IEC 60034-18-322022 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摘要随着全球能源结构转型与工业电气化进程的持续深化，旋转电机作为能量转换的核心装备，其运行可靠性与使用寿命日益受到行业高度重视。绝缘系统作为旋转电机中最薄弱、最易老化的关键环节，其功能评价方法的科学性与标准化程度直接关系到电机产品的设计验证、质量控制和运维决策。国际电工委员会（IEC）于2022年1月正式发布的IEC60034-18-32:2022《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》，是旋转电机绝缘系统功能评定领域的最新国际标准成果。该标准在继承IEC60034-18系列标准框架的基础上，针对II型绝缘系统中成型绕组的结构特点与失效机制，系统规定了电气耐久性评定的试验流程、条件控制、数据处理与结果判定方法。本报告对该标准的立项背景、技术内容、修订历程、适用场景及行业影响进行了全面剖析，并结合标准参与单位的实践情况，深入探讨了该标准对高压电机设计制造、质量认证及运行维护的指导意义。报告认为，该标准的发布实施将有效促进全球范围内旋转电机绝缘评定方法的统一与互认，为电机行业的技术进步与质量提升提供重要的标准化支撑。关键词：旋转电机；绝缘系统；成型绕组；电气耐久性；功能评定；国际标准；IEC60034Keywords:Rotatingelectricalmachines;Insulationsystem;Form-woundwindings;Electricalendurance;Functionalevaluation;Internationalstandard;IEC60034一、引言旋转电机是现代工业体系中应用最为广泛的机电能量转换装置，其运行可靠性直接影响电力、石化、冶金、交通、航空航天等国民经济关键领域的安全生产与持续运营。统计数据显示，电机故障中约有30%以上可归因于绝缘系统的劣化或失效，绝缘寿命往往决定了电机的整体使用寿命。因此，建立科学、统一、可比的绝缘系统功能评定方法，是保障电机产品质量、促进国际贸易与技术交流的基础性工作。国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission，IEC）成立于1906年，是制定发布电工电子领域国际标准的权威组织。其下设的TC2（旋转电机技术委员会）负责旋转电机及其系统的标准化工作，其中SC2A（涡轮发电机）和WG31等工作组长期以来致力于绝缘系统评定方法的研究与标准制定。IEC60034-18系列标准作为旋转电机绝缘系统功能评定的核心标准框架，经过数十年的持续修订与扩展，已形成涵盖热评定、电气评定、环境评定及综合老化的完整方法体系。二、标准立项背景与修订历程2.1标准体系沿革IEC60034-18系列标准的编制工作始于20世纪70年代，其基础框架源自对电机绝缘系统长期运行经验和实验室加速老化试验方法的系统总结。该系列标准最初以单一标准形式发布，后随着技术领域不断细分，逐步扩展为多部分结构，涵盖了绝缘系统功能评定的各个维度。其中，IEC60034-18-31规定了散嵌绕组的热评定与分级方法，IEC60034-18-32则聚焦于II型绝缘系统（即采用成型绕组、以云母带等材料作为主绝缘的绝缘系统）的电气耐久性评定。II型绝缘系统通常对应额定电压较高的大中型电机，其绝缘结构包括对地主绝缘、匝间绝缘、相间绝缘及防晕系统等多个组成部分，各部分的协同配合决定了整个绝缘系统的耐受能力。2.2历次版本演进本标准的版本演进充分反映了绝缘技术的发展和行业需求的变化。1992年，IEC首次发布了IEC60034-18-32:1992版本，建立了基于恒定电压加速老化的基本评定框架。该版本的核心方法是将试样置于规定温度下施加交流电压，通过记录击穿时间评估绝缘系统的电气耐久性。2010年前后，随着变频驱动技术在大中型电机中的广泛应用，绝缘系统所承受的电压应力特征发生了显著变化——不仅包含工频基波电压，还叠加大量的高重复频率冲击电压（即脉冲电压）。原有标准方法已难以全面反映实际运行工况下绝缘系统的失效模式。为此，IECTC2启动了新一轮修订工作，经过WG31工作组多轮讨论和实验室间的联合验证试验，最终于2022年1月25日正式发布了IEC60034-18-32:2022版本，替代原有的1992年版标准。2.3标准立项的核心动因新版本标准的立项和编制主要基于以下几方面的技术动因：第一，绝缘材料与工艺的技术进步。