高壓電機定子線棒和定子繞組電暈紫外成像測試影響因素的研究

何明鵬，梁智明，胡 波，張小俊，黃紹波，黃 澤

?

高壓電機定子線棒和定子繞組電暈紫外成像測試影響因素的研究

何明鵬，梁智明，胡 波，張小俊，黃紹波，黃 澤

（東方電氣集團東方電機有限公司，四川 德陽 618000）

為了掌握高壓電機定子線棒和定子繞組電暈紫外成像測試技術(shù)，量化評估定子線棒和定子繞組的防暈水平，對定子線棒和繞組電暈紫外成像測試的影響因素進行了探討。結(jié)果表明：紫外成像測試設(shè)備的增益和計數(shù)框大小的設(shè)置、測試距離、試驗溫度以及對紫外成像設(shè)備標定的影響因素等均影響測試結(jié)果。

定子線棒；定子繞組；電暈；紫外成像；測試，影響因素

0 前言

隨著電機制造技術(shù)的發(fā)展和我公司產(chǎn)品國際化進程的加快，用戶對定子線棒端部電暈水平提出了更高的要求；業(yè)內(nèi)也逐漸形成了多個電機定子線棒及繞組紫外電暈檢測的相關(guān)標準[1-3]。國外用戶則要求使用檢測波長小于300nm的紫外成像儀對定子線棒和繞組端部電暈進行檢測和評估。

多年來，行業(yè)內(nèi)主要通過目測法對高壓電機定子線棒和繞組端部進行電暈測試，該方法受到觀察距離、觀察人員、觀察角度等因素影響，具有明顯的局限性。紫外電暈成像測試技術(shù)是近年來逐漸發(fā)展的一項電暈檢測技術(shù)，通過測試暈光中紫外光子數(shù)，對電暈水平進行定量分析，同時還具有簡單高效、定位準確等優(yōu)點[4-5]。目前，國外部分國家已將紫外成像技術(shù)用于輸變電行業(yè)，包括發(fā)電機、電動機、輸電線路設(shè)備等的缺陷與故障的檢測上。

近年來，我國一些研究單位和電廠也相繼開展了這方面的應用工作，并取得了一定成效。但國內(nèi)發(fā)電設(shè)備制造企業(yè)的推廣使用尚未見有相關(guān)報道。目前涉及的紫外成像電暈檢測的國際標準、國內(nèi)標準主要為IEEE Std 1799-2012和DL/T 298-2011[6]，本文參考這兩個標準規(guī)定的試驗方法，對電暈紫外成像測試的影響因素進行研究,為建立高壓電機定子線棒和繞組端部電暈紫外成像測試方法和紫外成像電暈水平的量化評估標準奠定基礎(chǔ)。為高壓電機定子線棒和定子繞組電暈紫外成像測試的推廣應用提供一定理論依據(jù)。

1 電暈理論及紫外成像測試技術(shù)原理

1.1 電暈理論

電暈是指帶電體表面的氣體或液體介質(zhì)中出現(xiàn)許多局部的電離和激發(fā)過程，但電極之間并不擊穿或?qū)ǘ霈F(xiàn)的自持放電現(xiàn)象，常發(fā)生在不均勻電場中電場強度很高的區(qū)域內(nèi)[7]。表面電暈是在絕緣較差或局部電場過于集中的絕緣表面，因氣體電離出現(xiàn)的局部放電；表面電暈通常伴隨發(fā)光和噪聲。如果電暈發(fā)生在有氧的場合，則通常伴有光、熱、噪聲等現(xiàn)象。對于在高壓下的單支發(fā)電機定子線棒電暈主要集中在定子線棒的高阻部位以及高低阻搭接的部位。

