SiC逆變器供電的牽引電機(jī)匝間絕緣性能評(píng)估

羅英露，趙安然，王 鵬，于超凡，林沐泓，黃文冬，彭 增

（1. 中車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)研究所有限公司，湖南 株洲 410002；2. 四川大學(xué) 電氣工程學(xué)院，四川 成都 610065）

0 引 言

電力電子裝置可實(shí)現(xiàn)一次能源的高效轉(zhuǎn)換，是高速鐵路機(jī)車(chē)變頻牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的核心設(shè)備。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，變頻牽引電機(jī)朝著大功率的方向不斷發(fā)展，對(duì)于半導(dǎo)體的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的Si 半導(dǎo)體已無(wú)法適應(yīng)當(dāng)前工業(yè)發(fā)展的速度。近年來(lái)，碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等第三代寬禁帶半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)，有望使電力電子器件開(kāi)斷頻率和可承受工作電壓提高10 倍、體積縮小至原來(lái)的1/40、能量密度及熱導(dǎo)率大幅度提升、開(kāi)斷時(shí)間降低至100 ns 以下，從而解決制約電力電子發(fā)展的瓶頸問(wèn)題[1-2]。

作為交流傳動(dòng)牽引機(jī)車(chē)的核心設(shè)備，變頻牽引電機(jī)絕緣的可靠性直接影響著整個(gè)機(jī)車(chē)的安全，而變頻牽引電機(jī)絕緣承受逆變器產(chǎn)生的快速變化的脈寬調(diào)制（PWM）電壓，在服役期間易發(fā)生局部放電，從而造成絕緣老化加速，引發(fā)安全事故[3-4]。隨著SiC 等性質(zhì)優(yōu)良的第三代半導(dǎo)體在地鐵牽引系統(tǒng)中的應(yīng)用，地鐵牽引系統(tǒng)的電壓轉(zhuǎn)換速率（上升時(shí)間）和工作頻率將由Si 基逆變器的3 000 V/μs、500 Hz 提升至9 000 V/μs、2 kHz（未來(lái)可能進(jìn)一步提升至5 kHz），由此引發(fā)的變頻電機(jī)絕緣問(wèn)題亟需探究。目前日本的新干線(xiàn)N700S車(chē)輛以及Bombardier公司參與制備的斯德哥爾摩地鐵已開(kāi)始使用SiC 逆變器驅(qū)動(dòng)，國(guó)內(nèi)從2019 年開(kāi)始研究SiC 牽引系統(tǒng)的使用，所研發(fā)的牽引逆變器已在深圳地鐵線(xiàn)等進(jìn)行試行考核。

然而采用SiC 逆變器驅(qū)動(dòng)的變頻電機(jī)絕緣系統(tǒng)工作在高頻、短上升時(shí)間的脈沖電壓下，絕緣承受更加嚴(yán)酷的電、熱應(yīng)力，失效現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生[5]。根據(jù)報(bào)道及相關(guān)研究，絕緣失效多數(shù)始發(fā)于匝間絕緣最后延伸至主絕緣[6]。針對(duì)變頻電機(jī)匝間絕緣性能，A CAVALLINI 等[7-8]利用雙絞線(xiàn)材料模擬變頻電機(jī)匝間絕緣，檢測(cè)其在方波電壓下的局部放電起始電壓（PDIV），探討了頻率對(duì)PDIV 和重復(fù)局部放電起始電壓（RPDIV）的影響。結(jié)果表明，頻率增大，RPDIV 隨之降低，但對(duì)PDIV 沒(méi)有影響。A RUMI 等[9]研究發(fā)現(xiàn)，在高溫下，浸漬雙絞線(xiàn)的PDIV 比未浸漬雙絞線(xiàn)的PDIV 更低，這可能與溫度變化、介電常數(shù)的改變有關(guān)系。針對(duì)上升時(shí)間對(duì)雙絞線(xiàn)PDIV 的影響，A RUMI 等[10]認(rèn)為上升時(shí)間過(guò)短引起的過(guò)電壓，其有效持續(xù)時(shí)間也較短，因此PDIV 測(cè)試結(jié)果偏高。在上升時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，PDIV 測(cè)試結(jié)果與正弦測(cè)試結(jié)果基本一致。HU Boxue 等[11]研究了在不同高電壓變化速率（dV/dt）下電機(jī)定子繞組的局部放電，主要從改變脈沖的寬度和上升時(shí)間的角度出發(fā)，并擬合出經(jīng)驗(yàn)公式，認(rèn)為隨著脈沖寬度的增長(zhǎng)，PDIV 逐漸減小后趨于不變。目前，大多數(shù)學(xué)者在對(duì)變頻電機(jī)匝間絕緣進(jìn)行研究時(shí)，所采用的試樣多為低壓散繞試樣，研究對(duì)象局限于PDIV。然而，隨著SiC 的應(yīng)用，高速機(jī)車(chē)內(nèi)電機(jī)絕緣傾向II型絕緣結(jié)構(gòu)，要求其在服役期間具備承受一定電應(yīng)力的能力。此外，隨著頻率和dV/dt的提高，將增加絕緣結(jié)構(gòu)介質(zhì)損耗，更易造成電機(jī)端部過(guò)電壓，加劇絕緣系統(tǒng)內(nèi)電壓分布不均度，進(jìn)而誘發(fā)局部放電，加速絕緣老化。目前，尚沒(méi)有理論表明匝間絕緣或加厚匝間絕緣能適應(yīng)SiC 逆變器輸出的更高dV/dt和更高開(kāi)關(guān)頻率的電壓波形。

因此，本文通過(guò)模擬Si 逆變器和SiC 逆變器在不同工況（不同上升時(shí)間、電壓峰峰值、頻率）下?tīng)恳姍C(jī)端部的電壓波形，并測(cè)量高壓變頻電機(jī)電磁線(xiàn)的PDIV 及耐電暈壽命曲線(xiàn)，希望為變頻牽引電機(jī)絕緣系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證工作提供參考。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)平臺(tái)

重復(fù)脈沖電壓絕緣檢測(cè)平臺(tái)如圖1 所示，系統(tǒng)由高壓脈沖電源、高壓探頭、特高頻天線(xiàn)、示波器、高通濾波器、擊穿保護(hù)器、烘箱及真空箱組成。