近年来，耐电晕聚酰亚胺薄膜、纳米改性云母带、高性能浸渍树脂等新型绝缘材料的研发和应用，使得绝缘系统的电气耐久性整体提升，传统的评定方法需要相应调整以区分不同材料体系的性能差异。第二，变频驱动应用带来的新挑战。在可再生能源发电、轨道交通牵引、船舶电力推进等应用中，变频器供电的旋转电机日益增多（IEC60034-18-42中已明确了变频电机的相关评定要求，本标准的修订方向也与之一致），绝缘系统承受的电压波形不再是单纯的正弦波，重复冲击电压对绝缘的累积损伤效应成为新的研究焦点。第三，国际互认与贸易便利化的需求。随着电机制造业的全球化布局，各主要经济体的电机制造商和用户均希望采用统一的评定标准，以减少重复试验成本、缩短产品认证周期。三、标准主要技术内容3.1标准适用范围IEC60034-18-32:2022明确规定了II型绝缘系统中成型绕组的电气耐久性评定程序。该标准适用于额定电压高于1kV的交流电机定子绕组绝缘系统以及类似的同步电机转子绕组绝缘系统。在适用范围界定方面，新版本进一步明确了与IEC60034-18-31（散嵌绕组）和IEC60034-18-34（热-电综合评定）的边界关系，确保各标准之间形成互补而非重叠的覆盖体系。值得注意的是，标准明确指出其评定的核心对象是绝缘系统的电气耐久性特征，即绝缘系统在持续电压应力作用下抵抗电老化直至失效的能力。这一评定维度独立于热老化评定和机械老化评定，但在试验设计中充分考虑了三者之间的交互效应，以尽可能模拟实际运行中的综合老化场景。3.2术语与定义标准对涉及的20余项专业术语进行了规范定义，主要包括以下几类：-绝缘系统（insulationsystem）：包含所用绝缘材料的组合以及它们在具体电机中应用方式的系统描述；-成型绕组（form-woundwinding）：指导体经预先成型后嵌入定子或转子铁心槽内，并具有规则几何形状的绕组结构，其主绝缘通常由云母带绕包并经真空压力浸渍（VPI）或树脂固化而成；-电气耐久性（electricalendurance）：在规定条件下，绝缘系统承受电场应力作用而不发生失效的时间度量；-耐久性指数（enduranceindex）：在给定的温度和电压条件下，绝缘系统电气耐久性测试结果的数值表征；-失效（failure）：绝缘系统失去其规定电气强度或绝缘电阻值低于规定限值的状态；-截止电压/时间（cut-offvoltage/time）：试验设计时设定的试验电压上限或试验时间上限。3.3试验方法与评定程序标准的核心技术内容是规定了一套系统的电气耐久性评定程序，其基本逻辑框架如下：试样制备：标准要求试样应真实反映电机制造工艺，推荐采用与实际产品一致的绝缘材料和制造工艺制备试验线圈或试验棒。试样数量需满足统计分析要求，通常每组不少于5个试样。试验条件选择：试验电压和温度是加速老化的两个关键应力参数。标准允许采用恒定电压法或逐级升压法两种试验策略。在恒定电压法中，建议选取3~5个不同的电压等级进行试验，每个电压等级下测试多个试样直至击穿；试验温度通常取额定运行温度或高于额定温度20~25K的加速温度，以在合理时间内获得耐久性数据。数据采集与统计分析：记录每个试样在特定电压和温度条件下的击穿时间，通过对数正态分布或威布尔分布进行统计分析，绘制电压-寿命曲线（即V-t特性曲线）。标准要求在双对数坐标下进行线性回归分析，确定耐久性指数n值（即电压-寿命曲线的斜率倒数）和截距参数。合格判定准则：将实测耐久性曲线与参考基准进行比较。标准给出了一种基于最小初始电气强度和规定寿命要求的判定方法——在指定的考核电压（通常为额定相电压的某一倍数）和考核时间下，试样的击穿概率不应超过规定的接受限值。3.42022版主要技术变化与1992年版相比，2022版在以下方面进行了重要修订：结构性调整：新版本按照“总则-试样-试验方法-数据处理-报告”的逻辑重新组织了章节结构，使标准的技术逻辑更加清晰，可操作性更强。试验工况的细化：增加了对试验环境条件（温度、湿度）控制精度的要求，并对电压波形失真度提出了更严格的限值规定。这些调整减少了不同实验室之间试验结果的离散性。新增统计评定方法：引入了基于置信区间的统计分析框架，对试样数量不足情况下的数据处理提供了补救方法，同时明确规定了异常值的剔除原则。与相关标准的协调：加强了与IEC60034-18-21（热评定）、IEC60034-18-34（热-电综合老化）以及IEC60034-27等标准的协调一致性，确保绝缘系统各项性能评定结果能够有机结合、相互印证。