朱申

（兗礦東華重工有限公司 設(shè)備管理中心，山東 濟寧 273500）

變頻電機絕緣的局部放電檢測技術(shù)分析

朱申

（兗礦東華重工有限公司 設(shè)備管理中心，山東 濟寧 273500）

基于變頻電機端部過電壓以及定子內(nèi)部電壓分布缺乏勻稱性會對變頻電機絕緣性能造成不同程度影響等實況，提出了將局部放電檢測技術(shù)應(yīng)用于變頻電機中的建議。具體是結(jié)合迅速上升/下降順延連續(xù)方波電壓下變頻電機局部放電的檢驗特征，對超高頻等滿足變頻電機局部放電試驗與接收試驗的局部放電檢測技術(shù)進行探究。

變頻電機；局部放電；連續(xù)方波電壓；超高頻；檢測技術(shù)

變頻電機借助其效能優(yōu)良、操作簡便以及速度調(diào)整性能高等特性，在高鐵、風(fēng)力發(fā)電以及石油開采等多樣化領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，其逐漸將過去的交流感應(yīng)電機取而代之，演變成電力系統(tǒng)中重量級電氣設(shè)施之一。為了強化變頻電機絕緣的安穩(wěn)性，國際上很多學(xué)者積極開展研究工作，本文在歸納其效能喪失成因的基礎(chǔ)上，對連續(xù)方波電壓下的局部放電檢測技術(shù)進行論述。

1 變頻電機絕緣破壞成因

變頻電機施加電壓波形（見圖1），變頻器、連接電纜與電機三者阻抗存在差異性，具備陡上升時間的連續(xù)方波（50 ns～1μs）其在電機端口位置形成折射與反射現(xiàn)象，進而導(dǎo)致方波電壓在上升段位置形成過電壓。過電壓系數(shù)k即為Up與Ua之間的比值。

圖1 變頻電機施加電壓波形

其中Up代表電壓峰值，Ua為平穩(wěn)處電壓值。即在變頻電機與變頻器固定的情況下，k值大小與電纜長短以及上升時長相關(guān)聯(lián)，電纜長度存在差異性的情況下4種上升時間過電壓系數(shù)k。由此可見在極限值情況下，平穩(wěn)處電壓幅值為過電壓峰的1/2。

相關(guān)實驗研究已經(jīng)證實，若方波電壓上升時間低于1μs，電定子內(nèi)的電壓排布不均，線圈頭匝與尾匝承擔(dān)的過電壓數(shù)值最大。一旦過電壓大于PDIV，在有始發(fā)電子出現(xiàn)時便會形成局部放電現(xiàn)象。若這一現(xiàn)象長期得不到根治，就會使絕緣表皮電腐蝕以及化學(xué)腐蝕問題陸續(xù)衍生出來，并且劣化程度日趨嚴重化，最后使絕緣被擊透。

2 局部放電定義

局部放電（PD）具體是指不同導(dǎo)體之間只有部分絕緣處于被短路狀態(tài)中并持續(xù)放電狀態(tài)。局部放電現(xiàn)象可以在多個情景中產(chǎn)生，例如固體介質(zhì)內(nèi)的缺陷、液體絕緣內(nèi)的氣泡、場強過高物質(zhì)的表層，此外電極尖端放電也是局部放電現(xiàn)象的成因。

3 連續(xù)方波電壓下的局部放電檢測技術(shù)

3.1 HFCT方法

高頻電流耦合(HFCT)法特征在于頻帶具有一定寬度，并且在抵御低頻干擾程度方面體現(xiàn)出巨大的優(yōu)越性，同時又和高壓測試電路處于互為對立的模式中，種種優(yōu)勢的疊加使其在工頻電壓下有較高的應(yīng)用頻率。但是若是在連續(xù)方波電壓局勢下對局部放電效果進行測試，電源陡脈沖會使強干擾效果形成，并且方波電源干擾與局部放電信號在頻率區(qū)域內(nèi)存在重疊部分，特殊情況下電源干擾在頻率區(qū)域較大的范疇中會將局部放電信號囊括其中。方波電源干擾與局部放電脈沖在頻率區(qū)域效能上存在交匯部分，其使頻域濾波的實效性被削弱。

所以，若應(yīng)用HFCT方法對變頻電機絕緣放電現(xiàn)象進行分析之時，對電源干擾與局部放電脈沖時間與頻率特征解析的基礎(chǔ)上，借助小波分解形式，同時在一定寬度濾波器的借助下，對被測電路施以平衡等舉措，精確的將局部放電信號提取出來，繼而對其進行科學(xué)的檢測與分析。

3.2 超高頻法

超高頻(UHF)天線檢測法的應(yīng)用原理可以做出如下的概述，即借助耦合反應(yīng)使局部放電現(xiàn)象產(chǎn)出過程中形成的電磁輻射信號，這一檢測技術(shù)在局部放電當(dāng)場檢測中得到高頻率的應(yīng)用。有研究人員以導(dǎo)入UHF 法的形式完成對連貫型方波電壓下局部放電檢測的工作任務(wù)，借助對多樣化通帶的高通濾波器實施對照措施的途徑，得出了應(yīng)用頻率在300～500MHz區(qū)間內(nèi)取值的高通濾波器，對方波電源干擾程度管制的效果是極為可觀的，有效的將局部放電信號提取出來。

