电机定子线棒绝缘表面放电和内部放电特征对比研究
尹建明
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尹建明,. 电机定子线棒绝缘表面放电和内部放电特征对比研究[J]. 国际科技论坛,20237. DOI:10.12721/ccn.2023.157255.
摘要: 在电机的实际运行中,定子绕组端部换相处容易产生局部放电,长期局部放电将对电机的安全运行带来隐患。因此,对于有效的定子绕组局部放电监测方法进行研究具有十分重要的意义。根据放电位置的不同,可以将电机定子绕组的放电分为表面缺陷放电和内部缺陷放电,目前国内外对各种输变电设备电晕检测方法的研究较为丰富,主要包括:目测法、紫外成像法、脉冲电流法等。其中目测法与紫外成像法均属于人工观测法,区别在于前者的观测对象为表面电晕,后者的观测对象为电晕产生的紫外光子,两者在一定程度上能够检测表面电晕发生位置和放电强弱,但均无法对起晕电压进行灵敏识别,并且无法检测定子绕组的内部放电。
关键词: ​电机定子线棒;表面放电;内部放电
DOI:10.12721/ccn.2023.157255
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引言

大型发动机用钢销的绝缘结构包括主绝缘和电晕,其中由环氧/膜/玻璃复合材料构成的主绝缘带经过加热和压缩,以形成一个由低电阻半导体和高电阻非线性材料组成的端部防腐层,由于整个绝缘系统由复合材料组成,并且在使用时, 像云一样,整个隔热层并不完全相同,但它有一个不可避免的错误,使得隔热层内部和部分区域的电场高于平均场,从而产生电场集中,其中缺陷处的场强大于发射场的力,不会立即产生整个绝缘穿透或闪络,而其他区域则保留部分辐射的绝缘特性。

1试验设置、试验样品与试验方法

1.1试验回路

采用脉冲电流测试不同典型放电模型的局部放电信号,试验回路市电过一移圈式调压器T到YDTW-50/50试验变压器B,试验变压器输入端连一保护电阻R0,高电压施加在试品高压端,低压端连一精密无感检测电阻Z接地,无感电阻将电流信号转化为电压信号。试验回路中均采用50kV绝缘导线进行连接,在连接处采用均压环进行均压,避免试验回路上放电。与IEC标准不同的是,本试验略去了高压耦合电容Ck,耦合电容Ck的作用是与试品Cx构成脉冲电流流通回路,且具有隔离工频高电压的作用。本文与IEC测试回路的区别在于留存了工频电容电流信号,为完整的回路电流信号。本文在每一种试品试验前都通过校准源标定放电量,分别在试品两端输入500pC和100pC的电荷,输入电荷后在检测阻抗上读取示波器触发得到的电压幅值,以获得放电量分度系数,再通过换算得到试验中的视在放电量。

1.2试验方法

本文使用阶梯升压法对两种缺陷模型进行试验。气隙放电存在延迟效应,因此在测量局部放电起始电压时,每升高0.2kV后等待10s,确认无放电信号波形后再继续升压。由于存在极性效应,工频电压下负脉冲首先产生,因此将示波器的触发设置为低于负背景噪声幅值以下,当产生局部放电时示波器将采集到负脉冲。当首次检测到稳定的负脉冲时,此时的外施电压幅值为该缺陷模型的局部放电起始电压,并调整采样周期,记录缺陷放电的脉冲幅值、相位和形状。

2.表面放电与内部放电极性效应差异分析

2.1真空处理对内部放电的影响

锚定杆旨在减少主要由多纤维隔热系统的真空干燥所实现的制造过程中的内部主要隔热层间隙,现在主要有模具(HP-HotPress)和真空液压系统(VPR),这些主要参数是真空干燥和真空液压系统,旨在最大限度地减少主要隔热层前的内部间隙,并在此过程中确定真空处理对部分稳定杆辐射的影响。 使用HP和VPR稳定杆在标称应力下测量局部辐射,如图所示,HP钢筋的局部位置大于VPR钢筋的局部位置值表明,对于相同的绝缘结构,VPR过程可以显着降低局部放电的发展,因为它增加了真空干燥和凝固液压方法。

