变频电机绝缘的局部放电检测技术分析

朱申

（兖矿东华重工有限公司 设备管理中心，山东 济宁 273500）

变频电机绝缘的局部放电检测技术分析

朱申

（兖矿东华重工有限公司 设备管理中心，山东 济宁 273500）

基于变频电机端部过电压以及定子内部电压分布缺乏匀称性会对变频电机绝缘性能造成不同程度影响等实况，提出了将局部放电检测技术应用于变频电机中的建议。具体是结合迅速上升/下降顺延连续方波电压下变频电机局部放电的检验特征，对超高频等满足变频电机局部放电试验与接收试验的局部放电检测技术进行探究。

变频电机；局部放电；连续方波电压；超高频；检测技术

变频电机借助其效能优良、操作简便以及速度调整性能高等特性，在高铁、风力发电以及石油开采等多样化领域中得到广泛的应用，其逐渐将过去的交流感应电机取而代之，演变成电力系统中重量级电气设施之一。为了强化变频电机绝缘的安稳性，国际上很多学者积极开展研究工作，本文在归纳其效能丧失成因的基础上，对连续方波电压下的局部放电检测技术进行论述。

1 变频电机绝缘破坏成因

变频电机施加电压波形（见图1），变频器、连接电缆与电机三者阻抗存在差异性，具备陡上升时间的连续方波（50 ns～1μs）其在电机端口位置形成折射与反射现象，进而导致方波电压在上升段位置形成过电压。过电压系数k即为Up与Ua之间的比值。

图1 变频电机施加电压波形

其中Up代表电压峰值，Ua为平稳处电压值。即在变频电机与变频器固定的情况下，k值大小与电缆长短以及上升时长相关联，电缆长度存在差异性的情况下4种上升时间过电压系数k。由此可见在极限值情况下，平稳处电压幅值为过电压峰的1/2。

相关实验研究已经证实，若方波电压上升时间低于1μs，电定子内的电压排布不均，线圈头匝与尾匝承担的过电压数值最大。一旦过电压大于PDIV，在有始发电子出现时便会形成局部放电现象。若这一现象长期得不到根治，就会使绝缘表皮电腐蚀以及化学腐蚀问题陆续衍生出来，并且劣化程度日趋严重化，最后使绝缘被击透。

2 局部放电定义

局部放电（PD）具体是指不同导体之间只有部分绝缘处于被短路状态中并持续放电状态。局部放电现象可以在多个情景中产生，例如固体介质内的缺陷、液体绝缘内的气泡、场强过高物质的表层，此外电极尖端放电也是局部放电现象的成因。

3 连续方波电压下的局部放电检测技术

3.1 HFCT方法

高频电流耦合(HFCT)法特征在于频带具有一定宽度，并且在抵御低频干扰程度方面体现出巨大的优越性，同时又和高压测试电路处于互为对立的模式中，种种优势的叠加使其在工频电压下有较高的应用频率。但是若是在连续方波电压局势下对局部放电效果进行测试，电源陡脉冲会使强干扰效果形成，并且方波电源干扰与局部放电信号在频率区域内存在重叠部分，特殊情况下电源干扰在频率区域较大的范畴中会将局部放电信号囊括其中。方波电源干扰与局部放电脉冲在频率区域效能上存在交汇部分，其使频域滤波的实效性被削弱。

所以，若应用HFCT方法对变频电机绝缘放电现象进行分析之时，对电源干扰与局部放电脉冲时间与频率特征解析的基础上，借助小波分解形式，同时在一定宽度滤波器的借助下，对被测电路施以平衡等举措，精确的将局部放电信号提取出来，继而对其进行科学的检测与分析。

3.2 超高频法

超高频(UHF)天线检测法的应用原理可以做出如下的概述，即借助耦合反应使局部放电现象产出过程中形成的电磁辐射信号，这一检测技术在局部放电当场检测中得到高频率的应用。有研究人员以导入UHF 法的形式完成对连贯型方波电压下局部放电检测的工作任务，借助对多样化通带的高通滤波器实施对照措施的途径，得出了应用频率在300～500MHz区间内取值的高通滤波器，对方波电源干扰程度管制的效果是极为可观的，有效的将局部放电信号提取出来。

