绕组温升测定方法

技术概述

绕组温升测定是电气设备安全性能检测中的重要项目之一，主要用于评估电机、变压器、电抗器等电气设备在运行过程中绕组温度的升高情况。绕组作为电气设备的核心部件，其温度变化直接影响设备的绝缘寿命和运行安全。当电气设备通电运行时，由于绕组导体存在电阻，电流通过时会产生热量，导致绕组温度升高。如果温升超过设计限值，将加速绝缘材料老化，缩短设备使用寿命，严重时甚至引发安全事故。

绕组温升测定的基本原理是利用金属导体的电阻随温度变化的特性，通过测量绕组在冷态和热态时的直流电阻值，根据电阻温度系数计算绕组的平均温度升高值。这种方法也被称为电阻法测温，是目前国际上公认的绕组温升测量最准确的方法之一。该方法依据的物理原理是：对于铜导线，温度每升高1℃，其电阻值约增加0.393%；对于铝导线，温度每升高1℃，其电阻值约增加0.410%。

绕组温升测定的标准依据主要包括国家标准和国际标准。国内常用的标准有GB 755《旋转电机 定额和性能》、GB/T 10228《干式电力变压器技术参数和要求》、GB/T 6451《油浸式电力变压器技术参数和要求》等。国际标准方面，IEC 60034-1《旋转电机》系列标准、IEC 60076系列标准对绕组温升测定方法均有详细规定。这些标准明确了温升限值、测试方法、数据处理等技术要求，为绕组温升测定提供了统一的技术规范。

绕组温升测定的技术意义在于：首先，它可以验证电气设备的设计是否符合热性能要求，确保设备在额定工况下能够安全可靠运行；其次，它可以为设备的使用寿命评估提供依据，因为绝缘材料的寿命与工作温度密切相关；再次，它可以帮助制造商优化产品设计，提高设备的散热性能；最后，它是电气设备型式试验和出厂试验的必检项目，是产品质量控制的重要手段。

检测样品

绕组温升测定的检测样品范围广泛，涵盖了各种类型的电气设备绕组。根据设备类型和用途，检测样品主要分为以下几类：

• 旋转电机类：包括三相异步电动机、单相异步电动机、直流电动机、同步发电机、同步电动机、伺服电机、步进电机等各类电机的定子绕组和转子绕组。
• 变压器类：包括油浸式电力变压器、干式电力变压器、配电变压器、整流变压器、电炉变压器、试验变压器等各类变压器的原边绕组和副边绕组。
• 电抗器类：包括并联电抗器、串联电抗器、限流电抗器、滤波电抗器、平波电抗器等各类电抗器绕组。
• 互感器类：包括电流互感器、电压互感器、组合互感器等设备的绕组。
• 电器线圈类：包括接触器线圈、继电器线圈、电磁阀线圈、电磁铁线圈等控制电器线圈。
• 特种电气设备：包括电焊机变压器绕组、变频器滤波电抗器绕组、UPS电源变压器绕组、开关电源变压器绕组等。

检测样品在送检前应满足一定的要求：样品应完整无损，绕组连接可靠，接线端子清晰标识；样品应处于清洁干燥状态，表面无油污、灰尘等污染物；样品的铭牌信息应完整，包括型号规格、额定参数、绝缘等级等技术参数；对于需要进行预处理的样品，应按照相关标准要求进行环境适应处理。

在样品数量方面，型式试验通常要求提供2-3台同型号样品，以验证产品设计的一致性；出厂试验则按批次抽检，抽检比例根据产品标准和质量管理体系要求确定。对于大型电气设备，如无法整体送检，可在制造商现场进行测试，检测人员携带便携式测试设备到现场进行检测。

