproce