交流電動(dòng)機(jī)定子繞組離線式雙電容耦合局部放電測(cè)試研究

謝志輝，胡 波，何海洋，劉 偉，梁智明

(東方電氣集團(tuán)東方電機(jī)有限公司，四川德陽 618000)

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交流電動(dòng)機(jī)定子繞組離線式雙電容耦合局部放電測(cè)試研究

謝志輝，胡 波，何海洋，劉 偉，梁智明

(東方電氣集團(tuán)東方電機(jī)有限公司，四川德陽 618000)

通過使用雙電容耦合式局部放電(PD)測(cè)試設(shè)備對(duì)核島主冷卻泵交流電動(dòng)機(jī)定子繞組進(jìn)行離線式局部放電的全面測(cè)試，考核并分析了該定子繞組局部放電性能。研究結(jié)果表明：該局部放電測(cè)試方法能夠比較全面清晰的表述定子繞組離線式局部放電的全面性能，為同類型設(shè)備在線式局部放電監(jiān)測(cè)提供了依據(jù)。

核島；交流電動(dòng)機(jī)；定子繞組；離線；局部放電

0 引言

2007年初以來，我國確立了引進(jìn)第三代核電成套技術(shù)的方式，為哈爾濱引進(jìn)美國AP1000堆型與東方電氣引進(jìn)法國EPR堆型的方案[1]。第三代核電技術(shù)對(duì)核電站的設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行等的要求越來越高，對(duì)核島主冷卻泵用電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)壽命為60年[2]。

而泵用電機(jī)的絕緣受到電、熱、機(jī)械、化學(xué)等多因素影響并導(dǎo)致非預(yù)期失效的核心部件之一，這種長(zhǎng)壽命、高可靠性的技術(shù)要求，需要科學(xué)設(shè)計(jì)、精密制造、嚴(yán)格檢測(cè)和實(shí)時(shí)監(jiān)控等手段來保證。而雙電容耦合式局部放電在線檢測(cè)技術(shù)就是一項(xiàng)行之有效的檢測(cè)手段[3-6]。

本文通過使用雙電容耦合PD測(cè)試設(shè)備對(duì)交流電動(dòng)機(jī)定子繞組進(jìn)行離線式局部放電的測(cè)試，能夠屏蔽來自電源和環(huán)境的干擾，為同類型設(shè)備在線式局部放電監(jiān)測(cè)提供了依據(jù)。

1 測(cè)試技術(shù)

1.1 技術(shù)原理

雙電容耦合PD測(cè)試設(shè)備系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

其主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)包括：

圖1

1) 獨(dú)特的雙耦合電容器抗干擾技術(shù)(定向噪聲分離技術(shù)與定時(shí)噪聲分離技術(shù))；

2) 廣泛應(yīng)用于水電機(jī)組、火電機(jī)組或其它電氣設(shè)備的局部放電監(jiān)測(cè)上；

3) 因?yàn)椴捎猛粶y(cè)試設(shè)備，所以試品離線與在線局部放電數(shù)據(jù)具有一定的可比性；

4) 符合國際標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求；

5) 擁有電力行業(yè)最大的局部放電基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫及遠(yuǎn)程趨勢(shì)分析技術(shù)。

1.2 測(cè)試試樣

額定電壓為10 kV的 三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組，中性點(diǎn)斷開，如圖2所示。

圖2中，出線A、B、C分別為定子繞組主引出線端子，出線U、V、W分別為定子繞組中性點(diǎn)出線。

1.3 測(cè)試線路和試驗(yàn)步驟

該測(cè)試方法由多種高電壓注入方式組成，對(duì)比檢測(cè)PD信號(hào)，以考核放電產(chǎn)生的位置和強(qiáng)弱。

1.3.1 帶負(fù)載下噪聲測(cè)試

在正式測(cè)試前對(duì)環(huán)境噪聲進(jìn)行測(cè)試以驗(yàn)證測(cè)試

圖2 定子繞組示意圖

條件和參數(shù)設(shè)置的匹配性。

1.3.2 單相繞組測(cè)試

如圖3所示，分別對(duì)三相繞組進(jìn)行PD測(cè)試，得到各相繞組在兩端注入高電壓條件下的PD信號(hào)。

1和2均為耦合電容，3為PD測(cè)試設(shè)備圖3 單相繞組PD測(cè)試

1.3.3 三相繞組測(cè)試

如圖4所示，對(duì)三相繞組一起進(jìn)行PD測(cè)試，得到三相繞組分別在兩端注入高電壓條件下的PD信號(hào)。

1和2均為耦合電容，3為PD測(cè)試設(shè)備圖4 三相繞組PD測(cè)試線路

1.4 測(cè)試電壓

PD測(cè)試電壓：5.8 kV。

起始放電電壓(PDIV)：0～5.8 kV。

熄滅放電電壓(PDEV)5.8 kV～0。

1.5 參數(shù)設(shè)置

根據(jù)試樣電氣參數(shù)和測(cè)試技術(shù)要求進(jìn)行設(shè)備參數(shù)設(shè)置[7]。

2 測(cè)試結(jié)果與分析

2.1 設(shè)備自檢結(jié)果

在正式測(cè)試PD前，必須對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行自檢，校準(zhǔn)測(cè)試回路對(duì)標(biāo)準(zhǔn)PD信號(hào)的采集情況。

如圖5所示，PD次數(shù)與PD幅值的兩條曲線(正負(fù)脈沖)符合輸入標(biāo)準(zhǔn)PD正負(fù)數(shù)值，說明測(cè)試系統(tǒng)工作正常。圖中縱坐標(biāo)為脈沖重復(fù)率(pps)，橫坐標(biāo)為脈沖幅值(mV)，下同。

