謝志輝，胡 波，何海洋，劉 偉，梁智明

(東方電氣集團東方電機有限公司，四川德陽 618000)

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交流電動機定子繞組離線式雙電容耦合局部放電測試研究

謝志輝，胡 波，何海洋，劉 偉，梁智明

(東方電氣集團東方電機有限公司，四川德陽 618000)

通過使用雙電容耦合式局部放電(PD)測試設備對核島主冷卻泵交流電動機定子繞組進行離線式局部放電的全面測試，考核并分析了該定子繞組局部放電性能。研究結果表明：該局部放電測試方法能夠比較全面清晰的表述定子繞組離線式局部放電的全面性能，為同類型設備在線式局部放電監(jiān)測提供了依據(jù)。

核島；交流電動機；定子繞組；離線；局部放電

0 引言

2007年初以來，我國確立了引進第三代核電成套技術的方式，為哈爾濱引進美國AP1000堆型與東方電氣引進法國EPR堆型的方案[1]。第三代核電技術對核電站的設計、建造、運行等的要求越來越高，對核島主冷卻泵用電動機的設計壽命為60年[2]。

而泵用電機的絕緣受到電、熱、機械、化學等多因素影響并導致非預期失效的核心部件之一，這種長壽命、高可靠性的技術要求，需要科學設計、精密制造、嚴格檢測和實時監(jiān)控等手段來保證。而雙電容耦合式局部放電在線檢測技術就是一項行之有效的檢測手段[3-6]。

本文通過使用雙電容耦合PD測試設備對交流電動機定子繞組進行離線式局部放電的測試，能夠屏蔽來自電源和環(huán)境的干擾，為同類型設備在線式局部放電監(jiān)測提供了依據(jù)。

1 測試技術

1.1 技術原理

雙電容耦合PD測試設備系統(tǒng)構成如圖1所示。

其主要技術優(yōu)勢包括：

圖1

1) 獨特的雙耦合電容器抗干擾技術(定向噪聲分離技術與定時噪聲分離技術)；

2) 廣泛應用于水電機組、火電機組或其它電氣設備的局部放電監(jiān)測上；

3) 因為采用同一測試設備，所以試品離線與在線局部放電數(shù)據(jù)具有一定的可比性；

4) 符合國際標準的技術要求；

5) 擁有電力行業(yè)最大的局部放電基礎數(shù)據(jù)庫及遠程趨勢分析技術。

1.2 測試試樣

額定電壓為10 kV的 三相異步電動機定子繞組，中性點斷開，如圖2所示。

圖2中，出線A、B、C分別為定子繞組主引出線端子，出線U、V、W分別為定子繞組中性點出線。

1.3 測試線路和試驗步驟

該測試方法由多種高電壓注入方式組成，對比檢測PD信號，以考核放電產生的位置和強弱。

1.3.1 帶負載下噪聲測試

在正式測試前對環(huán)境噪聲進行測試以驗證測試

圖2 定子繞組示意圖

條件和參數(shù)設置的匹配性。

1.3.2 單相繞組測試

如圖3所示，分別對三相繞組進行PD測試，得到各相繞組在兩端注入高電壓條件下的PD信號。

1和2均為耦合電容，3為PD測試設備圖3 單相繞組PD測試

1.3.3 三相繞組測試

如圖4所示，對三相繞組一起進行PD測試，得到三相繞組分別在兩端注入高電壓條件下的PD信號。

1和2均為耦合電容，3為PD測試設備圖4 三相繞組PD測試線路

1.4 測試電壓

PD測試電壓：5.8 kV。

起始放電電壓(PDIV)：0～5.8 kV。

熄滅放電電壓(PDEV)5.8 kV～0。

1.5 參數(shù)設置

根據(jù)試樣電氣參數(shù)和測試技術要求進行設備參數(shù)設置[7]。

2 測試結果與分析

2.1 設備自檢結果

在正式測試PD前，必須對測量系統(tǒng)進行自檢，校準測試回路對標準PD信號的采集情況。

如圖5所示，PD次數(shù)與PD幅值的兩條曲線(正負脈沖)符合輸入標準PD正負數(shù)值，說明測試系統(tǒng)工作正常。圖中縱坐標為脈沖重復率(pps)，橫坐標為脈沖幅值(mV)，下同。

圖5 測試系統(tǒng)自檢

2.2 噪聲測試

在5.8 kV電壓下繞組噪聲PD測試結果如表1所示。

表中：N+為每秒正放電次數(shù)；N-為每秒負放電次數(shù)；Q+為最大正放電量，mV；Q-為最大負放電量，mV；f為測試頻率，次/s；In為高電壓注入位置；n表示未測得有效信號，下同。