2.2表面放电

根据表面放电的PRPD图可知,表面放电的负脉冲幅值较低,正脉冲幅值较高,具有十分明显的极性效应。当高压电极为正极性的时候,表面电晕在正极性附近积聚起正的空间电荷,电子崩头部的电子到达正极后直接被高压电极吸收,因此削弱了高压极附近的电场,但加强了整体的空间电场,使得强场区向负极(接地极)推进,从而有利于流注的发展,使得正极性下脉冲幅值较高。当高压电极为负极性的时候,电子崩头部电子向外发展,流向高电位极(接地极),而正离子被留在高压端负极,加剧了负极的电场畸变,虽然更容易发生电晕放电,但其在整体上削弱了电场,使得流注不易往外发展,使得负极性下脉冲幅值较低。3.2.2内部放电对于固体内部的气隙放电,其无明显极性效应的成因,与气隙内部的电场强度和外部电极的电场强度有关。当高压电极处于工频正半周初期时,绝缘内部的气体分子在外界条件的诱发下发生电离过程,形成正离子、负离子和自由电子,因而在绝缘气隙内部形成了含有带电粒子的环境,并且负离子移动到正极下方的气隙表面,正离子移动到负极下方的气隙表面,形成气隙内部电场Eg,与外部电场E0方向相反。

2.3电晕故障处理

在仔细检查发动机电动机线杆的各个部位后,出现了一系列低电阻Halo-Anti层损坏和脱落的情况,因此专门为Halo-Anti-Layer处理程序开发了发动机Halo放电范围,以便在故障点修复Halo-Anti-Layer。对现有的电晕故障点进行单独识别和标记,然后用棉白布仔细清洗,使故障点周围有油污和损坏的电晕层,用1000张目标纸慢慢磨损电晕层和损坏部位,并将处理扩大15mm的损伤范围,将周围的白灰色磁漆磨损,直至显示灰色电晕层;然后用白色棉签丙酮清洁磨削区域,并用小刷子均匀地装饰磨削面积3次,强度低。该理论要求每次间隔8h以上,但通过施工阶段和施工环境,为进一步提高效率和保证施工质量,采用干燥器进行涂料表面干燥,使实际涂料间隔缩短至3.5h。涂覆3次后,保持空气干燥5小时,然后将低阻抗抗带包裹在其表面上。

2.4槽部放电

为了防止制造泄漏,在主绝缘层上建立低电阻层,通常低电阻层和主绝缘层会产生良好的电接触。测试时,新的接线柱可能会抑制和移除底座(例如,粘土层周围的套管),槽中断是由于电磁振动造成的,导致低电阻层在表面的一端是铁芯,其他部分则是绝缘的。如果金属表面的一端为负数,则整个金属表面都会参与电子释放,因为在极性改变时,其大小相同,也就是说,当空气间隙的绝缘端为负数时,绝缘表面会被卷入电子释放,从而释放出较少的电子,因此在正极性或负极性中表示的发射非常不均匀。

结束语

对于固体绝缘表面放电,其频谱特征峰的峰值频率约在2~3MHz之间。对于固体绝缘内部放电,其频谱特征峰的峰值频率在10~30MHz之间。固体绝缘表面的放电具有较大的正脉冲幅值,负脉冲幅值相对较小。固体内部气隙的放电的正负脉冲幅值均较大,且放电分布较为类似。在固体表面放电后期,0°和180°相角附近没有明显的脉冲。而在固体内部气隙放电后期,根据不同气隙大小分为两种:在较小气隙下0°和180°附近没有明显的脉冲,在较大气隙下0°和180°具有明显的脉冲。

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