1.2 紫外成像測試技術(shù)原理

當發(fā)生電暈時，其周圍空氣將發(fā)生電離，在電離的過程中，空氣分子中的電子不斷從電場中獲得能量，當電子從激勵態(tài)軌道返回原來的穩(wěn)態(tài)電子能軌道時，就會以電暈、火花放電等形式釋放能量；此時會輻射出含有紫外成分的光波。紫外成像技術(shù)就是利用這個原理，使用特殊儀器接受電暈放電產(chǎn)生的信號，經(jīng)處理后成像并與可見光圖像疊加，達到確定電暈的位置和強度的目的。紫外線的波長范圍是40nm～400nm，太陽光中也含有紫外線，但由于地球上的臭氧層吸收了部分波長的分量，實際上輻射到地面上的太陽紫外光譜都在300nm以上，低于300nm的波長區(qū)域稱為太陽盲區(qū)。人們利用這一特點，研究出日盲型紫外檢測儀，該儀器的工作波段在240nm～280nm之間，可以在陽光和照明條件（除強紫外輻射的燈）進行檢測工作[8]。

2 電暈紫外成像測試影響因素研究

通過分析電暈紫外成像測試方法，影響其測試結(jié)果的主要因素有增益、計數(shù)框、測試距離、試驗溫度、紫外成像設(shè)備的標定。選取不同額定電壓的定子線棒作為試樣，采用紫外成像測試設(shè)備進行相關(guān)影響因素對測試結(jié)果的影響研究。

2.1 增益的影響

改變增益（其它因素不變），從不同角度分別對試樣進行測試，取最大的光子數(shù)作為測試結(jié)果。

不同增益下10.5kV的試樣的測試結(jié)果見表1及圖1。

表1 10.5kV試樣不同增益下紫外成像測試結(jié)果

圖1 10.5kV試樣不同增益下紫外光子數(shù)曲線

不同增益下18kV試樣的測試結(jié)果見表2和圖2。

表2 18kV試樣不同增益下紫外成像測試結(jié)果

圖2 18kV試樣不同增益下紫外光子數(shù)曲線

從表1、表2、圖1和圖2可以看出：增益越大，所測得的光子數(shù)越多。

2.2 測試距離的影響

改變測試距離（其它因素不變），從不同角度分別對試樣進行測試，取最大的光子數(shù)作為測試結(jié)果。

不同測試距離下10.5kV的試樣的測試結(jié)果見表3和圖3。

表3 10.5kV試樣不同測試距離下紫外成像測試結(jié)果

圖3 10.5kV試樣不同測試距離下紫外光子數(shù)曲線

不同測試距離下18kV的試樣的測試結(jié)果見表4和圖4。

表4 18kV試樣不同測試距離下紫外成像測試結(jié)果

圖4 18kV試樣不同測試距離下紫外光子數(shù)曲線

從表3、表4、圖3和圖4可以看出：測試距離越遠，測試的光子數(shù)越少。

2.3 計數(shù)框大小的影響

改變計數(shù)框大?。ㄆ渌蛩夭蛔儯?，從不同角度分別對試樣進行測試，取最大的光子數(shù)作為測試結(jié)果。

不同計數(shù)框下10.5kV試樣的測試結(jié)果見表1、表3、圖1和圖3；18kV試樣的測試結(jié)果見表5和圖5。

表5 18kV試樣不同計數(shù)框下紫外成像測試結(jié)果

圖5 18kV試樣不同計數(shù)框下紫外光子數(shù)曲線

從表1、表3、表5和圖1、圖3、圖5可以看出，計數(shù)框越大，檢測到的光子數(shù)越多，但是如果電暈相對較集中，那么計數(shù)框的大小對測試結(jié)果的影響不大，反之則有一定影響。

2.4 試驗溫度的影響

改變試驗溫度（其它因素不變），從不同角度分別對試樣進行測試，取最大的光子數(shù)作為測試結(jié)果。

不同試驗溫度下10.5kV試樣的測試結(jié)果見表6和圖6。

表6 10.5kV試樣不同試驗溫度下紫外成像測試結(jié)果

圖6 10.5kV試樣不同試驗溫度下紫外光子數(shù)曲線

從表6和圖6可以看出：試驗溫度越高，測試的光子數(shù)越多。超過100℃，光子數(shù)增加更明顯。

2.5 紫外成像設(shè)備標定的影響

按DL/T 298附錄A中試驗方法結(jié)合局部放電測試對紫外成像設(shè)備進行標定[9]。試驗樣品為額定電壓18kV的定子線棒；滿量程光子數(shù)為32760。

