交流电动机定子绕组离线式双电容耦合局部放电测试研究

谢志辉，胡 波，何海洋，刘 伟，梁智明

(东方电气集团东方电机有限公司，四川德阳 618000)



交流电动机定子绕组离线式双电容耦合局部放电测试研究

谢志辉，胡 波，何海洋，刘 伟，梁智明

(东方电气集团东方电机有限公司，四川德阳 618000)

通过使用双电容耦合式局部放电(PD)测试设备对核岛主冷却泵交流电动机定子绕组进行离线式局部放电的全面测试，考核并分析了该定子绕组局部放电性能。研究结果表明：该局部放电测试方法能够比较全面清晰的表述定子绕组离线式局部放电的全面性能，为同类型设备在线式局部放电监测提供了依据。

核岛；交流电动机；定子绕组；离线；局部放电

0 引言

2007年初以来，我国确立了引进第三代核电成套技术的方式，为哈尔滨引进美国AP1000堆型与东方电气引进法国EPR堆型的方案[1]。第三代核电技术对核电站的设计、建造、运行等的要求越来越高，对核岛主冷却泵用电动机的设计寿命为60年[2]。

而泵用电机的绝缘受到电、热、机械、化学等多因素影响并导致非预期失效的核心部件之一，这种长寿命、高可靠性的技术要求，需要科学设计、精密制造、严格检测和实时监控等手段来保证。而双电容耦合式局部放电在线检测技术就是一项行之有效的检测手段[3-6]。

本文通过使用双电容耦合PD测试设备对交流电动机定子绕组进行离线式局部放电的测试，能够屏蔽来自电源和环境的干扰，为同类型设备在线式局部放电监测提供了依据。

1 测试技术

1.1 技术原理

双电容耦合PD测试设备系统构成如图1所示。

其主要技术优势包括：

图1

1) 独特的双耦合电容器抗干扰技术(定向噪声分离技术与定时噪声分离技术)；

2) 广泛应用于水电机组、火电机组或其它电气设备的局部放电监测上；

3) 因为采用同一测试设备，所以试品离线与在线局部放电数据具有一定的可比性；

4) 符合国际标准的技术要求；

5) 拥有电力行业最大的局部放电基础数据库及远程趋势分析技术。

1.2 测试试样

额定电压为10 kV的 三相异步电动机定子绕组，中性点断开，如图2所示。

图2中，出线A、B、C分别为定子绕组主引出线端子，出线U、V、W分别为定子绕组中性点出线。

1.3 测试线路和试验步骤

该测试方法由多种高电压注入方式组成，对比检测PD信号，以考核放电产生的位置和强弱。

1.3.1 带负载下噪声测试

在正式测试前对环境噪声进行测试以验证测试

图2 定子绕组示意图

条件和参数设置的匹配性。

1.3.2 单相绕组测试

如图3所示，分别对三相绕组进行PD测试，得到各相绕组在两端注入高电压条件下的PD信号。

1和2均为耦合电容，3为PD测试设备图3 单相绕组PD测试

1.3.3 三相绕组测试

如图4所示，对三相绕组一起进行PD测试，得到三相绕组分别在两端注入高电压条件下的PD信号。

1和2均为耦合电容，3为PD测试设备图4 三相绕组PD测试线路

1.4 测试电压

PD测试电压：5.8 kV。

起始放电电压(PDIV)：0～5.8 kV。

熄灭放电电压(PDEV)5.8 kV～0。

1.5 参数设置

根据试样电气参数和测试技术要求进行设备参数设置[7]。

2 测试结果与分析

2.1 设备自检结果

在正式测试PD前，必须对测量系统进行自检，校准测试回路对标准PD信号的采集情况。

如图5所示，PD次数与PD幅值的两条曲线(正负脉冲)符合输入标准PD正负数值，说明测试系统工作正常。图中纵坐标为脉冲重复率(pps)，横坐标为脉冲幅值(mV)，下同。

图5 测试系统自检

2.2 噪声测试

在5.8 kV电压下绕组噪声PD测试结果如表1所示。

表中：N+为每秒正放电次数；N-为每秒负放电次数；Q+为最大正放电量，mV；Q-为最大负放电量，mV；f为测试频率，次/s；In为高电压注入位置；n表示未测得有效信号，下同。