检测项目

绕组温升测定的检测项目主要包括以下几个方面，每个项目都有其特定的检测目的和技术要求：

• 冷态直流电阻测量：在绕组处于环境温度稳定状态下测量其直流电阻值，作为温升计算的基准。测量时应记录环境温度，确保绕组温度与环境温度达到平衡。
• 热态直流电阻测量：在设备运行达到热稳定状态后，测量绕组的直流电阻值。热稳定状态是指设备连续运行至温度变化率小于规定值（通常为每小时1℃）的状态。
• 环境温度测量：测量试验环境的大气温度，用于计算温升值。环境温度测量点应布置在距离设备适当位置，避免受设备散热影响。
• 冷却介质温度测量：对于采用强制冷却的设备，需测量冷却介质（如冷却空气、冷却水等）的进出口温度，以评估冷却系统的效果。
• 绕组温度计算：根据冷态和热态电阻值，利用电阻温度系数公式计算绕组的平均温度升高值。
• 温升值判定：将计算得到的温升值与标准规定的温升限值进行比较，判定是否合格。

除了上述主要检测项目外，根据产品标准和检测目的，还可能包括以下辅助检测项目：绕组绝缘电阻测量，用于评估绕组的绝缘状况；绕组直流电阻不平衡率测量，用于评估三相绕组的对称性；设备负载特性试验，用于确定设备在不同负载下的温升特性；设备运行特性测量，包括电压、电流、功率、功率因数等电气参数的测量。

检测项目的设置应根据产品类型、应用场景和检测目的综合确定。对于型式试验，检测项目应全面覆盖标准要求的所有项目；对于出厂试验，可选取关键项目进行检测；对于委托检验，则根据委托方的要求确定检测项目。

检测方法

绕组温升测定的检测方法主要包括电阻法、温度计法和埋置检温计法三种，其中电阻法是最常用和最准确的方法，也是标准规定的首选方法。

电阻法测量绕组温升是基于导体电阻随温度变化的线性关系，通过测量绕组在冷态和热态时的直流电阻值计算温升。具体测量步骤如下：

• 冷态电阻测量：将样品在恒温室或恒温水浴中放置足够时间，使绕组温度与环境温度达到平衡，然后测量绕组的直流电阻值R1，同时记录此时的环境温度θ1。测量时应采用高精度直流电阻测量仪，测量电流应足够小，避免测量电流引起的绕组发热影响测量结果。
• 负载运行试验：将样品接入电源，按照额定工况或规定的试验工况运行。运行过程中监测设备的电气参数，确保运行稳定。试验持续时间应足够长，直至设备达到热稳定状态。热稳定状态的判定标准通常是连续运行期间温度变化率不超过每小时1℃。
• 热态电阻测量：设备达到热稳定状态后，切断电源，迅速测量绕组的直流电阻值R2。测量动作应快速准确，通常要求在切断电源后2分钟内完成第一次测量。由于断电后绕组温度会逐渐下降，应采用外推法将测量结果推算到断电瞬间的电阻值。
• 温升计算：利用公式计算绕组温升。对于铜绕组，热态温度θ2 = (R2/R1)×(234.5+θ1)-234.5；温升Δθ = θ2-θa，其中θa为环境温度。对于铝绕组，公式中的常数234.5应改为225。

温度计法是将温度计（如水银温度计、热电偶温度计、热敏电阻温度计等）直接贴附在绕组表面或置于绕组附近，直接测量绕组表面温度或周围温度。这种方法操作简便，但只能测量局部温度，不能反映绕组的平均温度。温度计法通常用于无法采用电阻法测量的场合，或作为电阻法的辅助测量手段。

埋置检温计法是在绕组制造过程中将测温元件（如热电偶、热敏电阻、光纤温度传感器等）埋置在绕组内部或表面，可以直接测量绕组的温度分布。这种方法可以实时监测绕组温度变化，适用于大型电气设备的在线温度监测和温升试验。

在进行绕组温升测定时，还需注意以下技术要点：试验环境应稳定，避免阳光直射、风吹等干扰因素；试验电源应稳定，电压波动范围应控制在规定范围内；测量仪表应经过校准，测量精度满足标准要求；试验接线应可靠，接触电阻应尽量小；测量数据应详细记录，包括测量时间、环境条件、仪表读数等信息。

