高壓防爆電機局部放電在線監測技術

王鑫鐸

摘要：高壓電機在極易發生燃燒以及爆炸等危險的環境中開展工作，對在線的某一部分放電實施監測會很困難，所以，對這種高壓電力裝置的某一部分放電在線監測，展開了理論與試驗方面的探究。

關鍵詞：高壓防爆;電機局部放電;在線監測;技術

引言

局部放電（簡稱局放，partialdischarge，PD）是造成電力設備絕緣裂化的一個重要因素。作為判斷設備絕緣裂化程度及其變化趨勢的一個重要手段，電力設備局放在線檢測越來越被廣大的設備用戶及電力運營商所重視。高壓旋轉電機的局放檢測開始于19世紀50年代，是離線檢測方式，檢測時需外加高壓電源，所用傳感器為高壓耦合電容（highvoltagecouplercapacitor，HVCC）或Rokowski線圈。電機局放在線檢測是國內外近十幾年發展起來的新技術，其檢測方法主要有使用高頻電流互感器（highfre-quencycurrenttransformer，HFCT）或射頻傳感器（radiofrequencycurrenttransformer，RFCT）的射頻電流法，使用HVCC為傳感器的電容耦合法，槽傳感器法（statorslotcoupler，SSC），以及近期由S.Savin等人提出的高頻磁場偶合法（highfrequencymagneticfieldcoupling，HFMFC）。后兩種方法需要定子槽中有傳感器，對沒有預埋傳感器的電機不能使用。在信號采集與處理方面，與高壓電機和其它高壓設備局放在線檢測一樣，主要集中在抗擾及信號去噪技術方面的研究及開發，近些年也取得了很大進展，使局放在線檢測準確性有了實質性的提高。

1開關柜主要缺陷及放電類型

開關柜主要的故障類型有機構等機械原因引起的拒動故障、開斷與關合故障、二次控制回路原因引起的誤動故障、接觸不良或插件偏心原因引起的載流故障、制造設計缺陷或爬電閃絡等引起的絕緣故障以及外力或其他故障。局部放電現象是指在開關柜絕緣系統中，由于電場強度差異造成開關柜電某一區域電場強度達到擊穿場強時，該區域發生放電現象，同時在放電過程中，施加電壓的兩個導體沒有貫穿整個放電過程，也就是說放電現象并未擊穿開關柜絕緣系統，就被稱為局部放電現象。局部放電的類型和產生原因具有多樣性，常見的類型和主要產生原因有：①尖端放電。金屬部件加工的毛刺，殼體內部的金屬異物。②懸浮放電。主要包括松動部件的懸浮電位放電，非移動金屬顆粒和設備部件之間的放電。③內部放電。絕緣件內部空隙、異物和裂縫等。④沿面放電。絕緣件表面污穢、受潮和凝露引起的放電等。

2高壓防爆電機局部放電在線監測技術

2.1干擾信號的抑制

高壓電氣設備發生局部放電時，往往伴隨有噪聲干擾，加之一些其他不確定因素，很容易對在線監測系統的監測效果產生影響。所以，在局部放電在線監測系統對高壓設備運行狀態進行實時監測時，為防止干擾信號和噪聲對監測效果產生影響，就需要采取必要的干擾信號與噪聲抑制措施。一般情況下，高壓設備局部放電干擾信號的來源主要有變頻設備、逆變設備、整流設備，整個電網中的全部變壓器，較大型單相電力電子裝置，高新技術中的元器件等。這些設備、裝置和元器件在高壓設備實際運行過程中都有可能發生局部放電，產生諧波電壓電流等干擾信號，進而對傳感器與線路工作性能產生干擾，加快電氣設備絕緣層老化，增加電力設備損耗，降低設備運行效率，縮短設備使用壽命。除了諧波電流這一干擾信號外，還有電磁輻射干擾、電源干擾等一些其他類型的干擾信號。要想有效防止干擾信號對高壓設備強電局部放電在線監測的干擾，首先就需要對干擾信號的類型進行區別，然后在此基礎上制定有針對性的抑制措施。目前，較為有效的一種抑制方法就是提高試驗人員對局部放電干擾信號波形及其之間的區別能力，并相對全面準確的掌握高壓設備局部放電的特征與電壓電流和時間規律等有關內容，尤其是局部放電的電壓相位特征和電氣設備局部放電效應。局部放電電壓相位特征是指造成高壓設備局部放電電荷的趨向性。通常而言，許多高壓設備絕緣層發生局部放電時，放電電壓的相位與零位都具有一定的特征，而許多局部放電在線監測系統就是利用這一特征來實現對高壓設備局部放電位置的監測與定位。