圖1 重復(fù)脈沖電壓絕緣檢測(cè)平臺(tái)Fig.1 Repetitive impulse voltage insulation test platform

高壓脈沖電源參數(shù)信息如表1 所示，輸出的脈沖電壓用于模擬變頻電機(jī)的實(shí)際工況。特高頻傳感器用于檢測(cè)局部放電信號(hào)，在進(jìn)行測(cè)試前，采用特高頻天線(xiàn)檢測(cè)電力電子開(kāi)斷信號(hào)。電力電子干擾信號(hào)頻域分析如圖2 所示，可以看出電力電子開(kāi)斷所產(chǎn)生的干擾集中在較低頻段。根據(jù)文獻(xiàn)[12-13]可知，局部放電的頻域能量分布在0～2 GHz，而電力電子干擾則在500 MHz 以下，因此，采用信號(hào)處理模塊濾除掉500 MHz 以下的信號(hào)能夠消除電力電子器件產(chǎn)生的干擾。擊穿保護(hù)器能夠在試樣擊穿時(shí)斷開(kāi)加壓回路，同時(shí)記錄試樣壽命時(shí)間。在進(jìn)行PDIV 測(cè)試時(shí)，試樣兩端電壓由0 V 開(kāi)始，以50 V/s 的升壓速率進(jìn)行升壓，直至檢測(cè)出局部放電（信號(hào)閾值設(shè)置為5 mV）后停止升壓，此時(shí)試樣兩端的電壓幅值記錄為PDIV。在進(jìn)行耐電暈壽命測(cè)試時(shí)，快速升壓至試驗(yàn)設(shè)置電壓，激發(fā)局部放電并記錄試樣從施加該電壓至擊穿的時(shí)間為耐電暈壽命。

表1 高壓脈沖電源參數(shù)Tab.1 High voltage pulse power supply parameters

圖2 電力電子干擾信號(hào)頻域示意圖Fig.2 Frequency domain diagram of power electronic interference signal

1.2 試樣處理

高壓成型電機(jī)繞組主要由漆包扁線(xiàn)組成，本文采用MYFCRB-23 型（絕緣厚度為0.23 mm）和MYFCRB-30 型（絕緣厚度為0.30 mm）背靠背扁線(xiàn)（生產(chǎn)廠家為中國(guó)中車(chē)株洲研究所）模擬存在氣隙的高壓變頻電機(jī)匝間絕緣，試樣如圖3所示。其中MYFCRB-23 型為主要研究試樣，MYFCRB-30 型為厚度對(duì)照組。試驗(yàn)前采用無(wú)水酒精對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，去除表面雜質(zhì)，然后將試樣置于烘箱烘烤24 h，消除水分。為排除偶然因素對(duì)試驗(yàn)的影響，每組試驗(yàn)均至少在相同的條件下測(cè)試5 個(gè)試樣，每個(gè)試樣測(cè)試5次。

圖3 漆包扁線(xiàn)試樣Fig.3 The enamelled rectangular wire sample

2 不同工況下的局部放電起始電壓及絕緣壽命

2.1 不同頻率下的局部放電起始電壓及絕緣壽命

2.1.1 不同頻率下的局部放電起始電壓

與傳統(tǒng)Si 基半導(dǎo)體相比，采用SiC 逆變器驅(qū)動(dòng)的變頻電機(jī)絕緣承受頻率更高的脈沖過(guò)電壓沖擊，更易引發(fā)局部放電并加速電機(jī)絕緣老化，導(dǎo)致電機(jī)絕緣過(guò)早失效[14]。本文選擇開(kāi)關(guān)頻率為2、6、10 kHz的高頻重復(fù)方波電壓波形（由寬禁帶半導(dǎo)體固態(tài)開(kāi)關(guān)對(duì)正、負(fù)直流電源進(jìn)行切換產(chǎn)生），試驗(yàn)過(guò)程中保證環(huán)境溫度為180℃，排除其他環(huán)境因素的影響。

局部放電具有隨機(jī)性，其發(fā)生部位與PDIV 值并不確定，因此采用箱線(xiàn)圖對(duì)局部放電起始電壓進(jìn)行統(tǒng)計(jì)研究，對(duì)每個(gè)試樣的5次PDIV值結(jié)果取平均值，得到不同頻率下PDIV測(cè)試結(jié)果如圖4所示。從圖4可以看出，隨著頻率的改變，高壓變頻牽引電機(jī)匝間絕緣的PDIV 并不會(huì)發(fā)生較大變化，PDIV 值基本集中在2.8～2.9 kV，因此改變開(kāi)關(guān)頻率對(duì)變頻電機(jī)絕緣系統(tǒng)的PDIV幾乎無(wú)影響。

圖4 不同頻率下的PDIV測(cè)試結(jié)果Fig.4 PDIV test results at different frequencies

2.1.2 不同頻率下的絕緣壽命

設(shè)置上升時(shí)間一定，電壓峰峰值為10 kV，環(huán)境溫度為180℃，得到不同頻率下耐電暈絕緣壽命測(cè)試結(jié)果如圖5 所示。由圖5 可知，隨著頻率升高，絕緣壽命減小。其中，10 kHz 下的耐電暈壽命約為63 min，比2 kHz 下的耐電暈壽命下降了89.8%。采用威布爾分布對(duì)本批試樣的特征值壽命進(jìn)行統(tǒng)計(jì)定量分析，威布爾可靠性函數(shù)由式（1）所示[15]。

圖5 不同頻率下的耐電暈絕緣壽命測(cè)試結(jié)果Fig.5 Endurance life test results at different frequencies

式（1）中：α為失效概率為63.2%對(duì)應(yīng)的參數(shù)，即尺度參數(shù)；β為形狀參數(shù)；t為故障發(fā)生時(shí)間，min。

2.1.3 不同頻率下的壽命模型

不同頻率下，電壓-頻率具有聯(lián)合老化壽命模型[16]，可由式（2）表達(dá)。

式（2）中：L為耐電暈壽命，min；C、n、m為由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合所得常數(shù)；V為電壓峰峰值，kV；f為頻率，kHz。

采用該模型對(duì)不同頻率下的耐電暈絕緣壽命進(jìn)行擬合，在試驗(yàn)中應(yīng)控制其余重復(fù)方波參數(shù)及環(huán)境條件一致，由于該聯(lián)合老化模型中V-n為定值，則該模型可簡(jiǎn)化為式（3）。