检测仪器

绕组温升测定所需的检测仪器设备主要包括以下几类：

• 直流电阻测量仪：用于测量绕组的直流电阻值。根据测量范围和精度要求，可选择便携式直流电阻测试仪、变压器直流电阻测试仪、电桥等。测量精度一般要求不低于0.2级，分辨率应满足测量要求。对于小电阻测量，应选用具有四线制测量功能的仪器，消除引线电阻和接触电阻的影响。
• 温度测量仪器：包括标准温度计、数字温度计、热电偶温度计、红外测温仪等。温度测量范围应覆盖试验温度范围，测量精度应满足标准要求。通常要求温度测量精度不低于0.5℃，分辨率不低于0.1℃。
• 试验电源：提供试验所需的电压和电流。根据被试设备的要求，可选择交流稳压电源、变频电源、直流电源等。电源容量应满足试验功率要求，电压稳定性应满足试验标准要求。
• 电气参数测量仪表：包括电压表、电流表、功率表、功率因数表等，用于监测设备运行时的电气参数。仪表精度等级一般要求不低于0.5级。
• 数据采集系统：用于实时采集和记录试验过程中的温度、电气参数等数据。现代数据采集系统通常具有多通道测量、自动记录、数据处理、报表生成等功能，可提高试验效率和数据可靠性。
• 环境控制设备：包括恒温恒湿试验箱、恒温水浴等，用于控制试验环境条件，确保冷态电阻测量时绕组温度与环境温度达到平衡。
• 计时仪器：用于记录试验时间、断电后的测量时间等。可选用电子秒表、数字计时器等，计时精度应满足试验要求。

检测仪器的选择和使用应满足以下要求：仪器的测量范围应覆盖被测参数的变化范围；仪器的测量精度应满足相关标准的技术要求；仪器应经过法定计量机构的检定或校准，并在有效期内使用；仪器使用前应进行功能检查，确保工作正常；仪器使用环境条件应符合其工作环境要求。

检测仪器的日常维护和保养也十分重要。应定期清洁仪器，保持仪器处于良好的工作状态；长期不用的仪器应妥善存放，避免受潮、暴晒等；发现仪器故障应及时维修，修复后应重新检定或校准；应建立仪器档案，记录仪器的购置、检定、维修、使用等情况。

应用领域

绕组温升测定在电气设备的设计、制造、检验和使用维护等各个环节都有广泛应用，主要应用领域包括：

• 电机制造行业：各类电机的型式试验、出厂试验和质量检验都需要进行绕组温升测定。通过温升试验验证电机设计是否合理，散热系统是否有效，绝缘等级是否达标。温升数据也是电机效率计算和寿命评估的重要依据。
• 变压器制造行业：变压器的温升直接影响其绝缘寿命和运行可靠性。变压器在型式试验和例行试验中都需要进行温升试验，验证变压器的热性能是否满足设计要求。对于大型变压器，温升试验是重要的验收项目。
• 电力系统运行维护：电力系统中的变压器、电抗器、互感器等设备在运行过程中需要定期进行温升监测，评估设备的运行状态和绝缘老化程度，为设备检修和更换提供依据。
• 电气设备认证检测：各类电气设备的安全认证（如CCC认证、CE认证、UL认证等）都要求进行温升试验，温升合格是获得认证的必要条件。
• 产品质量监督检验：质量监督部门对电气产品进行质量抽检时，温升试验是重要的检测项目，用于判定产品质量是否合格。
• 科研开发领域：在新产品开发过程中，温升试验用于验证设计方案的合理性，优化散热结构，提高产品的热性能。
• 工程验收检测：电气工程项目竣工验收时，对关键电气设备进行温升试验，验证设备性能是否满足工程要求。

随着电气设备向大容量、高效率、小型化方向发展，绕组温升测定的重要性日益突出。高效节能电机的推广、干式变压器的普及、电力电子设备的广泛应用，都对绕组温升测定提出了更高的技术要求。同时，智能电网和物联网技术的发展，也为绕组温度的在线监测和智能预警提供了技术支撑。