研究显示若连续方波电压以陡直上升形式变化，可以在宽带、窄带天线等设施的协助下达到精确检测局部放电超高频电磁波的目标。但是若天线的最低频率数值明显高于方波电源干扰的极限值，那么磁天线提示信息将会和光测传感器测试数据体现出高度一致性。基于UHF法在应用之时体现出便捷性、低噪音性等优势，所以可以间接的推测出其将会在变频电机绝缘局部放电测试中拥有较大的应用潜力这一结论。基于变频电机绝缘的局部放电电磁信号在减缩方面体现出快速性特征，并且电机构造影响天线排布效果等实况，所以超高频在变频电机绝缘局部放电检测过程中的推行环节上还是存在较大难度系数，而巧妙的将其与HFCT法整合在一起所取得的检测结果是较为可观的。

3.3 光测法

在对带有陡直上升特征的连续方波电压下的局部放电进行检测环节中，光测法这一检测技术的应用在优化信噪比方面体现出巨大的优越性，国外有学者借助该检测技术研究了单点接触漆包线与绞线对变频机电局部放电特征。务必要管控可见光对局部放电信号检测结果的干扰程度，也就是说该检测技术需要在光线较暗的环境中应用，又因为光信号传播过程中受到被检样品的阻碍，因此应该借助特殊测试系统对被检样品不同方位的局部放电信号进行检测。由此可见该局部放电在实验室研究中具有较高的应用频率。

3.4 检测阻抗改进后的方法

有学者借助改良IEC 60270内检测方式的途径，规划出在强化信噪比方面发挥显著作用的检测阻抗、末端应用统计分析等对策，其对连续方波电压下的局部放电进行系统化研究，该种检测技术实效性的发挥务必要有高超专业知识的辅助，并且若连续方波电压上升时间短暂性特征过于显著，局部放电提取环节在落实上就会存在较大难度，也就是说该检测技术在当场检测方面不适用。

概括的讲，UHF法在连续方波电压下的局部放电测试中具有较大的应用潜力，HFCT法的研制是建立在UHF法有效应用基础上的，并且强化了UHF法的应用效果UHF与HFCT两种方法的整合应用，使各自传感器输出的数据值不断的扩大，例如滤波、移频、检波等，最后其顺利的将局部放电信号传导至宽带、高速数字示波器内，示波器借助IEEE488．2协议与工控机对数据资源有效传递，被检数据被统一的存储于关联数据库存储内，为后续数据整合与解析工作的开展奠定基础。

4 局部放电检测数据解析

4.1 编制电机局部放电标准

例如对某电机产品进行局部放电检测后，借助对数台电机开展局部放电检测工作，将其在1kV、2kV、3kV电压下的局部放电信息录入，与此同时借助数据对照解析的形式，确定该变频电机的初始电压值，即U1=2．3kV(其为在500pC下，电机电压放电量上升过程中最低电压值)、熄灭电压U2=2kV(在500pC下，放电量降低过程中电压最大值)。

4.2 电机局部放电图谱解析

被检电机的放电信号多数存在于在一、三象限中（约45°与240°相位角），并且第一象限的放电信号强度明显弱于第三象限的放电信号，基于此现象可以推测的是该变频电机绝缘的局部放电位置存在于系统里端，通常是铜丝导体和绝缘材料两者存在的空隙导致的，所以可以借助真空压力浸漆等多样化对策，达到填充绝缘缺陷位置，最大限度的削弱局部放电干扰程度的双重目标。

5 结语

借助对几类检测技术的优劣势进行解析以及对机电产品局部放电图谱进行对照分析等方式，对变频电机绝缘系统局部放电现象出现的位置与特点有一个较为全面的理解，为判别产品绝缘老化使用年限提供了参照凭据，为及时发现电机产品绝缘故障问题以及编制有效的维修规划奠定基础。

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1671-0711（2017）08（下）-0057-02