式（3）中，C0為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合所得常數(shù)。

通過(guò)曲線(xiàn)擬合得到不同頻率重復(fù)方波電壓下的絕緣壽命，滿(mǎn)足反冪函數(shù)規(guī)律，擬合結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同頻率下的絕緣壽命模型Fig.6 Endurance life model at different frequencies

由圖6可得不同頻率下的耐電暈壽命模型如式（4）所示。由圖6 可以看出，隨著頻率的上升，變頻牽引電機(jī)匝間絕緣的耐電暈壽命減小。雖然在不同頻率下的實(shí)際耐電暈壽命值與模型預(yù)測(cè)值具有一定的差異，但是由于威布爾分布考慮的是失效概率為63.2%時(shí)的特征壽命，其具有一定的置信區(qū)間，該經(jīng)驗(yàn)擬合模型能夠較好地表征頻率變化所引起的變頻牽引電機(jī)匝間絕緣耐電暈壽命變化。此外，在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中也應(yīng)當(dāng)充分考慮可能由于預(yù)測(cè)誤差引起的安全威脅，因此在預(yù)測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上，應(yīng)當(dāng)考慮留有一定的裕度再進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)。

在實(shí)際應(yīng)用中，采用增大頻率對(duì)絕緣壽命進(jìn)行測(cè)試后，往往需要根據(jù)高頻下的測(cè)試結(jié)果對(duì)低頻條件下的絕緣壽命進(jìn)行折算，該過(guò)程在工業(yè)中要求盡量簡(jiǎn)單可靠，故引入頻率加速系數(shù)af，如式（5）所示。

式（5）中：L0表示樣品在2 kHz 重復(fù)方波電壓下的壽命；Lf表示在頻率為f下的壽命。

根據(jù)不同頻率下的耐電暈絕緣壽命測(cè)試結(jié)果，結(jié)合式（5）可計(jì)算得到10 kHz 和6 kHz 下的頻率加速系數(shù)分別為9.16和2.32。在工業(yè)應(yīng)用中一般考慮先使用頻率之比，依據(jù)已有數(shù)據(jù)對(duì)不同頻率下絕緣壽命進(jìn)行初步近似預(yù)估，在數(shù)據(jù)量充足的情況下，可利用電壓-頻率聯(lián)合老化壽命模型縮小誤差。本試驗(yàn)中，10 kHz 下的加速系數(shù)明顯與頻率之比不相符合，造成此類(lèi)現(xiàn)象的原因可能是在10 kV 高頻高壓耐電暈老化測(cè)試中，由于試樣間存在相互差異，其本身存在一定的估算誤差；再者依據(jù)工業(yè)估算，以2 kHz 為基準(zhǔn)時(shí)10 kHz 下的耐電暈壽命應(yīng)為14.81 min，這從數(shù)值上與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比差別并不大，因此在工業(yè)應(yīng)用中采用頻率之比進(jìn)行壽命估算依舊可行。

2.1.4 不同頻率下的局部放電特性

對(duì)絕緣壽命的考核研究主要是通過(guò)施加超過(guò)PDIV 的電應(yīng)力來(lái)激發(fā)局部放電，從而導(dǎo)致材料快速降解，因此對(duì)于耐電暈壽命的分析可通過(guò)分析局部放電行為來(lái)進(jìn)行。為量化不同參數(shù)條件下局部放電的統(tǒng)計(jì)特性變化趨勢(shì)，對(duì)部分重要放電特征參量的變化進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，包括：①最大放電幅值，指200 個(gè)局部放電周期內(nèi)所監(jiān)測(cè)到的最大局部放電脈沖幅值；②平均放電幅值，指200個(gè)周期內(nèi)監(jiān)測(cè)到的所有局部放電脈沖幅值的平均值；③單周波放電次數(shù)，指200 個(gè)局部放電周期內(nèi)的局部放電總次數(shù)與周期數(shù)的商；④單周波總放電幅值，由平均放電幅值與單周波放電次數(shù)相乘得到；⑤單位時(shí)間內(nèi)放電次數(shù)及總放電幅值，重復(fù)方波下發(fā)生的局部放電可通過(guò)特高頻天線(xiàn)對(duì)空間電磁波進(jìn)行捕捉得到，同時(shí)示波器對(duì)波形保存需要一定時(shí)間，因此認(rèn)為在示波器保存時(shí)間間隔一致的情況下，單周波放電次數(shù)與總放電幅值在一定程度上能夠表征單位時(shí)間內(nèi)放電次數(shù)及總放電幅值。

不同頻率條件下放電特征參量變化趨勢(shì)如圖7所示。從圖7可以看出，隨著頻率的升高，平均放電幅值與最大放電幅值均呈現(xiàn)減小趨勢(shì)；相反地，隨著頻率的升高，單周波局部放電次數(shù)逐漸升高。研究表明絕緣的受損程度與局部放電幅值、次數(shù)具有極大關(guān)聯(lián)，然而局部放電次數(shù)與幅值隨著頻率變化呈現(xiàn)相反趨勢(shì)，因此采用簡(jiǎn)單的局部放電次數(shù)與幅值評(píng)估絕緣在該頻率重復(fù)方波波形下的損傷程度是不合理的。單位時(shí)間總放電能量可通過(guò)單周波總放電能量得到，結(jié)合局部放電次數(shù)與幅值的影響，得到不同頻率下單周波及單位時(shí)間總放電能量如圖8 所示。從圖8 可以看出，隨著頻率的升高，單周波放電總能量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但單位時(shí)間總放電能量呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，表明對(duì)絕緣的破壞性變大。

圖7 不同頻率下局部放電的幅值及次數(shù)Fig.7 The amplitude and number of partial discharge at the different frequencies

圖8 不同電壓峰峰值下單周波及單位時(shí)間的總放電能量Fig.8 Total discharge energy of a single cycle wave and unit time at different peak-to-peak volage

2.2 不同電壓峰峰值下的絕緣壽命

2.2.1 不同電壓峰峰值下的絕緣壽命

控制電壓轉(zhuǎn)換速率一定，電壓頻率為2 kHz，改變電壓峰峰值分別為6、8、10 kV，環(huán)境溫度為180℃，進(jìn)一步測(cè)試不同重復(fù)方波電壓波形下試樣的耐電暈壽命，結(jié)果如圖9 所示。從圖9 可以看出，隨著外加電壓峰峰值的增加，高壓變頻牽引電機(jī)匝間絕緣的耐電暈壽命減小，且呈現(xiàn)明顯的非線(xiàn)性關(guān)系。

