高壓防爆電機(jī)局部放電在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

王鑫鐸

摘要：高壓電機(jī)在極易發(fā)生燃燒以及爆炸等危險(xiǎn)的環(huán)境中開(kāi)展工作，對(duì)在線的某一部分放電實(shí)施監(jiān)測(cè)會(huì)很困難，所以，對(duì)這種高壓電力裝置的某一部分放電在線監(jiān)測(cè)，展開(kāi)了理論與試驗(yàn)方面的探究。

關(guān)鍵詞：高壓防爆;電機(jī)局部放電;在線監(jiān)測(cè);技術(shù)

引言

局部放電（簡(jiǎn)稱(chēng)局放，partialdischarge，PD）是造成電力設(shè)備絕緣裂化的一個(gè)重要因素。作為判斷設(shè)備絕緣裂化程度及其變化趨勢(shì)的一個(gè)重要手段，電力設(shè)備局放在線檢測(cè)越來(lái)越被廣大的設(shè)備用戶(hù)及電力運(yùn)營(yíng)商所重視。高壓旋轉(zhuǎn)電機(jī)的局放檢測(cè)開(kāi)始于19世紀(jì)50年代，是離線檢測(cè)方式，檢測(cè)時(shí)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(jī)局放在線檢測(cè)是國(guó)內(nèi)外近十幾年發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，其檢測(cè)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(chǎng)偶合法（highfrequencymagneticfieldcoupling，HFMFC）。后兩種方法需要定子槽中有傳感器，對(duì)沒(méi)有預(yù)埋傳感器的電機(jī)不能使用。在信號(hào)采集與處理方面，與高壓電機(jī)和其它高壓設(shè)備局放在線檢測(cè)一樣，主要集中在抗擾及信號(hào)去噪技術(shù)方面的研究及開(kāi)發(fā)，近些年也取得了很大進(jìn)展，使局放在線檢測(cè)準(zhǔn)確性有了實(shí)質(zhì)性的提高。

1開(kāi)關(guān)柜主要缺陷及放電類(lèi)型

開(kāi)關(guān)柜主要的故障類(lèi)型有機(jī)構(gòu)等機(jī)械原因引起的拒動(dòng)故障、開(kāi)斷與關(guān)合故障、二次控制回路原因引起的誤動(dòng)故障、接觸不良或插件偏心原因引起的載流故障、制造設(shè)計(jì)缺陷或爬電閃絡(luò)等引起的絕緣故障以及外力或其他故障。局部放電現(xiàn)象是指在開(kāi)關(guān)柜絕緣系統(tǒng)中，由于電場(chǎng)強(qiáng)度差異造成開(kāi)關(guān)柜電某一區(qū)域電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，該區(qū)域發(fā)生放電現(xiàn)象，同時(shí)在放電過(guò)程中，施加電壓的兩個(gè)導(dǎo)體沒(méi)有貫穿整個(gè)放電過(guò)程，也就是說(shuō)放電現(xiàn)象并未擊穿開(kāi)關(guān)柜絕緣系統(tǒng)，就被稱(chēng)為局部放電現(xiàn)象。局部放電的類(lèi)型和產(chǎn)生原因具有多樣性，常見(jiàn)的類(lèi)型和主要產(chǎn)生原因有：①尖端放電。金屬部件加工的毛刺，殼體內(nèi)部的金屬異物。②懸浮放電。主要包括松動(dòng)部件的懸浮電位放電，非移動(dòng)金屬顆粒和設(shè)備部件之間的放電。③內(nèi)部放電。絕緣件內(nèi)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(jī)局部放電在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

2.1干擾信號(hào)的抑制

高壓電氣設(shè)備發(fā)生局部放電時(shí)，往往伴隨有噪聲干擾，加之一些其他不確定因素，很容易對(duì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)效果產(chǎn)生影響。所以，在局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)高壓設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)時(shí)，為防止干擾信號(hào)和噪聲對(duì)監(jiān)測(cè)效果產(chǎn)生影響，就需要采取必要的干擾信號(hào)與噪聲抑制措施。一般情況下，高壓設(shè)備局部放電干擾信號(hào)的來(lái)源主要有變頻設(shè)備、逆變?cè)O(shè)備、整流設(shè)備，整個(gè)電網(wǎng)中的全部變壓器，較大型單相電力電子裝置，高新技術(shù)中的元器件等。這些設(shè)備、裝置和元器件在高壓設(shè)備實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中都有可能發(fā)生局部放電，產(chǎn)生諧波電壓電流等干擾信號(hào)，進(jìn)而對(duì)傳感器與線路工作性能產(chǎn)生干擾，加快電氣設(shè)備絕緣層老化，增加電力設(shè)備損耗，降低設(shè)備運(yùn)行效率，縮短設(shè)備使用壽命。除了諧波電流這一干擾信號(hào)外，還有電磁輻射干擾、電源干擾等一些其他類(lèi)型的干擾信號(hào)。要想有效防止干擾信號(hào)對(duì)高壓設(shè)備強(qiáng)電局部放電在線監(jiān)測(cè)的干擾，首先就需要對(duì)干擾信號(hào)的類(lèi)型進(jìn)行區(qū)別，然后在此基礎(chǔ)上制定有針對(duì)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(yàn)人員對(duì)局部放電干擾信號(hào)波形及其之間的區(qū)別能力，并相對(duì)全面準(zhǔn)確的掌握高壓設(shè)備局部放電的特征與電壓電流和時(shí)間規(guī)律等有關(guān)內(nèi)容，尤其是局部放電的電壓相位特征和電氣設(shè)備局部放電效應(yīng)。局部放電電壓相位特征是指造成高壓設(shè)備局部放電電荷的趨向性。通常而言，許多高壓設(shè)備絕緣層發(fā)生局部放電時(shí)，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(jiān)測(cè)系統(tǒng)就是利用這一特征來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓設(shè)備局部放電位置的監(jiān)測(cè)與定位。