表1 噪聲測試結果

如表1所示，電機繞組所處環(huán)境和電源的電磁噪聲很大、正負放電頻次的差異較大、高電壓注入位置引起測試結果存在差異。因此，必須采取措施抑制電磁噪聲，否則將影響定子繞組PD測試結果的正確性。

2.3 單相繞組測試

每相繞組在5.8 kV電壓下PD測試結果如表2和圖6(a)～(f)所示。

表2 在5.8 kV電壓下分相PD測試結果

續(xù)表2 在5.8 kV電壓下分相PD測試結果

圖4 單相繞組測試PD圖

如表2所示，在5.8 kV電壓下，每相繞組的放電次數(shù)和放電量存在較大的差異且與高電壓注入位置有較大的關系，與數(shù)十年來業(yè)內對PD測試方法和結構分析存在較大的分歧[8]相同。

同時表2和圖6中可知，A相負PD放電活動(包括放電量和放電次數(shù)，下同)略高于正放電活動，預示著繞組端部表面存在少量半導電污染[9]；B相繞組正負PD放電活動基本相同，預示著繞組絕緣內部氣隙未完全消除；C相繞組正負PD放電活動基本相同，預示著定子繞組主絕緣內部氣隙未完全消除。

2.4 三相繞組(ABC)一起測試

三相繞組PD測試結果如表3和圖7所示。如表3所示，在5.8 kV電壓下，高電壓注入位置對繞組放電次數(shù)和放電量存在較大的影響。

表3 三相繞組PD測試結果

圖7 三相整體繞組測試PD圖

結合表2和表3試驗結果可知：三相繞組整體PD值遠小于分相測試PD值，說明繞組相間放電活動比繞組對地放電活動更加激烈；同時放電位置更偏向于中性點側，在實際運行中，多數(shù)放電點可能承受較低的運行電壓，有利于繞組的安全運行。

2.5 PDIV和PDEV

在階梯升壓和階梯降壓過程(電壓階梯為0.5 kV)中，三相繞組一起測試的PDIV和PDEV結果如表4和表5所示。

表4 PDIV測試結果

表5 PDEV測試結果

如表4和表5所示，繞組PDIV和PDEV均高于5.0 kV且只有放電次數(shù)而無測試檔位里的放電量。因此，結合三相繞組內部放電位置偏向于中性點位置的分析，在實際運行過程(繞組或線圈對地電壓最大為5.8 kV)中，基本不會發(fā)生有害的PD行為，有利于繞組的長期安全運行。

2.6 測試結果影響因素

根據(jù)整套測試技術原理[10]分析，除測試設備自身測試精度、抗干擾能力之外，測試參數(shù)(包括測試量程或檔位、測試間隔、繞組充電時間等)也有很大的影響。

一般來說，繞組槽部絕緣內部氣隙分布及其放電活動與絕緣介質損耗及其增量具有較大的關聯(lián)。例如介損測試中起始放電電壓、介質損耗增量等關鍵參數(shù)與局放測試中PDIV和Q等關系較大[11]。而繞組端部表面污染或缺陷等引起的放電活動則與連續(xù)或階梯直流泄漏電流測試中的I～U曲線具有一定的聯(lián)系[12]。

3 結語

1) 定子繞組雙電容耦合PD的放電次數(shù)和放電量均處于很低的活動閾值。

2) 定子繞組雙電容耦合的PDIV 和PDEV均高于5 kV，運行中幾乎不存在有害的PD行為。

3) 該測試技術與在線監(jiān)測系統(tǒng)類似，為運行過程中在線監(jiān)測提供了基礎數(shù)據(jù)。

[1]趙昌宗. 東方-ALSTOM核電發(fā)電機的技術特點[J].東方電機， 2008，(8)：6-13.

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[4]李瓊，姜建國，談克雄，等.大型電機局部放電在線監(jiān)測技術及其基礎研究[J].高電壓技術， 1994，20(3)：28-32.

[5]Stone G C， Warren V， Fenger M. Diagnostic information obtained from examining a large stator winding PD result database [J].Proc 2001 ISEIM， 2001：635-640.

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[8]全國文獻工作標準化技術委員會．GB/T 7354中國標準書號[S]．北京：中國標準出版社， 2003.

[9]全國文獻工作標準化技術委員會．GB/T 20833中國標準書號[S]．北京：中國標準出版社， 2007.

[10]程養(yǎng)春.發(fā)電機定子絕緣局部放電非接觸式在線監(jiān)測方法的研究[D].北京：華北電力大學， 2005.

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[12]胡波，梁智明，皮如貴，等. 交流電動機GVPI定子繞組nA級直流泄漏電流測試研究[J].上海大中型電機， 2013，(4)：40-44.

謝志輝，男，1984年生，工程師、碩士研究生，現(xiàn)主要從事高壓電機絕緣技術研究。