圖9 不同電壓峰峰值下的耐電暈壽命Fig.9 Endurance life under different peak-to-peak voltage

2.2.2 不同電壓峰峰值下的壽命模型

絕緣材料由高分子聚合物組成，其主要化學(xué)鍵鍵能如表2所示。電子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度與外加電壓峰峰值呈正相關(guān)，當(dāng)外加電壓峰峰值較大時(shí)，局部放電幅值很大，高速運(yùn)動(dòng)的電子直接轟擊絕緣層，由于電子動(dòng)能較大，在轟擊絕緣層時(shí)，構(gòu)成絕緣層組分的分子鏈將很容易被破壞，加劇絕緣結(jié)構(gòu)的破壞。

表2 聚合物中常見(jiàn)的化學(xué)鍵及其分解所需要能量Tab.2 Common chemical bonds in polymers and the energy required for their decomposition

利用式（5），以6 kV 下絕緣壽命為基準(zhǔn)計(jì)算電壓加速系數(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)8 kV、10 kV 下加速系數(shù)分別為2.31、7.04，并不滿(mǎn)足線(xiàn)性關(guān)系，因此采用以電壓峰峰值之比作為加速系數(shù)的方法是不可行的。根據(jù)IEC 60034-2020提出了一種普適的不同電壓峰峰值下耐電暈壽命的反冪模型，可以很好地對(duì)不同電壓峰峰值下的壽命情況進(jìn)行模擬，其公式如（6）所示[17]。

式（6）中：n為耐久系數(shù)，為常值；L為試樣耐電暈壽命；U為施加于試樣兩端的電壓峰值；k為由試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到的常數(shù)。

通過(guò)擬合得到不同電壓峰峰值下的耐電暈壽命模型如圖10所示，可以看到不同電壓峰峰值下的耐電暈壽命十分契合反冪模型，其相關(guān)系數(shù)為1。結(jié)合圖10 計(jì)算得到試樣在不同電壓峰峰值下的耐電暈反冪模型公式如式（7）所示。采用該模型可為試樣在其余電壓峰峰值下的耐電暈壽命預(yù)測(cè)提供一定的幫助。

圖10 不同電壓峰峰值下的絕緣壽命Fig.10 Endurance life under different peak-to-peak voltage

2.2.3 不同電壓峰峰值下的局部放電特性

圖11 為不同電壓峰峰值下的局部放電放電幅值及次數(shù)。由圖11可知，隨著試樣兩端外加重復(fù)方波電壓幅值的增大，最大放電幅值與平均放電幅值逐漸增大，兩者呈現(xiàn)相同的變化趨勢(shì)。在電壓由6 kV 提升至10 kV 時(shí)，平均局部放電幅值出現(xiàn)了微小的上升，最大放電幅值的變化相對(duì)更加明顯。同時(shí)，隨著重復(fù)方波電壓峰峰值的增大，單周波局部放電次數(shù)減小。圖12 為不同電壓峰峰值下單周波及單位時(shí)間的總放電能量。由圖12可知，單周波放電總能量與單位時(shí)間總放電能量隨電壓峰峰值的增大而增加，由此可知，單次放電能量增大。

圖11 不同電壓峰峰值下局部放電的幅值及次數(shù)Fig.11 The amplitude and number of partial discharge at different peak-to-peak voltage

圖12 不同電壓峰峰值下單周波及單位時(shí)間的總放電能量Fig.12 Total discharge energy of a single cycle wave and unit time at different peak-to-peak voltage

2.3 不同上升時(shí)間下的局部放電起始電壓及絕緣壽命

2.3.1 不同上升時(shí)間下的局部放電起始電壓

電壓上升時(shí)間對(duì)電機(jī)絕緣具有至關(guān)重要的影響。對(duì)于整機(jī)而言，其電路參數(shù)復(fù)雜，上升時(shí)間改變會(huì)使電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生電壓分布不均的情況。通過(guò)實(shí)際測(cè)量，一般電機(jī)首端線(xiàn)圈以及線(xiàn)圈的前幾匝承受了最高電壓峰峰值，L GUBBALA 等[18]通過(guò)等效電路仿真分析得到了同樣的結(jié)果。研究使用高壓成型扁線(xiàn)對(duì)來(lái)模擬高壓變頻電機(jī)匝間絕緣，該匝間絕緣試樣在電路中呈現(xiàn)容性，且整機(jī)內(nèi)無(wú)復(fù)雜電感環(huán)境，因此需要通過(guò)直接在試樣兩端施加不同上升時(shí)間的電壓波形，對(duì)其實(shí)際工作中所承受的電應(yīng)力進(jìn)行模擬，以檢驗(yàn)其絕緣性能。

固定電壓頻率與外界環(huán)境參數(shù)不變，設(shè)置環(huán)境溫度為180℃，控制電壓峰值一定，改變上升時(shí)間分別為500、670、1 000 ns對(duì)試樣進(jìn)行PDIV 測(cè)試，結(jié)果如圖13 所示。從圖13 可以看出，電壓上升時(shí)間在500、670、1 000 ns 變化時(shí)，匝間絕緣試樣的局部放電起始電壓并未呈現(xiàn)顯著的變化趨勢(shì)，僅在較小范圍內(nèi)發(fā)生波動(dòng)。這說(shuō)明上升時(shí)間的變化會(huì)造成氣隙內(nèi)部的電場(chǎng)情況發(fā)生改變，因此對(duì)于耐電暈絕緣壽命會(huì)產(chǎn)生一定的影響。同時(shí)在對(duì)整機(jī)匝間絕緣進(jìn)行PDIV 測(cè)試時(shí)，由于試樣由容性變?yōu)楦行?，上升時(shí)間的變化會(huì)造成整機(jī)內(nèi)部電壓分布情況發(fā)生變化，從而影響PDIV測(cè)試值。

