變頻電機絕緣的局部放電檢測技術分析

朱申

（兗礦東華重工有限公司 設備管理中心，山東 濟寧 273500）

變頻電機絕緣的局部放電檢測技術分析

朱申

（兗礦東華重工有限公司 設備管理中心，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應用于變頻電機中的建議。具體是結合迅速上升/下降順延連續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進行探究。

變頻電機；局部放電；連續方波電壓；超高頻；檢測技術

變頻電機借助其效能優良、操作簡便以及速度調整性能高等特性，在高鐵、風力發電以及石油開采等多樣化領域中得到廣泛的應用，其逐漸將過去的交流感應電機取而代之，演變成電力系統中重量級電氣設施之一。為了強化變頻電機絕緣的安穩性，國際上很多學者積極開展研究工作，本文在歸納其效能喪失成因的基礎上，對連續方波電壓下的局部放電檢測技術進行論述。

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方波（50 ns～1μs）其在電機端口位置形成折射與反射現象，進而導致方波電壓在上升段位置形成過電壓。過電壓系數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聯，電纜長度存在差異性的情況下4種上升時間過電壓系數k。由此可見在極限值情況下，平穩處電壓幅值為過電壓峰的1/2。

相關實驗研究已經證實，若方波電壓上升時間低于1μs，電定子內的電壓排布不均，線圈頭匝與尾匝承擔的過電壓數值最大。一旦過電壓大于PDIV，在有始發電子出現時便會形成局部放電現象。若這一現象長期得不到根治，就會使絕緣表皮電腐蝕以及化學腐蝕問題陸續衍生出來，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）具體是指不同導體之間只有部分絕緣處于被短路狀態中并持續放電狀態。局部放電現象可以在多個情景中產生，例如固體介質內的缺陷、液體絕緣內的氣泡、場強過高物質的表層，此外電極尖端放電也是局部放電現象的成因。

3 連續方波電壓下的局部放電檢測技術

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出巨大的優越性，同時又和高壓測試電路處于互為對立的模式中，種種優勢的疊加使其在工頻電壓下有較高的應用頻率。但是若是在連續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域內存在重疊部分，特殊情況下電源干擾在頻率區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，若應用HFCT方法對變頻電機絕緣放電現象進行分析之時，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，繼而對其進行科學的檢測與分析。

3.2 超高頻法

超高頻(UHF)天線檢測法的應用原理可以做出如下的概述，即借助耦合反應使局部放電現象產出過程中形成的電磁輻射信號，這一檢測技術在局部放電當場檢測中得到高頻率的應用。有研究人員以導入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，借助對多樣化通帶的高通濾波器實施對照措施的途徑，得出了應用頻率在300～500MHz區間內取值的高通濾波器，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。

研究顯示若連續方波電壓以陡直上升形式變化，可以在寬帶、窄帶天線等設施的協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據體現出高度一致性。基于UHF法在應用之時體現出便捷性、低噪音性等優勢，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用潛力這一結論。基于變頻電機絕緣的局部放電電磁信號在減縮方面體現出快速性特征，并且電機構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節上還是存在較大難度系數，而巧妙的將其與HFCT法整合在一起所取得的檢測結果是較為可觀的。

3.3 光測法

在對帶有陡直上升特征的連續方波電壓下的局部放電進行檢測環節中，光測法這一檢測技術的應用在優化信噪比方面體現出巨大的優越性，國外有學者借助該檢測技術研究了單點接觸漆包線與絞線對變頻機電局部放電特征。務必要管控可見光對局部放電信號檢測結果的干擾程度，也就是說該檢測技術需要在光線較暗的環境中應用，又因為光信號傳播過程中受到被檢樣品的阻礙，因此應該借助特殊測試系統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用頻率。

3.4 檢測阻抗改進后的方法

有學者借助改良IEC 60270內檢測方式的途徑，規劃出在強化信噪比方面發揮顯著作用的檢測阻抗、末端應用統計分析等對策，其對連續方波電壓下的局部放電進行系統化研究，該種檢測技術實效性的發揮務必要有高超專業知識的輔助，并且若連續方波電壓上升時間短暫性特征過于顯著，局部放電提取環節在落實上就會存在較大難度，也就是說該檢測技術在當場檢測方面不適用。

概括的講，UHF法在連續方波電壓下的局部放電測試中具有較大的應用潛力，HFCT法的研制是建立在UHF法有效應用基礎上的，并且強化了UHF法的應用效果UHF與HFCT兩種方法的整合應用，使各自傳感器輸出的數據值不斷的擴大，例如濾波、移頻、檢波等，最后其順利的將局部放電信號傳導至寬帶、高速數字示波器內，示波器借助IEEE488．2協議與工控機對數據資源有效傳遞，被檢數據被統一的存儲于關聯數據庫存儲內，為后續數據整合與解析工作的開展奠定基礎。

4 局部放電檢測數據解析

4.1 編制電機局部放電標準

例如對某電機產品進行局部放電檢測后，借助對數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，與此同時借助數據對照解析的形式，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里端，通常是銅絲導體和絕緣材料兩者存在的空隙導致的，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 結語

借助對幾類檢測技術的優劣勢進行解析以及對機電產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局部放電現象出現的位置與特點有一個較為全面的理解，為判別產品絕緣老化使用年限提供了參照憑據，為及時發現電機產品絕緣故障問題以及編制有效的維修規劃奠定基礎。

[1]王流火,呂鴻,吳吉,王增彬,李興旺．開關柜局部放電檢測技術的應用研究[J]．高壓電器,2014,03:62-67．

[2]李玉寶．電力變壓器局部放電檢測技術發展探析[J]．硅谷,2014,24:1+11．

[3]李蓉,王鵬,雷勇,周凱,吳廣寧．變頻電機絕緣破壞機理及連續方波電壓下局部放電檢測技術[J]．絕緣材料,2015,03:12-17+23．

[4]劉嘉林,董明,安珊,楊蘭均,鄺石,張偉政．電力變壓器局部放電帶電檢測及定位技術綜述[J]．絕緣材料,2015,08:1-7．

[5]李軍浩,韓旭濤,劉澤輝,李彥明．電氣設備局部放電檢測技術述評[J]．高電壓技術,2015,08:2583-2601．

TM855

A

1671-0711（2017）08（下）-0057-02