2.2局部放電波形辨識(shí)

100kHz～20MHz頻段的傳感器對(duì)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(wú)線電通訊及某些電磁試驗(yàn)設(shè)備的工作頻率，這些設(shè)備工作時(shí)發(fā)出的電磁波會(huì)以某種方式耦合到電動(dòng)機(jī)供電電纜的屏蔽層甚至芯線上產(chǎn)生感應(yīng)脈沖電流，該感應(yīng)電流沿電纜傳播，對(duì)局放信號(hào)產(chǎn)生很大的干擾。因此，遠(yuǎn)距離局放檢測(cè)必須要有較強(qiáng)的信號(hào)去噪及辨識(shí)能力。常用的去噪技術(shù)在這方面可以發(fā)揮一定作用，但具體工程算法上要注意在每個(gè)工作段內(nèi)的響應(yīng)頻率范圍。波形辨識(shí)是指根據(jù)測(cè)得波形的形狀、位置及對(duì)稱(chēng)性等參數(shù)來(lái)判斷其是否為局放脈沖。這些參數(shù)是局放信號(hào)區(qū)別于干擾信號(hào)的重要特征。遠(yuǎn)距離局放檢測(cè)技術(shù)中根據(jù)波形來(lái)判斷局放信號(hào)非常復(fù)雜。由于電纜對(duì)局放脈沖的衰減作用，常使得測(cè)量點(diǎn)處局放脈沖的上升沿變得很緩，脈寬拉長(zhǎng)，這使得按常用的依據(jù)典型脈沖上升沿、下降沿及脈寬三要素來(lái)判定局放做法變得不準(zhǔn)確。很明顯，兩個(gè)波形上升沿及脈寬有很大的差別。而且不同長(zhǎng)度段上的局放波形參數(shù)均不相同，因而根據(jù)形狀判斷局放非常難度。目前有研究者試圖建立不同長(zhǎng)度段上的局放標(biāo)準(zhǔn)波形庫(kù)，但不同結(jié)構(gòu)及不同絕緣方式的電纜對(duì)同一局放脈沖在同樣長(zhǎng)度段上的衰減都不盡相同，通過(guò)理論方法計(jì)算的準(zhǔn)確性及應(yīng)用的可行性均很有限。

2.3超高頻（UHF）檢測(cè)法

超高頻檢測(cè)法通過(guò)超高頻天線傳感器接收超高頻電磁波信號(hào)，通過(guò)開(kāi)關(guān)柜超高頻電磁波信號(hào)對(duì)局部放電進(jìn)行檢測(cè)和識(shí)別，作為非接觸式檢測(cè)方法，超高頻檢測(cè)法具有靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)勢(shì)。

結(jié)語(yǔ)

（1）某一部分放電脈沖產(chǎn)生的電流，順著電機(jī)進(jìn)行供電的電纜進(jìn)行船舶的過(guò)程中，必然會(huì)出現(xiàn)衰減的問(wèn)題，而其最終的程度大小，是由電纜的長(zhǎng)度還有它的型號(hào)進(jìn)行決定的。對(duì)于衰減的指數(shù)，能夠經(jīng)過(guò)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的方法，對(duì)其實(shí)施最后標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值的確定。（2）長(zhǎng)距離對(duì)某一部分放電進(jìn)行測(cè)量的這個(gè)實(shí)驗(yàn)，對(duì)它的長(zhǎng)度大小發(fā)揮決定性作用的，是電纜部分的構(gòu)造，另外就是電纜自身進(jìn)行絕緣的方法，在大多數(shù)情況下，衰減的指數(shù)在最后標(biāo)定的脈沖的電壓是1V/1μs，要超過(guò)30%。對(duì)于聚氯乙烯材質(zhì)的電纜而言，與之進(jìn)行對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度應(yīng)該在1km左右;對(duì)于XLPE材質(zhì)的電纜而言，與之進(jìn)行對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度應(yīng)該在1.5km左右。（3）長(zhǎng)距離對(duì)某一部分放電進(jìn)行測(cè)量過(guò)程中，使用的HFCT型號(hào)的傳感器，需要具備相對(duì)偏寬的頻響面積，在進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)的過(guò)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(dāng)中，同時(shí)要注意，它的飽和電流，不能比需要進(jìn)行測(cè)量的線路的額定電流小。從上文中能夠了解到，以容易發(fā)生燃燒還有爆炸等這類(lèi)極度危險(xiǎn)的工作環(huán)境為前提，對(duì)高壓狀態(tài)下的電動(dòng)機(jī)實(shí)施某一部分放電，能夠經(jīng)過(guò)對(duì)其進(jìn)行電力能源供給的電纜，在地處遠(yuǎn)方相對(duì)安全的環(huán)境中，對(duì)開(kāi)關(guān)柜的位置實(shí)施把控，依次開(kāi)展在線監(jiān)測(cè)這項(xiàng)活動(dòng)。

參考文獻(xiàn)

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