圖13 不同上升時(shí)間下的PDIV結(jié)果Fig.13 PDIV results under different rise time

2.3.2 不同上升時(shí)間下的耐電暈壽命

在采集局部放電信號(hào)后增添試樣，控制電壓峰峰值為10 kV，頻率為2 kHz，環(huán)境溫度為180℃。由于試樣電容一定，通過(guò)改變充放電電阻，分別施加上升時(shí)間為500、670、1 000 ns 的電壓波形直至擊穿，得到試樣耐電暈壽命如圖14 所示。由圖14 可見(jiàn)，500 ns、670 ns下的耐電暈壽命幾乎一致；當(dāng)上升時(shí)間由670 ns 延長(zhǎng)至1 000 ns 時(shí)，1 000 ns 時(shí)耐電暈壽命較前者增長(zhǎng)了63.2%，增幅約為52 min。由此可見(jiàn)，電壓上升時(shí)間對(duì)試樣耐電暈壽命具有一定影響，在電壓上升時(shí)間較大時(shí)，由于電壓變化速率較小，局部放電能量相對(duì)較小，耐電暈壽命變長(zhǎng)。

圖14 不同上升時(shí)間下的耐電暈壽命Fig.14 Endurance life at different rise time

2.3.3 不同上升時(shí)間下的局部放電特性

圖15 為不同上升時(shí)間下的局部放電幅值。由圖15 可見(jiàn)，隨著電壓上升時(shí)間的增大，局部放電最大幅值變化不大，局部放電平均幅值隨著電壓上升時(shí)間減小也沒(méi)有出現(xiàn)明顯變化。因此，需要進(jìn)一步監(jiān)測(cè)單位時(shí)間內(nèi)，不同上升時(shí)間條件下局部放電次數(shù)進(jìn)行綜合分析。文獻(xiàn)[19]研究了100 ns 下電壓上升沿時(shí)間的下降對(duì)于局部放電幅值的影響，發(fā)現(xiàn)局部放電幅值隨著上升時(shí)間的縮短而增大，進(jìn)一步驗(yàn)證了本文觀點(diǎn)；文獻(xiàn)[20]研究了在上升沿較長(zhǎng)時(shí)（200～600 μs）的局部放電變化趨勢(shì)，結(jié)果表明，隨著上升時(shí)間的減小，局部放電幅值總體呈現(xiàn)為增大趨勢(shì)。在衡量局部放電對(duì)絕緣的損傷時(shí)，除放電幅值外，局部放電次數(shù)也起到了重要作用，將單位時(shí)間局部放電次數(shù)與局部放電總能量繪制于圖16中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著電壓上升時(shí)間減小，局部放電次數(shù)顯著增加，但670 ns 下的局部放電次數(shù)大于500 ns 下的局部放電次數(shù)，同時(shí)單位時(shí)間內(nèi)總放電能量與次數(shù)變化呈現(xiàn)相同的變化規(guī)律?？傮w上，隨著上升時(shí)間減小，局部放電幅值與次數(shù)均呈現(xiàn)一定的上升趨勢(shì)。

圖15 不同上升時(shí)間下的局部放電幅值Fig.15 Partial discharge amplitude at different rise time

圖16 不同上升時(shí)間下的單位時(shí)間局部放電次數(shù)及放電總能量Fig.16 Partial discharges number and total discharge energy per unit time at different rise time

2.4 不同溫度下的局部放電起始電壓及壽命

2.4.1 溫度對(duì)PDIV的影響

研究表明，環(huán)境溫度對(duì)絕緣層化學(xué)反應(yīng)速率具有一定影響，導(dǎo)致絕緣材料的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，造成其電荷累計(jì)效應(yīng)、介質(zhì)損耗發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致其局部放電起始電壓與局部放電統(tǒng)計(jì)特性有所不同[21-22]。

控制電壓上升時(shí)間為670 ns，占空比為50%，頻率為2 kHz，改變溫度分別為150、180、200℃，從零開(kāi)始緩慢升壓直至出現(xiàn)局部放電，統(tǒng)計(jì)激發(fā)局部放電的最小電壓為局部放電起始電壓并繪制于圖17中，添加常溫常壓下PDIV 測(cè)試組進(jìn)行對(duì)照。由圖17可知，隨著溫度從常溫升高到150℃，局部放電起始電壓下降；然而隨著溫度從150℃升高至200℃，局部放電起始電壓出現(xiàn)回升現(xiàn)象，但仍然小于常溫下的局部放電起始電壓，此趨勢(shì)與文獻(xiàn)[23]中趨勢(shì)一致。

圖17 不同溫度下PDIVFig.17 PDIV at different temperatures

由于在常溫下進(jìn)行PDIV 測(cè)試時(shí)，測(cè)試結(jié)果相對(duì)運(yùn)行時(shí)偏高，需要通過(guò)安全系數(shù)n對(duì)其進(jìn)行折算，以保證實(shí)際運(yùn)行中的高壓變頻牽引電機(jī)不會(huì)出現(xiàn)局部放電。根據(jù)研究結(jié)果，本批試樣的安全系數(shù)如式（8）所示（采用最小PDIV 值），即本批試樣在常溫下檢測(cè)時(shí)應(yīng)使用大于12.01%的安全系數(shù)進(jìn)行相應(yīng)折算，以保證絕緣安全。

2.4.2 溫度對(duì)耐電暈壽命的影響

高壓變頻牽引電機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中溫度普遍集中在150～200℃。控制電壓上升時(shí)間一定，電壓峰峰值為10 kV，頻率為2 kHz，改變環(huán)境溫度分別為150、180、200℃，在重復(fù)方波電壓下對(duì)漆包扁線(xiàn)試樣進(jìn)行測(cè)試，得到不同溫度下的耐電暈壽命如圖18所示。

圖18 不同溫度下的耐電暈壽命Fig.18 Endurance life at different temperatures

從圖18 可以看出，隨著溫度的升高，高壓變頻牽引電機(jī)匝間絕緣耐電暈壽命呈非線(xiàn)性遞減趨勢(shì)。其中，180℃、200℃時(shí)的耐電暈壽命比溫度為150℃時(shí)的耐電暈壽命下降了約35 min 和50 min，下降幅度分別占150℃時(shí)的耐電暈壽命的32%和42%?？梢?jiàn)，溫度對(duì)試樣耐電暈壽命具有較大的影響，為保證牽引電機(jī)在實(shí)際工況下的可靠性，應(yīng)當(dāng)在使用前根據(jù)其運(yùn)行溫度進(jìn)行性能評(píng)估。