圖5 測(cè)試系統(tǒng)自檢

2.2 噪聲測(cè)試

在5.8 kV電壓下繞組噪聲PD測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表中：N+為每秒正放電次數(shù)；N-為每秒負(fù)放電次數(shù)；Q+為最大正放電量，mV；Q-為最大負(fù)放電量，mV；f為測(cè)試頻率，次/s；In為高電壓注入位置；n表示未測(cè)得有效信號(hào)，下同。

表1 噪聲測(cè)試結(jié)果

如表1所示，電機(jī)繞組所處環(huán)境和電源的電磁噪聲很大、正負(fù)放電頻次的差異較大、高電壓注入位置引起測(cè)試結(jié)果存在差異。因此，必須采取措施抑制電磁噪聲，否則將影響定子繞組PD測(cè)試結(jié)果的正確性。

2.3 單相繞組測(cè)試

每相繞組在5.8 kV電壓下PD測(cè)試結(jié)果如表2和圖6(a)～(f)所示。

表2 在5.8 kV電壓下分相PD測(cè)試結(jié)果

續(xù)表2 在5.8 kV電壓下分相PD測(cè)試結(jié)果

圖4 單相繞組測(cè)試PD圖

如表2所示，在5.8 kV電壓下，每相繞組的放電次數(shù)和放電量存在較大的差異且與高電壓注入位置有較大的關(guān)系，與數(shù)十年來業(yè)內(nèi)對(duì)PD測(cè)試方法和結(jié)構(gòu)分析存在較大的分歧[8]相同。

同時(shí)表2和圖6中可知，A相負(fù)PD放電活動(dòng)(包括放電量和放電次數(shù)，下同)略高于正放電活動(dòng)，預(yù)示著繞組端部表面存在少量半導(dǎo)電污染[9]；B相繞組正負(fù)PD放電活動(dòng)基本相同，預(yù)示著繞組絕緣內(nèi)部氣隙未完全消除；C相繞組正負(fù)PD放電活動(dòng)基本相同，預(yù)示著定子繞組主絕緣內(nèi)部氣隙未完全消除。

2.4 三相繞組(ABC)一起測(cè)試

三相繞組PD測(cè)試結(jié)果如表3和圖7所示。如表3所示，在5.8 kV電壓下，高電壓注入位置對(duì)繞組放電次數(shù)和放電量存在較大的影響。

表3 三相繞組PD測(cè)試結(jié)果

圖7 三相整體繞組測(cè)試PD圖

結(jié)合表2和表3試驗(yàn)結(jié)果可知：三相繞組整體PD值遠(yuǎn)小于分相測(cè)試PD值，說明繞組相間放電活動(dòng)比繞組對(duì)地放電活動(dòng)更加激烈；同時(shí)放電位置更偏向于中性點(diǎn)側(cè)，在實(shí)際運(yùn)行中，多數(shù)放電點(diǎn)可能承受較低的運(yùn)行電壓，有利于繞組的安全運(yùn)行。

2.5 PDIV和PDEV

在階梯升壓和階梯降壓過程(電壓階梯為0.5 kV)中，三相繞組一起測(cè)試的PDIV和PDEV結(jié)果如表4和表5所示。

表4 PDIV測(cè)試結(jié)果

表5 PDEV測(cè)試結(jié)果

如表4和表5所示，繞組PDIV和PDEV均高于5.0 kV且只有放電次數(shù)而無測(cè)試檔位里的放電量。因此，結(jié)合三相繞組內(nèi)部放電位置偏向于中性點(diǎn)位置的分析，在實(shí)際運(yùn)行過程(繞組或線圈對(duì)地電壓最大為5.8 kV)中，基本不會(huì)發(fā)生有害的PD行為，有利于繞組的長(zhǎng)期安全運(yùn)行。

2.6 測(cè)試結(jié)果影響因素

根據(jù)整套測(cè)試技術(shù)原理[10]分析，除測(cè)試設(shè)備自身測(cè)試精度、抗干擾能力之外，測(cè)試參數(shù)(包括測(cè)試量程或檔位、測(cè)試間隔、繞組充電時(shí)間等)也有很大的影響。

一般來說，繞組槽部絕緣內(nèi)部氣隙分布及其放電活動(dòng)與絕緣介質(zhì)損耗及其增量具有較大的關(guān)聯(lián)。例如介損測(cè)試中起始放電電壓、介質(zhì)損耗增量等關(guān)鍵參數(shù)與局放測(cè)試中PDIV和Q等關(guān)系較大[11]。而繞組端部表面污染或缺陷等引起的放電活動(dòng)則與連續(xù)或階梯直流泄漏電流測(cè)試中的I～U曲線具有一定的聯(lián)系[12]。

3 結(jié)語

1) 定子繞組雙電容耦合PD的放電次數(shù)和放電量均處于很低的活動(dòng)閾值。

2) 定子繞組雙電容耦合的PDIV 和PDEV均高于5 kV，運(yùn)行中幾乎不存在有害的PD行為。

3) 該測(cè)試技術(shù)與在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)類似，為運(yùn)行過程中在線監(jiān)測(cè)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

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[9]全國文獻(xiàn)工作標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)．GB/T 20833中國標(biāo)準(zhǔn)書號(hào)[S]．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社， 2007.

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謝志輝，男，1984年生，工程師、碩士研究生，現(xiàn)主要從事高壓電機(jī)絕緣技術(shù)研究。