2.2局部放電波形辨識

100kHz～20MHz頻段的傳感器對傳輸一定距離后的局放脈沖有較高的靈敏度，但這一頻段也正是IEC61566定義的無線電通訊及某些電磁試驗設備的工作頻率，這些設備工作時發出的電磁波會以某種方式耦合到電動機供電電纜的屏蔽層甚至芯線上產生感應脈沖電流，該感應電流沿電纜傳播，對局放信號產生很大的干擾。因此，遠距離局放檢測必須要有較強的信號去噪及辨識能力。常用的去噪技術在這方面可以發揮一定作用，但具體工程算法上要注意在每個工作段內的響應頻率范圍。波形辨識是指根據測得波形的形狀、位置及對稱性等參數來判斷其是否為局放脈沖。這些參數是局放信號區別于干擾信號的重要特征。遠距離局放檢測技術中根據波形來判斷局放信號非常復雜。由于電纜對局放脈沖的衰減作用，常使得測量點處局放脈沖的上升沿變得很緩，脈寬拉長，這使得按常用的依據典型脈沖上升沿、下降沿及脈寬三要素來判定局放做法變得不準確。很明顯，兩個波形上升沿及脈寬有很大的差別。而且不同長度段上的局放波形參數均不相同，因而根據形狀判斷局放非常難度。目前有研究者試圖建立不同長度段上的局放標準波形庫，但不同結構及不同絕緣方式的電纜對同一局放脈沖在同樣長度段上的衰減都不盡相同，通過理論方法計算的準確性及應用的可行性均很有限。

2.3超高頻（UHF）檢測法

超高頻檢測法通過超高頻天線傳感器接收超高頻電磁波信號，通過開關柜超高頻電磁波信號對局部放電進行檢測和識別，作為非接觸式檢測方法，超高頻檢測法具有靈敏度高、抗干擾能力強等諸多優勢。

結語

（1）某一部分放電脈沖產生的電流，順著電機進行供電的電纜進行船舶的過程中，必然會出現衰減的問題，而其最終的程度大小，是由電纜的長度還有它的型號進行決定的。對于衰減的指數，能夠經過開展實驗的方法，對其實施最后標準數值的確定。（2）長距離對某一部分放電進行測量的這個實驗，對它的長度大小發揮決定性作用的，是電纜部分的構造，另外就是電纜自身進行絕緣的方法，在大多數情況下，衰減的指數在最后標定的脈沖的電壓是1V/1μs，要超過30%。對于聚氯乙烯材質的電纜而言，與之進行對應的長度應該在1km左右;對于XLPE材質的電纜而言，與之進行對應的長度應該在1.5km左右。（3）長距離對某一部分放電進行測量過程中，使用的HFCT型號的傳感器，需要具備相對偏寬的頻響面積，在進行實際設計的過程中，需要確保它的最大頻率不能小于30MHz。若是使用在電纜部位的芯線當中，同時要注意，它的飽和電流，不能比需要進行測量的線路的額定電流小。從上文中能夠了解到，以容易發生燃燒還有爆炸等這類極度危險的工作環境為前提，對高壓狀態下的電動機實施某一部分放電，能夠經過對其進行電力能源供給的電纜，在地處遠方相對安全的環境中，對開關柜的位置實施把控，依次開展在線監測這項活動。

參考文獻

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