2.4.3 不同溫度下的耐電暈壽命模型

當(dāng)僅考慮溫度變化時(shí)，隨著溫度的升高，絕緣的熱老化速率變快。此時(shí)熱老化的老化速度僅取決于化學(xué)反應(yīng)速率，一般可用Arrhenius 方程表示，如式（9）所示[24]。

式（9）中：L為失效時(shí)間，min；T為溫度，℃；Α、Β為常數(shù)，由化學(xué)反應(yīng)的活化能確定。

學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為，在純熱老化下絕緣壽命與在該溫度下的化學(xué)反應(yīng)速率成反比關(guān)系。根據(jù)“10℃減半原則”，當(dāng)溫度每升高8～12℃時(shí)，絕緣壽命將會(huì)縮短一半。由于高壓變頻電機(jī)匝間絕緣在實(shí)際工作中不僅會(huì)遭受熱老化，也會(huì)承受一定的電熱聯(lián)合老化。G C MONTANARI 等[25-26]提出在Arrhenius方程的基礎(chǔ)上應(yīng)該考慮電應(yīng)力的影響，該影響為外加電場(chǎng)的函數(shù)，可用f(Ε)進(jìn)行表述，因此式（9）可用式（10）進(jìn)行替代。

將不同溫度下的耐電暈壽命以式（9）進(jìn)行擬合并將結(jié)果繪制于圖19中，得到匝間絕緣試樣材料在不同溫度、相同電應(yīng)力加速條件下的加速模型如式（11）所示。由圖19 可知，隨著溫度的升高，變頻牽引電機(jī)匝間絕緣耐電暈壽命隨之減小。在材料特性不發(fā)生明顯變化的溫度范圍內(nèi)，可以認(rèn)為變頻牽引電機(jī)匝間絕緣耐電暈壽命隨著溫度的升高呈現(xiàn)非線(xiàn)性減小趨勢(shì)，該趨勢(shì)滿(mǎn)足考慮電應(yīng)力條件下的Arrhenius 方程。因此，可以使用考慮電應(yīng)力條件下的Arrhenius 方程對(duì)不同溫度下絕緣結(jié)構(gòu)或材料的耐電暈性能進(jìn)行初始評(píng)估，為絕緣的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)思路。

圖19 耐電暈壽命模型的擬合曲線(xiàn)Fig.19 Fitting curve of endurance life model

2.4.4 不同溫度下的局部放電特性

為進(jìn)一步說(shuō)明絕緣耐電暈壽命隨著溫度變化的原因，設(shè)置溫度梯度分別為150、180、200℃，并在3 種不同的溫度條件下采集在相同外加電壓下200個(gè)周期的局部放電信號(hào)，得到不同溫度下的局部放電特征參量和單位時(shí)間總放電能量分別如圖20 和圖21 所示。由圖20～21 可以看出，隨著溫度的上升，單周波局部放電次數(shù)、最大放電幅值、平均放電幅值和單位時(shí)間總放電能量均增大。電熱聯(lián)合老化可能是高溫絕緣失效的主要原因，需針對(duì)不同環(huán)境下的主導(dǎo)因素采取強(qiáng)有力的措施，以避免變頻電機(jī)絕緣失效。

圖20 不同溫度下的局部放電特征參量Fig.20 Characteristic parameters of partial discharge at different temperatures

圖21 不同溫度下的單位時(shí)間總放電能量Fig.21 Total discharge energy per unit time at different temperatures

2.5 不同絕緣層厚度下的局部放電起始電壓及壽命

2.5.1 不同絕緣層厚度下的PDIV對(duì)比

高壓變頻牽引電機(jī)絕緣失效事故中，匝間絕緣失效概率遠(yuǎn)高于主絕緣失效概率，然而，高壓變頻牽引電機(jī)匝間絕緣的破壞往往會(huì)引起主絕緣的破壞，同時(shí)在擊穿過(guò)程中主絕緣常常出現(xiàn)嚴(yán)重碳化現(xiàn)象，而匝間絕緣卻幾乎完好，因此事后事故認(rèn)定時(shí)，往往會(huì)忽略匝間絕緣失效而只考慮主絕緣失效[27]。從電機(jī)結(jié)構(gòu)上看，匝間絕緣層較薄，接觸面積大，在電機(jī)實(shí)際運(yùn)行中過(guò)電壓較高，因此往往發(fā)生絕緣過(guò)早失效。在工業(yè)應(yīng)用中增加絕緣層厚度在一定程度上能夠提升絕緣性能，然而由此導(dǎo)致的成本增加、工藝要求變高及空間利用率降低會(huì)造成更嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失與能源浪費(fèi)，因此是否增加絕緣層厚度，取決于增加絕緣層厚度所帶來(lái)的收益與支出的對(duì)比，尋找合適的絕緣層厚度對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用具有舉足輕重的作用。為探究厚度增加帶來(lái)的絕緣性能改變，分別以0.23 mm 絕緣層試樣（MYFCRB-23 型）與0.30 mm 絕緣層試樣（MYFCRB-30 型）為研究對(duì)象開(kāi)展試驗(yàn)，對(duì)比不同絕緣層厚度下的PDIV變化。

采用固定雙極性方波對(duì)兩種厚度絕緣層的高壓變頻牽引電機(jī)匝間試樣進(jìn)行測(cè)試，上升時(shí)間為670 ns，占空比為50%，頻率為5 kHz，控制環(huán)境溫度為180℃，測(cè)試結(jié)果如圖22 所示。從圖22 可以看出，隨著絕緣層厚度的增加，局部放電起始電壓明顯提升。相比于0.23 mm 絕緣層試樣，0.30 mm 絕緣層試樣的厚度提高了30.4%，其最小局部放電電壓則提高了36%，提升了1.2 kV。

