高壓電動機定子繞組絕緣局部放電特性研究

寶武裝備智能科技有限公司湛江分公司 朱鳳銀

高壓電動機的可靠性和安全性對于工業(yè)運行過程具有重要的意義。為建立優(yōu)質低耗的運行空間，就要整合技術體系，建立健全完整的安全運行分析機制，確保能在繞組出現(xiàn)絕緣故障問題前實現(xiàn)預警，維護其綜合運行質量。

1 高壓電動機定子繞組絕緣局部放電方式

高壓電動機在實際運行過程中受到周圍熱環(huán)境、電環(huán)境以及機械環(huán)境的共同作用，定子繞組常會伴有磨損、過熱等問題，必然會導致缺陷位置的放電現(xiàn)象。加之局部放電的類型較為復雜，就使得絕緣劣化的影響和問題也不盡相同。

定子繞組內部內部放電。指的是在定子繞組運行中其絕緣位置內部出現(xiàn)氣隙或是小氣泡，究其原因，工藝制造是較為關鍵的因素，正是因為氣泡的存在使得對應的電場存在分布不均勻現(xiàn)象。特別是在外部施加電壓情況下，氣泡位置的場強就會出現(xiàn)驟升，常常被擊穿。

定子繞組槽放電。在高壓電動機定子繞組的槽內線圈出現(xiàn)放電問題，主要是因為繞組表面和鐵芯槽壁間出現(xiàn)電場分布不均勻問題，使得局部放電問題嚴重，一般是借助低阻防暈帶完成處理工作。然而其實際應用情況會受到工藝流程和操作水平的影響，防暈帶的防暈層常出現(xiàn)損壞問題，這就使得電容性放電現(xiàn)象較為明顯，常會產生嚴重的破壞。

定子繞組端部放電。也被稱為結構的表面放電現(xiàn)象，端部結構因為結構設計和應用環(huán)境較為復雜，因此常會伴有隱患問題，其中端部電痕放電、相間放電以及電暈放電等問題是造成端部缺陷的主要因素，要作為整合分析和具體仿真研究的重點[1]。

2 高壓電動機定子繞組絕緣局部放電特性試驗方案

為有效分析高壓電動機定子繞組絕緣局部放電特性，要結合實際情況進行試驗分析，從而充分了解問題產生的原因和后續(xù)處理方案。本文以某高壓電動機F級10kV定子繞組結構為例，整個設備的主絕緣材料的基礎厚度為2.03mm，材質為環(huán)氧云母帶。在經初步分析和測定后發(fā)現(xiàn)，其表面沒有隱藏損傷或是潮濕問題，在對其進行15kV電壓處理后，譜圖分析顯示其存在內部放電的問題。

2.1 具體方案

針對其內部放電的問題，要落實具體的分析方案，從而完善相應的試驗流程。因為整個試驗是在電磁屏蔽室內完成的，因此整體背景噪聲的干擾數(shù)值均在2pC以下。

2.1.1 建立測量系統(tǒng)

首先，操作人員要在低通濾波器對前級設備混入的高頻干擾信號予以濾除，有效建立相匹配的運行空間；其次，要利用充氣式無局放試驗分析方式和對應的變壓器設備建立升壓過程，并盡量在實際操作中減少信號收集和采集形成的噪聲干擾問題；最后，操作人員要對耦合電容數(shù)值予以設定，參數(shù)為1000pF，以保證局部放電信號高頻通路運行的合理性和規(guī)范性。值得一提的是，在完成相應系統(tǒng)處理工序后就能建構局部放電分析系統(tǒng)，以保證防電信號標記工作、檢測工作和分析工作都能有序開展。

2.1.2 具體試驗操作

結合試驗方案將試驗用的繞組直接嵌入到定子鐵芯結構中，并在其引線連接的位置安裝防暈球結構，確保防暈處理的合理性；處理繞組結構，并建立對應的處理控制方案：針對高壓電動機定子繞組絕緣位置內部放電，一般暫時不作處理；針對高壓電動機定子繞組絕緣局部位置槽放電現(xiàn)象，要處理槽部的低阻帶；針對電暈放電問題，要隔離低阻帶和高阻帶搭接不良的情況；針對相間放電問題，要將2組繞線都嵌入到鐵芯結構中并保證一根實現(xiàn)高壓連接、一根實現(xiàn)接地處理[2]；為了整個試驗過程能在穩(wěn)定放電信號處理環(huán)境中進行，要對整個試驗繞組的線圈予以處理，增設6kV或是10kV的電壓，維持時間控制在1個小時，在保證整個系統(tǒng)放電情況逐步穩(wěn)定后才能對其放電信號予以采集和處理，時間控制在2分鐘，對應測量的頻帶為0.2MHz到20MHz[3]。

2.2 結果分析

在完成對應試驗測試分析后要對試驗結果進行分析，從而結合結果落實更加完整的控制方案，以提升高壓電動機定子繞組的運行質量和應用效果。

針對內部放電獲取的圖譜見圖1。結合曲線的數(shù)據情況可知，在出現(xiàn)內部放電后，其最大的特點就是工頻正負半周期的具體放電情況具有非常突出的對稱性，且獲取的放電幅值并不高。究其原因，主要是因為在整個高壓電動機定子繞組中，云母本身就能對局部放電強度予以控制的元件，使得對應的放電損傷會被控制在一定的范圍內[4]。另外，在內部放電數(shù)值增加后，技術人員只需對電機絕緣情況進行對應的檢修處理，就能減少分層放電對整個高壓電動機運行效果造成的影響。

圖1 內部放電PRPD圖譜示意圖

高壓電動機定子繞組槽部放電現(xiàn)象見圖2。結合圖中相關情況可知，槽放電過程中，正、負半周的起始位置斜率較高且存在驟升驟降的情況，究其原因，主要是因為電壓等級升高，就會造成絕緣位置裂化程度的加重[5]。

圖2 槽放電PRPD圖譜示意圖

針對高壓電動機定子繞組端部放電問題，相較于槽放電情況，其呈現(xiàn)出的走勢更加平滑和流暢，并且整體放電的幅值要遠高于內部放電的幅值參數(shù)，同時不存在明顯的對稱性。這說明在高壓電動機電壓數(shù)值增高后，放電量和放電次數(shù)都在增加。此外表面放電會逐漸發(fā)展為電痕放電（圖3），利用油污滴定的處理模式進行分析后可知，電壓在正半周位置存在幅值增大的情況。究其原因，主要是因為高壓電動機的實際運行環(huán)境較差，可能存在高溫或是高濕環(huán)境，使得脈沖幅值甚至超出量程，引發(fā)削頂問題，甚至會對數(shù)據的讀取和模式的識別產生影響。

總之，針對內部放電、槽放電、電痕放電、電暈放電等，要結合PRPD圖譜完成分析，獲取直觀數(shù)據和分析依據，從而配合不同類型的局部放電現(xiàn)象解讀仿真結果，提高故障識別的效率[6]。

3 結語

在分析高壓電動機定子繞組絕緣放電問題過程中，要綜合環(huán)境因素等，落實更加全面的分析機制，并結合試驗仿真結果完成判定，只有保證相應分析的合理性，才能為后續(xù)故障識別工作和設備維修工作提供更加直觀的依據，有利于提升經濟效益和安全效益。