表1 噪声测试结果

如表1所示，电机绕组所处环境和电源的电磁噪声很大、正负放电频次的差异较大、高电压注入位置引起测试结果存在差异。因此，必须采取措施抑制电磁噪声，否则将影响定子绕组PD测试结果的正确性。

2.3 单相绕组测试

每相绕组在5.8 kV电压下PD测试结果如表2和图6(a)～(f)所示。

表2 在5.8 kV电压下分相PD测试结果

续表2 在5.8 kV电压下分相PD测试结果

图4 单相绕组测试PD图

如表2所示，在5.8 kV电压下，每相绕组的放电次数和放电量存在较大的差异且与高电压注入位置有较大的关系，与数十年来业内对PD测试方法和结构分析存在较大的分歧[8]相同。

同时表2和图6中可知，A相负PD放电活动(包括放电量和放电次数，下同)略高于正放电活动，预示着绕组端部表面存在少量半导电污染[9]；B相绕组正负PD放电活动基本相同，预示着绕组绝缘内部气隙未完全消除；C相绕组正负PD放电活动基本相同，预示着定子绕组主绝缘内部气隙未完全消除。

2.4 三相绕组(ABC)一起测试

三相绕组PD测试结果如表3和图7所示。如表3所示，在5.8 kV电压下，高电压注入位置对绕组放电次数和放电量存在较大的影响。

表3 三相绕组PD测试结果

图7 三相整体绕组测试PD图

结合表2和表3试验结果可知：三相绕组整体PD值远小于分相测试PD值，说明绕组相间放电活动比绕组对地放电活动更加激烈；同时放电位置更偏向于中性点侧，在实际运行中，多数放电点可能承受较低的运行电压，有利于绕组的安全运行。

2.5 PDIV和PDEV

在阶梯升压和阶梯降压过程(电压阶梯为0.5 kV)中，三相绕组一起测试的PDIV和PDEV结果如表4和表5所示。

表4 PDIV测试结果

表5 PDEV测试结果

如表4和表5所示，绕组PDIV和PDEV均高于5.0 kV且只有放电次数而无测试档位里的放电量。因此，结合三相绕组内部放电位置偏向于中性点位置的分析，在实际运行过程(绕组或线圈对地电压最大为5.8 kV)中，基本不会发生有害的PD行为，有利于绕组的长期安全运行。

2.6 测试结果影响因素

根据整套测试技术原理[10]分析，除测试设备自身测试精度、抗干扰能力之外，测试参数(包括测试量程或档位、测试间隔、绕组充电时间等)也有很大的影响。

一般来说，绕组槽部绝缘内部气隙分布及其放电活动与绝缘介质损耗及其增量具有较大的关联。例如介损测试中起始放电电压、介质损耗增量等关键参数与局放测试中PDIV和Q等关系较大[11]。而绕组端部表面污染或缺陷等引起的放电活动则与连续或阶梯直流泄漏电流测试中的I～U曲线具有一定的联系[12]。

3 结语

1) 定子绕组双电容耦合PD的放电次数和放电量均处于很低的活动阈值。

2) 定子绕组双电容耦合的PDIV 和PDEV均高于5 kV，运行中几乎不存在有害的PD行为。

3) 该测试技术与在线监测系统类似，为运行过程中在线监测提供了基础数据。

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[8]全国文献工作标准化技术委员会．GB/T 7354中国标准书号[S]．北京：中国标准出版社， 2003.

[9]全国文献工作标准化技术委员会．GB/T 20833中国标准书号[S]．北京：中国标准出版社， 2007.

[10]程养春.发电机定子绝缘局部放电非接触式在线监测方法的研究[D].北京：华北电力大学， 2005.

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[12]胡波，梁智明，皮如贵，等. 交流电动机GVPI定子绕组nA级直流泄漏电流测试研究[J].上海大中型电机， 2013，(4)：40-44.

谢志辉，男，1984年生，工程师、硕士研究生，现主要从事高压电机绝缘技术研究。