圖22 不同厚度絕緣層的PDIVFig.22 PDIV of insulation layers with different thickness

2.5.2 不同絕緣層厚度下的耐電暈壽命

不同的絕緣層厚度，其絕緣壽命表現(xiàn)是不同的。隨著絕緣層厚度的增加，電機(jī)效率及槽滿(mǎn)率下降，成本將會(huì)大幅度上升。工業(yè)上對(duì)于電機(jī)匝間絕緣要求具有一定的耐熱性、耐油性和力學(xué)性能，同時(shí)對(duì)于匝間絕緣層厚度要求盡可能的小[28]。故在選取絕緣層厚度時(shí)，應(yīng)充分考慮其性?xún)r(jià)比。本研究選取厚度為0.23 mm 與0.30 mm 的絕緣層匝間絕緣試樣，對(duì)兩者施加相同的電應(yīng)力，控制電壓峰峰值一致，占空比為50%，上升時(shí)間為670 ns，環(huán)境溫度為180℃，設(shè)置電壓峰峰值分別為6、8、10 kV，頻率為2 kHz，上升時(shí)間一定，然后進(jìn)行耐電暈測(cè)試，結(jié)果如圖23所示。由圖23可知，6 kV下的0.23 mm絕緣層試樣的絕緣壽命約為472.5 min，0.30 mm 絕緣層試樣的絕緣壽命約為1 105.5 min。絕緣層厚度的增加能夠提升絕緣壽命。

圖23 不同厚度絕緣層在不同電壓峰峰值下的耐電暈壽命Fig.23 Endurance life of insulation layers with different thickness under different peak-to-peak voltage

2.5.3 不同厚度絕緣層下的耐電暈壽命模型

對(duì)于不同厚度絕緣層試樣的絕緣失效，G C MONTANARI 等[29]將絕緣失效用數(shù)值化的方式進(jìn)行定量描述，認(rèn)為絕緣總壽命可用F進(jìn)行描述，該變量是用來(lái)描述絕緣材料老化的性能p的函數(shù)，被描述為F(p)，定義單位時(shí)間老化速率為g，當(dāng)試樣、環(huán)境參數(shù)及外加電壓一定時(shí)，該老化速率可認(rèn)定為常值。則絕緣總壽命與單位時(shí)間老化速率、失效時(shí)間之間的關(guān)系如式（12）所示。從圖23可知，隨著絕緣厚度的增加，絕緣總壽命增加。設(shè)絕緣總壽命變化系數(shù)為k，老化速率變化系數(shù)為n，根據(jù)特征壽命可知，計(jì)算得到k與m的比值約為2.34。對(duì)于厚度為0.30 mm 絕緣層的匝間絕緣試樣，其在不同電壓峰峰值下的絕緣壽命模型與2.2 節(jié)所述模型具有較高的吻合性，僅比例系數(shù)發(fā)生一定的變化。因此對(duì)于厚度為0.23 mm 與0.30 mm 的絕緣層試樣耐電暈壽命（L0.23、L0.30），兩者的關(guān)系可通過(guò)式（13）對(duì)耐電暈壽命進(jìn)行描述。

2.5.4 不同絕緣層厚度下的局部放電特性

在3 個(gè)電壓峰峰值下，不同厚度絕緣層試樣的特征壽命值等效參數(shù)一致，以10 kV 外加電壓為例，收集200 個(gè)10 kV 下不同厚度試樣的局部放電周期進(jìn)行局部放電特征參量統(tǒng)計(jì)，并對(duì)比分析不同厚度試樣單位時(shí)間局部放電總放電能量的變化，結(jié)果如圖24 所示。由圖24 可知，隨著絕緣層厚度的增加，單位時(shí)間內(nèi)總放電能量減小，并且由于絕緣層厚度增加，其絕緣性能增強(qiáng)，因此隨著厚度增加，絕緣性能可明顯升高。

圖24 不同厚度絕緣層的單位時(shí)間總放電能量Fig.24 Total discharge energy per unit time of insulation layers with different thicknesses

3 機(jī)理分析

3.1 不同參數(shù)下的PDIV分析

根據(jù)放電機(jī)理，局部放電發(fā)生需要滿(mǎn)足兩個(gè)條件[30]：

（1）電場(chǎng)需要大于局部放電起始電場(chǎng)，如式（14）所示。

式（14）中：Εt表示氣隙所承受的瞬時(shí)場(chǎng)強(qiáng)；Εmin表示氣隙發(fā)生放電所需要的最小場(chǎng)強(qiáng)。

（2）需要引發(fā)局部放電的初始電子。根據(jù)Richardson-Schottky 定律，表面電荷的積累更容易促使局部放電初始電子的出現(xiàn)，初始電子產(chǎn)生概率（λ）可由下述模型進(jìn)行計(jì)算，如式（15）所示。

式（15）中：Ε為氣隙處瞬時(shí)場(chǎng)強(qiáng)為ψ時(shí)產(chǎn)生電子所需的能量；ν0為光電離常數(shù)；qe為單位電荷；K為玻爾茲曼常數(shù)；T為溫度；ε0為真空介電常數(shù)；Nsc為電荷數(shù)。

在重復(fù)方波條件下，在上升沿與下降沿處，由于極性翻轉(zhuǎn)，氣隙內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)局部放電起始電場(chǎng)強(qiáng)度，局部放電往往集中在上升沿與下降沿處。頻率的變化并不會(huì)改變氣隙，同時(shí)高壓牽引電機(jī)匝間絕緣可以看作具有一定容值的電容器，假設(shè)其介電常數(shù)實(shí)部與介電常數(shù)虛部并不會(huì)發(fā)生變化，氣隙中的電場(chǎng)可以等效為施加電壓在開(kāi)關(guān)機(jī)柜內(nèi)部阻抗與負(fù)載上按照比例進(jìn)行分壓，因此頻率的改變并不會(huì)影響PDIV。但實(shí)際上存在偶極取向的介質(zhì)損耗，另外介電常數(shù)對(duì)頻率的依賴(lài)性也必須加以考慮，因?yàn)榕紭O子取向不會(huì)發(fā)生在某些臨界頻率以上?？紤]臨界頻率f=1/D處出現(xiàn)介質(zhì)損耗峰值，其中D為偶極子的弛豫常數(shù)，那么在大于該臨界頻率的所有頻率下，介電常數(shù)實(shí)部都會(huì)減小。而根據(jù)相關(guān)報(bào)道[31]變頻電機(jī)絕緣材料的臨界頻率大于3 MHz，因此在當(dāng)前測(cè)試頻率（變頻電機(jī)工作頻率）下PDIV測(cè)試結(jié)果不變。