2.5.1 電極（銅絲）松緊程度對標定結(jié)果的影響

采用一定直徑的銅絲，增益為100%，按DL/T 298中A.1圖接線方法，在距離絕緣末端100mm的位置綁扎松緊程度不同的銅絲后接地，對標定結(jié)果進行對比。標定結(jié)果見表7、圖7和圖8。

表7 粗銅絲服帖程度不同標定測試結(jié)果

由表7可以看出：電極越松，電極與線棒表面的小氣隙越多，越容易發(fā)生局部放電，在試驗電壓較低時局放量便達到1500 pC，對應的紫外光子數(shù)相對較少。

圖7 B41緊銅絲紫外測試圖

圖8 B41松銅絲紫外測試圖

2.5.2 電極（銅絲）粗細對標定結(jié)果的影響

采用直徑不同的銅絲，按DL/T 298中A.1圖接線方法，在距離絕緣末端100mm的位置緊綁銅絲后接地，對標定結(jié)果進行對比。標定結(jié)果見表8。

表8 粗細銅絲不同標定測試結(jié)果

由表8可以看出：細銅絲相對粗銅絲在較高的試驗電壓下產(chǎn)生1500pC局部放電量，對應的光子數(shù)更多。

2.5.3 電極（銅絲）位置對標定結(jié)果的影響

采用直徑不同的銅絲，按DL/T 298中A.1圖接線方法，在距離絕緣末端100mm和80mm的位置綁銅絲后接地，對標定結(jié)果進行對比。標定增益為100%，標定結(jié)果見表9。

表9 銅絲綁定位置不同標定測試結(jié)果

由表9可以看出：標定位置為80mm時，無論粗細銅絲都將在較低的試驗電壓下產(chǎn)生1500 pC的局部放電量，對應的紫外光子數(shù)也更少。

綜上所述，標定方法對標定結(jié)果影響較大，將直接影響電暈紫外成像測試結(jié)果。

3 結(jié)論

紫外成像測試設(shè)備的增益和計數(shù)框大小的設(shè)置、測試距離、試驗溫度以及對紫外成像設(shè)備標定的影響因素等均影響測試結(jié)果。

（1）增益和計數(shù)框設(shè)置越大，在相同的試驗電壓下所測得的光子數(shù)越多。

（2）測試距離越遠，在相同的試驗電壓下所測得的光子數(shù)越少。

（3）試驗溫度越高，在相同的試驗電壓下所測得的光子數(shù)越多。

（4）影響紫外成像設(shè)備標定的因素如電極的松緊程度、電極的直徑、電極的位置等都將影響測試結(jié)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, 發(fā)電機定子繞組端部電暈檢測與評定導[S]. 國家能源局, 2011, 07.

[3] DL/T 345-2010, 帶電設(shè)備紫外診斷技術(shù)應用導則[S]. 國家能源局, 2011, 01.

[4] 王柯, 廖永力,等. 紫外脈沖計數(shù)法測量直流電暈起始及熄滅電壓[J]. 高電壓技術(shù), 2010, 36(4):862-868.

[5] 韓磊, 陳梁,等. 紫外與紅外技術(shù)在發(fā)電機電暈檢查方面的應用[J]. 發(fā)電設(shè)備, 2011, 25(1):63-67.

[6] 高健, 苗興,等. 基于紫外成像技術(shù)的電暈放電檢測方法探討[J]. 電力科技與環(huán)保, 2013, 29(4):18-20.

[7] 張海峰, 龐其昌, 陳秀春. 高壓電暈放電特征及其檢測[J]. 電測與儀表, 2006, 43(2):6-8.

[8] 何勇, 白潔. 發(fā)電機定子端部紫外電暈檢測技術(shù)的研究與應用[J]. 發(fā)電技術(shù), 2012(11):293-295.

[9] 潘延明, 陳陽. 大型發(fā)電機定子線圈絕緣結(jié)構(gòu)試驗研究[J]. 大電機技術(shù), 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

何明鵬（1983-），2010年畢業(yè)于哈爾濱理工大學材料學專業(yè)，碩士，研究方向為電機絕緣技術(shù)，工程師。