高压电机定子线棒和定子绕组电晕紫外成像测试影响因素的研究

何明鹏，梁智明，胡 波，张小俊，黄绍波，黄 泽



高压电机定子线棒和定子绕组电晕紫外成像测试影响因素的研究

何明鹏，梁智明，胡 波，张小俊，黄绍波，黄 泽

（东方电气集团东方电机有限公司，四川 德阳 618000）

为了掌握高压电机定子线棒和定子绕组电晕紫外成像测试技术，量化评估定子线棒和定子绕组的防晕水平，对定子线棒和绕组电晕紫外成像测试的影响因素进行了探讨。结果表明：紫外成像测试设备的增益和计数框大小的设置、测试距离、试验温度以及对紫外成像设备标定的影响因素等均影响测试结果。

定子线棒；定子绕组；电晕；紫外成像；测试，影响因素

0 前言

随着电机制造技术的发展和我公司产品国际化进程的加快，用户对定子线棒端部电晕水平提出了更高的要求；业内也逐渐形成了多个电机定子线棒及绕组紫外电晕检测的相关标准[1-3]。国外用户则要求使用检测波长小于300nm的紫外成像仪对定子线棒和绕组端部电晕进行检测和评估。

多年来，行业内主要通过目测法对高压电机定子线棒和绕组端部进行电晕测试，该方法受到观察距离、观察人员、观察角度等因素影响，具有明显的局限性。紫外电晕成像测试技术是近年来逐渐发展的一项电晕检测技术，通过测试晕光中紫外光子数，对电晕水平进行定量分析，同时还具有简单高效、定位准确等优点[4-5]。目前，国外部分国家已将紫外成像技术用于输变电行业，包括发电机、电动机、输电线路设备等的缺陷与故障的检测上。

近年来，我国一些研究单位和电厂也相继开展了这方面的应用工作，并取得了一定成效。但国内发电设备制造企业的推广使用尚未见有相关报道。目前涉及的紫外成像电晕检测的国际标准、国内标准主要为IEEE Std 1799-2012和DL/T 298-2011[6]，本文参考这两个标准规定的试验方法，对电晕紫外成像测试的影响因素进行研究,为建立高压电机定子线棒和绕组端部电晕紫外成像测试方法和紫外成像电晕水平的量化评估标准奠定基础。为高压电机定子线棒和定子绕组电晕紫外成像测试的推广应用提供一定理论依据。

1 电晕理论及紫外成像测试技术原理

1.1 电晕理论

电晕是指带电体表面的气体或液体介质中出现许多局部的电离和激发过程，但电极之间并不击穿或导通而出现的自持放电现象，常发生在不均匀电场中电场强度很高的区域内[7]。表面电晕是在绝缘较差或局部电场过于集中的绝缘表面，因气体电离出现的局部放电；表面电晕通常伴随发光和噪声。如果电晕发生在有氧的场合，则通常伴有光、热、噪声等现象。对于在高压下的单支发电机定子线棒电晕主要集中在定子线棒的高阻部位以及高低阻搭接的部位。

1.2 紫外成像测试技术原理

当发生电晕时，其周围空气将发生电离，在电离的过程中，空气分子中的电子不断从电场中获得能量，当电子从激励态轨道返回原来的稳态电子能轨道时，就会以电晕、火花放电等形式释放能量；此时会辐射出含有紫外成分的光波。紫外成像技术就是利用这个原理，使用特殊仪器接受电晕放电产生的信号，经处理后成像并与可见光图像叠加，达到确定电晕的位置和强度的目的。紫外线的波长范围是40nm～400nm，太阳光中也含有紫外线，但由于地球上的臭氧层吸收了部分波长的分量，实际上辐射到地面上的太阳紫外光谱都在300nm以上，低于300nm的波长区域称为太阳盲区。人们利用这一特点，研究出日盲型紫外检测仪，该仪器的工作波段在240nm～280nm之间，可以在阳光和照明条件（除强紫外辐射的灯）进行检测工作[8]。

2 电晕紫外成像测试影响因素研究

通过分析电晕紫外成像测试方法，影响其测试结果的主要因素有增益、计数框、测试距离、试验温度、紫外成像设备的标定。选取不同额定电压的定子线棒作为试样，采用紫外成像测试设备进行相关影响因素对测试结果的影响研究。

