脈沖方波頻率對局部放電特性的影響及機(jī)理分析

摘要： 為探討脈沖方波電壓頻率對局部放電特性的影響，基于超高頻（UHF）檢測方法和IEEE 488.2傳輸協(xié)議，構(gòu)建了寬頻、高速數(shù)據(jù)采集局部放電測試系統(tǒng).利用該系統(tǒng)，研究了變頻電機(jī)耐電暈漆包線的局部放電脈沖幅值、相位和時頻特性.研究結(jié)果表明：頻率200 Hz以上的高頻脈沖電壓使空間電荷擴(kuò)散效應(yīng)減小，增大了局部放電初始電子產(chǎn)生的概率，使得局部放電瞬時電壓降低，出現(xiàn)幅值小于200 mV的局部放電脈沖.在高頻脈沖電壓下，當(dāng)局部放電發(fā)生在電壓上升時段時，快速變化的電壓幅值將改變局部放電特性，使得局部放電脈沖在1～2 GHz高頻能量的比重增大.因此，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)檢測變頻電機(jī)局部放電時，為易于激發(fā)絕緣薄弱點(diǎn)處局部放電，宜采用頻率低于200 Hz的低頻脈沖方波電壓，且局部放電超高頻傳感器在1.2 GHz及以上頻率處應(yīng)具有較好的增益特性，并采用500 MHz的高通濾波器，以提高測試系統(tǒng)的信噪比.

關(guān)鍵詞： 變頻電機(jī)；局部放電；脈沖方波電壓；超高頻；時頻分析；數(shù)據(jù)采集

中圖分類號： TM344.6文獻(xiàn)標(biāo)志碼： AInfluence of Frequency of Impulsive Square Wave Voltage on

可見，在快速上升的脈沖電壓下，放電發(fā)生在脈沖上升時間時，放電過程中的電壓變化會改變局部放電脈沖特性[1012]，這可能是導(dǎo)致局部放電高頻能量成分增加的原因.4測試電源頻率選取及傳感器設(shè)計基于以上試驗(yàn)結(jié)果及機(jī)理分析，在較高頻率的脈沖電壓下，由于初始電子更易產(chǎn)生，導(dǎo)致放電延遲減小，局部放電脈沖距離電源干擾脈沖（脈沖方波電源逆變產(chǎn)生的干擾[4，9]）時間間隔較短（見圖2（b）），因此可能導(dǎo)致電源干擾和局部放電脈沖的疊加.此時如果不采取合適的濾波策略，局部放電信號將被淹沒在電源干擾中，給放電測試帶來一定困難.

值得指出的是，當(dāng)脈沖頻率繼續(xù)增加時，電壓極性翻轉(zhuǎn)后放電處電壓雖超過了起始放電電壓，但在下次電壓極性反轉(zhuǎn)時可能沒有初始電子產(chǎn)生，此時局部放電就不會在每個周期出現(xiàn)，需要更高的外部激發(fā)電壓以增大初始電子產(chǎn)生概率，因此，在實(shí)際測試中可能得到比低頻脈沖電壓偏小的PDIV和RPDIV測試結(jié)果.

由于高電源頻率導(dǎo)致局部放電高頻能量增加，且電源干擾和局部放電時間間隔減小，為提高信噪比，必須設(shè)計高頻響應(yīng)較好的超高頻傳感器，配合后端高通濾波器，才能提取到局部放電，從而得到較為準(zhǔn)確的PDIV和RPDIV測試結(jié)果.

綜上所述，在變頻電機(jī)局部放電檢測中，為確保局部放電初始電子產(chǎn)生，激發(fā)絕緣缺陷或薄弱點(diǎn)的局部放電，應(yīng)優(yōu)先考慮采用低頻（如<200 Hz）脈沖電壓，以促使相對高幅值的局部放電發(fā)生在脈沖電源干擾之后，從而提高測試靈敏度.在進(jìn)行較高頻率下的局部放電測試時，應(yīng)提高超高頻傳感器的高頻響應(yīng)性能，從而有效提取出局部放電脈沖.5結(jié)論通過所設(shè)計的檢測系統(tǒng)及對不同頻率下的單點(diǎn)接觸試樣局部放電測試，可得到以下結(jié)論：

（1） 根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行變頻電機(jī)的局部放電測試時，應(yīng)根據(jù)電源干擾脈沖和局部放電的頻域能量特性，選取合適超高頻傳感器和濾波方案，從而提高信噪比.本研究中，局部放電能量主要集中在1.2 GHz處，采用500 MHz高通濾波器可有效抑制陡脈沖電源下的干擾.

（2） 脈沖電源頻率對放電相位和幅值具有較大影響，高頻下初始電子產(chǎn)生概率的增加使得放電延遲減小并導(dǎo)致放電時的瞬時激發(fā)電壓降低，促使較低幅值的局部放電脈沖產(chǎn)生.

（3） 在脈沖電壓下的變頻電機(jī)局部放電檢測中，為確保激發(fā)絕緣缺陷或薄弱點(diǎn)的局部放電，應(yīng)優(yōu)先考慮采用較低頻率的脈沖電壓.

當(dāng)在高頻電壓下測試時，應(yīng)提高超高頻傳感器的高頻（>1.2 GHz）響應(yīng)性能，并結(jié)合高通濾波模塊，才可有效從強(qiáng)電源干擾中提取局部放電信號.

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（中文編輯：唐晴英文編輯：付國彬）刪a.表明，高頻下局部放電延遲時間縮短，使得局部放電激發(fā)電壓降低，從而產(chǎn)生低幅值的局部放電脈沖.通過不同頻率下局部放電頻域分析，發(fā)現(xiàn)高頻電壓下的局部放電在高頻范圍內(nèi)（1.6 GHz）具有較高能量成分周凱，吳廣寧，何景彥，等. 脈沖電壓下局部放電信號的提取和統(tǒng)計[J]. 西南交通大學(xué)學(xué)報，2008，43（03）： 320325.

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