對(duì)于不同上升時(shí)間下的局部放電起始電壓，目前IEC 60034-2014 規(guī)定應(yīng)使用電壓峰峰值作為PDIV 值而并非穩(wěn)態(tài)電壓，在采用匝間絕緣試樣進(jìn)行測(cè)試時(shí)，上升時(shí)間的改變并不會(huì)引起絕緣分壓的變化，同時(shí)根據(jù)放電機(jī)理，上升時(shí)間并不會(huì)影響放電起始電場(chǎng)和初始電子產(chǎn)生概率，因此在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上，上升時(shí)間的變化并不會(huì)引起匝間絕緣試樣PDIV 的變化。在本文中上升時(shí)間的改變?cè)斐山^緣PDIV 的微弱變化是PDIV 測(cè)試的偶然誤差導(dǎo)致的。而對(duì)于整機(jī)測(cè)試，其測(cè)試的PDIV 不同主要是上升時(shí)間改變導(dǎo)致內(nèi)部各繞組間分壓不同造成的。

但是，隨著溫度的上升，介電常數(shù)發(fā)生變化，氣隙電場(chǎng)強(qiáng)度增加，同時(shí)溫度使空間電荷運(yùn)動(dòng)更劇烈，因而造成局部放電起始電壓下降；而當(dāng)溫度達(dá)到150℃以上，局部放電電壓隨著溫度升高而下降，原因可能是溫度上升造成熱脹冷縮，從而使氣隙結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，造成放電位置發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致局部放電起始電壓發(fā)生改變。

對(duì)于不同絕緣厚度的試樣，絕緣層厚度的變化改變了氣隙內(nèi)部電場(chǎng)，因此隨著絕緣層厚度的增加，氣隙內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度降低，PDIV升高。

3.2 不同參數(shù)下的耐電暈壽命分析

對(duì)于不同參數(shù)下的耐電暈壽命結(jié)果，可結(jié)合局部放電特性進(jìn)行分析。

在不同頻率下，雖然單個(gè)周期內(nèi)放電次數(shù)增多、放電幅值減小，但是在單位時(shí)間內(nèi)局部放電總能量增大，因此隨著頻率增加，耐電暈壽命降低。

電壓峰峰值的增加雖然減少了單周期內(nèi)放電次數(shù)，但提供了更大的電場(chǎng)強(qiáng)度，激發(fā)更劇烈的局部放電，此時(shí)電子崩內(nèi)部的高能粒子增多，其動(dòng)能超過(guò)表2 所示的聚合物化學(xué)鍵鍵能，通過(guò)碰撞能直接致使聚合物化學(xué)鍵斷裂，因此，隨著電壓峰峰值的增加，局部放電能量呈現(xiàn)非線(xiàn)性變化趨勢(shì)，對(duì)于絕緣的破壞作用呈現(xiàn)指數(shù)型上升趨勢(shì)。

上升時(shí)間的變化會(huì)影響極性反轉(zhuǎn)時(shí)氣隙內(nèi)部電場(chǎng)變化速率，從而改變局部放電的特性。隨著上升時(shí)間的縮短，雖然在平均放電幅值上無(wú)太大變化，但其能夠激發(fā)更多的局部放電，因此單位時(shí)間總局部放電能量增大，對(duì)絕緣的破壞作用增強(qiáng)。

絕緣層厚度的增加使得氣隙長(zhǎng)度與絕緣材料厚度之間的幾何關(guān)系發(fā)生改變，從而影響了氣隙內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度，降低了單位時(shí)間內(nèi)局部放電強(qiáng)度，同時(shí)絕緣厚度的增大也增強(qiáng)了絕緣耐電暈?zāi)芰Γ沟媒^緣材料的耐電暈壽命進(jìn)一步提升。

4 結(jié) 論

（1）頻率對(duì)PDIV 無(wú)影響，但是對(duì)耐電暈壽命具有重大影響?？刂齐妷簽?0 kV，電壓上升時(shí)間為670 ns，溫度為180℃下，通過(guò)改變頻率（2、6、10 kHz）進(jìn)行耐電暈壽命測(cè)試，結(jié)果表明10 kHz下的耐電暈壽命比2 kHz下的耐電壽命下降了89.8%，約為63 min。因此在電機(jī)絕緣實(shí)際承受電應(yīng)力可能超過(guò)PDIV 時(shí)，應(yīng)當(dāng)著重注意頻率對(duì)耐電暈壽命產(chǎn)生的重大影響。

（2）電壓峰峰值的變化會(huì)對(duì)耐電暈壽命產(chǎn)生較大影響，電壓峰峰值與絕緣壽命呈現(xiàn)反冪趨勢(shì)，若以6 kV下的耐電暈壽命為基準(zhǔn)，電壓峰峰值為8 kV時(shí)的耐電暈壽命相比減少了約315 min，約為66.7%；電壓峰峰值為10 kV 時(shí)耐電暈壽命相比減少了約400 min，約為85.1%。因此應(yīng)當(dāng)考慮實(shí)際運(yùn)行中最嚴(yán)峻的電應(yīng)力條件下引發(fā)放電時(shí)其電壓峰峰值不應(yīng)高于PDIV值。

（3）電壓上升時(shí)間對(duì)PDIV 無(wú)影響，但對(duì)耐電暈壽命具有較大影響。500 ns、670 ns下的耐電暈壽命幾乎一致，但當(dāng)電壓上升時(shí)間延長(zhǎng)至1 000 ns 時(shí)，與500 ns 的耐電暈壽命相比，其絕緣壽命增長(zhǎng)率為63.2%，增幅約為52 min。

（4）溫度對(duì)PDIV 具有一定的影響，由常溫上升至150℃時(shí)，PDIV 降低了約300V；但當(dāng)溫度進(jìn)一步上升至200℃時(shí)，PDIV 出現(xiàn)一定升高。在實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)當(dāng)考慮溫度對(duì)試樣老化分界線(xiàn)的作用。另外，溫度對(duì)絕緣壽命具有較大影響，以150℃下的耐電暈壽命為基準(zhǔn)，在180、200℃時(shí)的耐電暈壽命分別下降了約35 min 和50 min，下降值分別約占150℃下耐電暈壽命的32%和42%。

（5）絕緣厚度對(duì)PDIV 具有顯著影響，MYFCRB-30 型試樣的PDIV 測(cè)試結(jié)果比MYFCRB-23 型提高了36%，提升了1.2 kV。6 kV 下MYFCRB-23型試樣的平均絕緣壽命約為472.5 min，MYFCRB-30 型試樣的平均絕緣壽命約為1 105.5 min，厚度增加使耐電暈壽命大幅提升，因此可考慮增加絕緣厚度以提升試樣的耐電暈壽命。