常见问题

在绕组温升测定实践中，检测人员和送检单位经常会遇到一些技术问题，以下是对常见问题的解答：

问题一：为什么电阻法测量的温升值与温度计法测量的结果不一致？

电阻法测量的是绕组的平均温度，而温度计法测量的是局部温度。由于绕组内部存在温度梯度，不同位置的温度可能差异较大，因此两种方法的测量结果可能不一致。此外，温度计法受环境温度和冷却条件影响较大，而电阻法受这些因素影响较小。标准规定以电阻法测量结果为准，温度计法作为辅助手段。

问题二：冷态电阻测量时，如何判断绕组温度与环境温度已达到平衡？

判断绕组温度与环境温度平衡的方法有：一是时间法，将被试品在恒温室放置足够长时间（一般不少于8小时）；二是电阻监测法，每隔一段时间测量一次电阻值，当连续两次测量的电阻值变化不超过规定范围时，认为已达到平衡；三是多点温度测量法，在绕组不同位置埋设温度传感器，当各点温度与环境温度差值不超过规定值时，认为已达到平衡。

问题三：断电后测量热态电阻时，如何消除温度下降的影响？

断电后绕组温度会逐渐下降，电阻值也会相应变化。为获得断电瞬间的电阻值，常用的方法是外推法：在断电后立即进行多次测量（如在断电后10秒、20秒、30秒、40秒、50秒时各测量一次），记录电阻值与时间的对应关系，然后绘制电阻-时间曲线，将曲线外推至断电时刻（t=0）得到断电瞬间的电阻值。外推方法可采用线性外推、对数外推或指数外推等。

问题四：温升试验时，如何判定设备已达到热稳定状态？

热稳定状态的判定标准是：在连续运行期间，绕组温度的变化率不超过每小时1℃，且持续时间不少于2小时。实际操作中，可通过监测电阻值变化来间接判断温度变化。当连续几次测量的电阻值变化很小（如每小时变化不超过0.5%）时，可认为已达到热稳定状态。不同标准可能对热稳定判定有不同规定，应以相关标准为准。

问题五：三相绕组的温升如何测量和计算？

对于三相电气设备，应对每相绕组分别进行温升测量。测量时，可采用单相分别测量的方法，也可采用三相同时通电运行、断电后快速切换测量各相电阻的方法。由于三相绕组通常存在一定的不平衡，各相温升可能存在差异，应以温升最高的一相作为判定依据。标准通常规定各相温升差值不得超过规定限值，否则可能存在绕组匝间短路等缺陷。

问题六：不同绝缘等级的绕组温升限值有何区别？

绝缘等级是根据绝缘材料的耐热性能划分的，不同绝缘等级对应不同的最高允许工作温度。常见的绝缘等级及其最高允许温度（温升限值通常为最高允许温度减去环境温度参考值40℃）为：A级105℃（温升限值60K）、E级120℃（温升限值75K）、B级130℃（温升限值80K）、F级155℃（温升限值100K）、H级180℃（温升限值125K）。实际温升限值还需考虑测量方法、设备类型、冷却方式等因素的修正系数。

问题七：温升试验不合格的常见原因有哪些？

温升试验不合格的常见原因包括：设计原因，如导体截面积偏小、散热结构不合理、通风道设计不当等；制造原因，如绕组绕制不紧密、浸漆不充分、焊接质量不良、绝缘处理不当等；材料原因，如导体材料纯度不够、绝缘材料性能下降等；试验原因，如试验条件不符合要求、测量方法不当、数据处理错误等。分析不合格原因时，应综合考虑各方面因素，找出根本原因并提出改进措施。

问题八：温升试验时环境温度有何要求？

标准规定的温升限值是基于基准环境温度（通常为40℃）给出的。试验时环境温度应在规定范围内（通常为10℃-40℃），当试验环境温度超出此范围时，应对温升限值进行修正。试验过程中环境温度应保持稳定，波动范围不应过大（通常不超过±5℃）。环境温度测量点应布置在不受被试设备散热影响的位置，通常距离设备1-2米，高度与设备中心相当。

以上是对绕组温升测定方法相关技术问题的解答，如需了解更多详细信息，建议查阅相关技术标准或咨询专业检测机构的技术人员。