變頻電機(jī)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(jì)寧 273500）

變頻電機(jī)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(jì)寧 273500）

基于變頻電機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)局部放電的檢驗特征，對超高頻等滿足變頻電機(jī)局部放電試驗與接收試驗的局部放電檢測技術(shù)進(jìn)行探究。

變頻電機(jī)；局部放電；連續(xù)方波電壓；超高頻；檢測技術(shù)

變頻電機(jī)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(jī)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(qiáng)化變頻電機(jī)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(jìn)行論述。

1 變頻電機(jī)絕緣破壞成因

變頻電機(jī)施加電壓波形（見圖1），變頻器、連接電纜與電機(jī)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(jī)端口位置形成折射與反射現(xiàn)象，進(jìn)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(jī)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(jī)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(yán)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(qiáng)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(jìn)行測試，電源陡脈沖會使強(qiáng)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(jī)絕緣放電現(xiàn)象進(jìn)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(jìn)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(dá)到精確檢測局部放電超高頻電磁波的目標(biāo)。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(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)造影響天線排布效果等實況，所以超高頻在變頻電機(jī)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(jìn)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(jī)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(jìn)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(jìn)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(qiáng)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(jìn)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(qiáng)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(kuò)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(jī)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(jī)局部放電標(biāo)準(zhǔn)

例如對某電機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行局部放電檢測后，借助對數(shù)臺電機(jī)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(jī)的初始電壓值，即U1=2．3kV(其為在500pC下，電機(jī)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(jī)局部放電圖譜解析

被檢電機(jī)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(qiáng)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(jī)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(dá)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(biāo)。

5 結(jié)語

借助對幾類檢測技術(shù)的優(yōu)劣勢進(jìn)行解析以及對機(jī)電產(chǎn)品局部放電圖譜進(jìn)行對照分析等方式，對變頻電機(jī)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(jī)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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