研究顯示若連續(xù)方波電壓以陡直上升形式變化，可以在寬帶、窄帶天線等設(shè)施的協(xié)助下達到精確檢測局部放電超高頻電磁波的目標。但是若天線的最低頻率數(shù)值明顯高于方波電源干擾的極限值，那么磁天線提示信息將會和光測傳感器測試數(shù)據(jù)體現(xiàn)出高度一致性。基于UHF法在應(yīng)用之時體現(xiàn)出便捷性、低噪音性等優(yōu)勢，所以可以間接的推測出其將會在變頻電機絕緣局部放電測試中擁有較大的應(yīng)用潛力這一結(jié)論。基于變頻電機絕緣的局部放電電磁信號在減縮方面體現(xiàn)出快速性特征，并且電機構(gòu)造影響天線排布效果等實況，所以超高頻在變頻電機絕緣局部放電檢測過程中的推行環(huán)節(jié)上還是存在較大難度系數(shù)，而巧妙的將其與HFCT法整合在一起所取得的檢測結(jié)果是較為可觀的。

3.3 光測法

在對帶有陡直上升特征的連續(xù)方波電壓下的局部放電進行檢測環(huán)節(jié)中，光測法這一檢測技術(shù)的應(yīng)用在優(yōu)化信噪比方面體現(xiàn)出巨大的優(yōu)越性，國外有學(xué)者借助該檢測技術(shù)研究了單點接觸漆包線與絞線對變頻機電局部放電特征。務(wù)必要管控可見光對局部放電信號檢測結(jié)果的干擾程度，也就是說該檢測技術(shù)需要在光線較暗的環(huán)境中應(yīng)用，又因為光信號傳播過程中受到被檢樣品的阻礙，因此應(yīng)該借助特殊測試系統(tǒng)對被檢樣品不同方位的局部放電信號進行檢測。由此可見該局部放電在實驗室研究中具有較高的應(yīng)用頻率。

3.4 檢測阻抗改進后的方法

有學(xué)者借助改良IEC 60270內(nèi)檢測方式的途徑，規(guī)劃出在強化信噪比方面發(fā)揮顯著作用的檢測阻抗、末端應(yīng)用統(tǒng)計分析等對策，其對連續(xù)方波電壓下的局部放電進行系統(tǒng)化研究，該種檢測技術(shù)實效性的發(fā)揮務(wù)必要有高超專業(yè)知識的輔助，并且若連續(xù)方波電壓上升時間短暫性特征過于顯著，局部放電提取環(huán)節(jié)在落實上就會存在較大難度，也就是說該檢測技術(shù)在當(dāng)場檢測方面不適用。

概括的講，UHF法在連續(xù)方波電壓下的局部放電測試中具有較大的應(yīng)用潛力，HFCT法的研制是建立在UHF法有效應(yīng)用基礎(chǔ)上的，并且強化了UHF法的應(yīng)用效果UHF與HFCT兩種方法的整合應(yīng)用，使各自傳感器輸出的數(shù)據(jù)值不斷的擴大，例如濾波、移頻、檢波等，最后其順利的將局部放電信號傳導(dǎo)至寬帶、高速數(shù)字示波器內(nèi)，示波器借助IEEE488．2協(xié)議與工控機對數(shù)據(jù)資源有效傳遞，被檢數(shù)據(jù)被統(tǒng)一的存儲于關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫存儲內(nèi)，為后續(xù)數(shù)據(jù)整合與解析工作的開展奠定基礎(chǔ)。

4 局部放電檢測數(shù)據(jù)解析

4.1 編制電機局部放電標準

例如對某電機產(chǎn)品進行局部放電檢測后，借助對數(shù)臺電機開展局部放電檢測工作，將其在1kV、2kV、3kV電壓下的局部放電信息錄入，與此同時借助數(shù)據(jù)對照解析的形式，確定該變頻電機的初始電壓值，即U1=2．3kV(其為在500pC下，電機電壓放電量上升過程中最低電壓值)、熄滅電壓U2=2kV(在500pC下，放電量降低過程中電壓最大值)。

4.2 電機局部放電圖譜解析

被檢電機的放電信號多數(shù)存在于在一、三象限中（約45°與240°相位角），并且第一象限的放電信號強度明顯弱于第三象限的放電信號，基于此現(xiàn)象可以推測的是該變頻電機絕緣的局部放電位置存在于系統(tǒng)里端，通常是銅絲導(dǎo)體和絕緣材料兩者存在的空隙導(dǎo)致的，所以可以借助真空壓力浸漆等多樣化對策，達到填充絕緣缺陷位置，最大限度的削弱局部放電干擾程度的雙重目標。

5 結(jié)語

借助對幾類檢測技術(shù)的優(yōu)劣勢進行解析以及對機電產(chǎn)品局部放電圖譜進行對照分析等方式，對變頻電機絕緣系統(tǒng)局部放電現(xiàn)象出現(xiàn)的位置與特點有一個較為全面的理解，為判別產(chǎn)品絕緣老化使用年限提供了參照憑據(jù)，為及時發(fā)現(xiàn)電機產(chǎn)品絕緣故障問題以及編制有效的維修規(guī)劃奠定基礎(chǔ)。

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