四、标准参与单位与企事业单位介绍在IEC60034-18-32:2022的编制过程中，全球多个国家的标准化机构、电机制造企业、绝缘材料供应商和检测认证机构积极参与了标准草案的讨论和技术验证工作。中国作为IEC的积极参与方，在本标准的修订中发挥了重要作用。其中，上海电气集团上海电机厂有限公司作为国内领先的大型电机制造企业，深度参与了该标准的修订工作。作为国内电气装备领域的骨干企业，上海电机厂拥有逾七十年的电机研发制造历史，在高压异步电动机、同步电机及特种电机领域积累了深厚的技术底蕴。该企业拥有完善的绝缘系统研发与试验验证体系，在云母带绝缘结构、真空压力浸渍工艺及绝缘老化机理研究方面具有扎实的技术积累。在标准修订过程中，上海电机厂的技术专家结合国内高压电机产品在核电、大型水利工程及工业领域长期运行积累的绝缘性能数据，为标准中试验方法的可行性验证和耐久性评价指标的确定提供了重要的工程实践依据，相关技术建议被标准编制工作组采纳。此外，哈尔滨电气集团有限公司、湘潭电机股份有限公司等国内主要电机企业，以及上海电器科学研究所（集团）有限公司等标准化归口单位也持续跟踪标准修订动态，组织国内专家开展研究讨论，并通过中国国家委员会向IECTC2提交中国意见。中国的参与不仅反映了国内电机行业的实际需求，也为标准内容的完善和广泛的适用性提供了坚实支撑。五、标准实施的意义与行业影响5.1技术引领作用IEC60034-18-32:2022的发布实施，为高压电机绝缘系统的电气耐久性评定提供了统一的技术基准。对于电机制造企业而言，该标准为绝缘结构设计验证、材料选型比较和工艺质量控制提供了规范的试验方法。在新产品开发过程中，设计人员可以依据该标准在样机阶段对绝缘系统的电气耐久性进行评估，及时发现潜在的设计缺陷，避免将问题带入批量生产阶段。对于绝缘材料供应商而言，该标准提供了材料级绝缘结构性能对比的统一标尺，有助于推动高性能绝缘材料的研发和市场化推广。5.2质量保障与认证在产品质量认证和国际市场准入层面，该标准的价值尤为突出。目前，欧盟、北美及亚太地区的多个主要市场在大型电机采购招标中已明确要求提供依据IEC60034-18系列标准进行的绝缘系统评定报告。IEC60034-18-32:2022作为最新版本，其评定结果将成为高压电机型式试验和产品认证的重要组成部分。采用统一的国际标准进行评定，能够有效减少因评定方法差异导致的贸易技术壁垒，促进电机的国际贸易便利化。5.3对用户运维的支撑从用户角度出发，该标准为电机的状态评估和寿命预测提供了基础数据支撑。通过对在运电机绝缘系统电气耐久性的评定，用户可以更加科学地制定检修策略和维护计划，优化备品备件管理，降低非计划停机风险。尤其在发电、石化等对连续运行要求极高的行业中，这一作用具有直接的经济效益。六、结论与展望IEC60034-18-32:2022《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》作为国际电工委员会在旋转电机绝缘评定领域的重要标准成果，系统总结了近年来成型绕组绝缘系统电气耐久性研究的最新进展，为全球电机制造商、用户和检测认证机构提供了科学、统一的评定工具。该标准的发布实施不仅促进了绝缘系统评定技术进步，也为行业的技术创新和质量提升提供了重要支撑。随着新型绝缘材料、变频驱动技术以及状态监测手段的持续发展，绝缘系统功能评定的技术内涵将不断丰富和深化。未来，随着更多数字化的测试方法及预测性绝缘健康管理理念融入标准体系，IEC60034-18系列标准将持续演进，为全球旋转电机的安全可靠运行提供更加坚实的标准化保障。建议国内相关企业和研究机构进一步加强IEC标准的研究与转化工作，结合国内应用实际推动国家标准与行业标准的协同发展，在国际标准化舞台上发挥更大的作用。参考文献[1]IEC60034-18-32:2022,Rotatingelectricalmachines-Part18-32:Functionalevaluationofinsulationsystems(TypeII)-Electricalendurancequalificationproceduresforform-woundwindings[S].Geneva:IEC,2022.[2]IEC60034-18-31:2012,Rotatingelectricalmachines-Part18-31:Functionalevaluationofinsulationsystems-Testproceduresforform-woundwindings-Thermalevaluationandclassificationofinsulationsystemsusedin