2.1 增益的影响

改变增益（其它因素不变），从不同角度分别对试样进行测试，取最大的光子数作为测试结果。

不同增益下10.5kV的试样的测试结果见表1及图1。

表1 10.5kV试样不同增益下紫外成像测试结果

图1 10.5kV试样不同增益下紫外光子数曲线

不同增益下18kV试样的测试结果见表2和图2。

表2 18kV试样不同增益下紫外成像测试结果

图2 18kV试样不同增益下紫外光子数曲线

从表1、表2、图1和图2可以看出：增益越大，所测得的光子数越多。

2.2 测试距离的影响

改变测试距离（其它因素不变），从不同角度分别对试样进行测试，取最大的光子数作为测试结果。

不同测试距离下10.5kV的试样的测试结果见表3和图3。

表3 10.5kV试样不同测试距离下紫外成像测试结果

图3 10.5kV试样不同测试距离下紫外光子数曲线

不同测试距离下18kV的试样的测试结果见表4和图4。

表4 18kV试样不同测试距离下紫外成像测试结果

图4 18kV试样不同测试距离下紫外光子数曲线

从表3、表4、图3和图4可以看出：测试距离越远，测试的光子数越少。

2.3 计数框大小的影响

改变计数框大小（其它因素不变），从不同角度分别对试样进行测试，取最大的光子数作为测试结果。

不同计数框下10.5kV试样的测试结果见表1、表3、图1和图3；18kV试样的测试结果见表5和图5。

表5 18kV试样不同计数框下紫外成像测试结果

图5 18kV试样不同计数框下紫外光子数曲线

从表1、表3、表5和图1、图3、图5可以看出，计数框越大，检测到的光子数越多，但是如果电晕相对较集中，那么计数框的大小对测试结果的影响不大，反之则有一定影响。

2.4 试验温度的影响

改变试验温度（其它因素不变），从不同角度分别对试样进行测试，取最大的光子数作为测试结果。

不同试验温度下10.5kV试样的测试结果见表6和图6。

表6 10.5kV试样不同试验温度下紫外成像测试结果

图6 10.5kV试样不同试验温度下紫外光子数曲线

从表6和图6可以看出：试验温度越高，测试的光子数越多。超过100℃，光子数增加更明显。

2.5 紫外成像设备标定的影响

按DL/T 298附录A中试验方法结合局部放电测试对紫外成像设备进行标定[9]。试验样品为额定电压18kV的定子线棒；满量程光子数为32760。

2.5.1 电极（铜丝）松紧程度对标定结果的影响

采用一定直径的铜丝，增益为100%，按DL/T 298中A.1图接线方法，在距离绝缘末端100mm的位置绑扎松紧程度不同的铜丝后接地，对标定结果进行对比。标定结果见表7、图7和图8。

表7 粗铜丝服帖程度不同标定测试结果

由表7可以看出：电极越松，电极与线棒表面的小气隙越多，越容易发生局部放电，在试验电压较低时局放量便达到1500 pC，对应的紫外光子数相对较少。

图7 B41紧铜丝紫外测试图

图8 B41松铜丝紫外测试图

2.5.2 电极（铜丝）粗细对标定结果的影响

采用直径不同的铜丝，按DL/T 298中A.1图接线方法，在距离绝缘末端100mm的位置紧绑铜丝后接地，对标定结果进行对比。标定结果见表8。

表8 粗细铜丝不同标定测试结果

由表8可以看出：细铜丝相对粗铜丝在较高的试验电压下产生1500pC局部放电量，对应的光子数更多。

2.5.3 电极（铜丝）位置对标定结果的影响

采用直径不同的铜丝，按DL/T 298中A.1图接线方法，在距离绝缘末端100mm和80mm的位置绑铜丝后接地，对标定结果进行对比。标定增益为100%，标定结果见表9。

表9 铜丝绑定位置不同标定测试结果

由表9可以看出：标定位置为80mm时，无论粗细铜丝都将在较低的试验电压下产生1500 pC的局部放电量，对应的紫外光子数也更少。

综上所述，标定方法对标定结果影响较大，将直接影响电晕紫外成像测试结果。

3 结论

紫外成像测试设备的增益和计数框大小的设置、测试距离、试验温度以及对紫外成像设备标定的影响因素等均影响测试结果。

（1）增益和计数框设置越大，在相同的试验电压下所测得的光子数越多。

（2）测试距离越远，在相同的试验电压下所测得的光子数越少。

（3）试验温度越高，在相同的试验电压下所测得的光子数越多。

（4）影响紫外成像设备标定的因素如电极的松紧程度、电极的直径、电极的位置等都将影响测试结果。

[1] IEEE Std 1799-2012, IEEE Recommended Practice for Quality Control Testing of External Discharges on Stator Coils, Bars and Windings[S].

[2] DL/T 298-2011, 发电机定子绕组端部电晕检测与评定导[S]. 国家能源局, 2011, 07.

[3] DL/T 345-2010, 带电设备紫外诊断技术应用导则[S]. 国家能源局, 2011, 01.

[4] 王柯, 廖永力,等. 紫外脉冲计数法测量直流电晕起始及熄灭电压[J]. 高电压技术, 2010, 36(4):862-868.

[5] 韩磊, 陈梁,等. 紫外与红外技术在发电机电晕检查方面的应用[J]. 发电设备, 2011, 25(1):63-67.

[6] 高健, 苗兴,等. 基于紫外成像技术的电晕放电检测方法探讨[J]. 电力科技与环保, 2013, 29(4):18-20.

[7] 张海峰, 庞其昌, 陈秀春. 高压电晕放电特征及其检测[J]. 电测与仪表, 2006, 43(2):6-8.

[8] 何勇, 白洁. 发电机定子端部紫外电晕检测技术的研究与应用[J]. 发电技术, 2012(11):293-295.

[9] 潘延明, 陈阳. 大型发电机定子线圈绝缘结构试验研究[J]. 大电机技术, 2016(2):23-28.

Study on the Influencing Factors of UV Corona Imaging Detection of Stator Bar and Winding for High Voltage Rotating Machine

HE Mingpeng, LIANG Zhiming, HU Bo, ZHANG Xiaojun, HUANG Shaobo, HUANG Ze

(Dongfang Electrical Machinery Co., Ltd, Deyang 618000, China)

In order to understand theUVcorona imaging detection technology of stator bar and winding for high voltagerotating machine and quantitatively evaluate the anti-corona level of stator bar and winding, the different influencing factors of corona imaging detection for stator bar and winding were studied and discussed. The results showed that UV corona imaging detection result was greatly influenced by setting gain and frame size counts of UV corona imaging equipment, test distance, test temperature and calibration of UV corona imaging equipment.

stator bar; stator winding; corona; corona imaging; detection; influencing factors

TM303.1

A

1000-3983(2018)02-0032-04

2017-11-30

何明鹏（1983-），2010年毕业于哈尔滨理工大学材料学专业，硕士，研究方向为电机绝缘技术，工程师。