何明鵬，梁智明，胡 波，張小俊，黃紹波，黃 澤

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高壓電機(jī)定子線棒和定子繞組電暈紫外成像測(cè)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(tuán)東方電機(jī)有限公司，四川 德陽 618000）

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

定子線棒；定子繞組；電暈；紫外成像；測(cè)試，影響因素

0 前言

隨著電機(jī)制造技術(shù)的發(fā)展和我公司產(chǎn)品國際化進(jìn)程的加快，用戶對(duì)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(gè)電機(jī)定子線棒及繞組紫外電暈檢測(cè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[1-3]。國外用戶則要求使用檢測(cè)波長(zhǎng)小于300nm的紫外成像儀對(duì)定子線棒和繞組端部電暈進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估。

多年來，行業(yè)內(nèi)主要通過目測(cè)法對(duì)高壓電機(jī)定子線棒和繞組端部進(jìn)行電暈測(cè)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(cè)試技術(shù)是近年來逐漸發(fā)展的一項(xiàng)電暈檢測(cè)技術(shù)，通過測(cè)試暈光中紫外光子數(shù)，對(duì)電暈水平進(jìn)行定量分析，同時(shí)還具有簡(jiǎn)單高效、定位準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)[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(jī)、電動(dòng)機(jī)、輸電線路設(shè)備等的缺陷與故障的檢測(cè)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(yīng)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(bào)道。目前涉及的紫外成像電暈檢測(cè)的國際標(biāo)準(zhǔn)、國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)主要為IEEE Std 1799-2012和DL/T 298-2011[6]，本文參考這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)方法，對(duì)電暈紫外成像測(cè)試的影響因素進(jìn)行研究,為建立高壓電機(jī)定子線棒和繞組端部電暈紫外成像測(cè)試方法和紫外成像電暈水平的量化評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)奠定基礎(chǔ)。為高壓電機(jī)定子線棒和定子繞組電暈紫外成像測(cè)試的推廣應(yīng)用提供一定理論依據(jù)。

1 電暈理論及紫外成像測(cè)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(chǎng)中電場(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)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(chǎng)合，則通常伴有光、熱、噪聲等現(xiàn)象。對(duì)于在高壓下的單支發(fā)電機(jī)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(cè)試技術(shù)原理

當(dāng)發(fā)生電暈時(shí)，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(chǎng)中獲得能量，當(dāng)電子從激勵(lì)態(tài)軌道返回原來的穩(wěn)態(tài)電子能軌道時(shí)，就會(huì)以電暈、火花放電等形式釋放能量；此時(shí)會(huì)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(gè)原理，使用特殊儀器接受電暈放電產(chǎn)生的信號(hào)，經(jīng)處理后成像并與可見光圖像疊加，達(dá)到確定電暈的位置和強(qiáng)度的目的。紫外線的波長(zhǎng)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(zhǎng)的分量，實(shí)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(zhǎng)區(qū)域稱為太陽盲區(qū)。人們利用這一特點(diǎn)，研究出日盲型紫外檢測(cè)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(qiáng)紫外輻射的燈）進(jìn)行檢測(cè)工作[8]。

2 電暈紫外成像測(cè)試影響因素研究

通過分析電暈紫外成像測(cè)試方法，影響其測(cè)試結(jié)果的主要因素有增益、計(jì)數(shù)框、測(cè)試距離、試驗(yàn)溫度、紫外成像設(shè)備的標(biāo)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(cè)試設(shè)備進(jìn)行相關(guān)影響因素對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響研究。

2.1 增益的影響

改變?cè)鲆妫ㄆ渌蛩夭蛔儯?，從不同角度分別對(duì)試樣進(jìn)行測(cè)試，取最大的光子數(shù)作為測(cè)試結(jié)果。

不同增益下10.5kV的試樣的測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)得的光子數(shù)越多。

2.2 測(cè)試距離的影響

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

不同測(cè)試距離下10.5kV的試樣的測(cè)試結(jié)果見表3和圖3。

表3 10.5kV試樣不同測(cè)試距離下紫外成像測(cè)試結(jié)果

圖3 10.5kV試樣不同測(cè)試距離下紫外光子數(shù)曲線

不同測(cè)試距離下18kV的試樣的測(cè)試結(jié)果見表4和圖4。

表4 18kV試樣不同測(cè)試距離下紫外成像測(cè)試結(jié)果

圖4 18kV試樣不同測(cè)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(cè)試距離越遠(yuǎn)，測(cè)試的光子數(shù)越少。

2.3 計(jì)數(shù)框大小的影響

改變計(jì)數(shù)框大?。ㄆ渌蛩夭蛔儯瑥牟煌嵌确謩e對(duì)試樣進(jìn)行測(cè)試，取最大的光子數(shù)作為測(cè)試結(jié)果。

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

表5 18kV試樣不同計(jì)數(shù)框下紫外成像測(cè)試結(jié)果

圖5 18kV試樣不同計(jì)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(jì)數(shù)框越大，檢測(cè)到的光子數(shù)越多，但是如果電暈相對(duì)較集中，那么計(jì)數(shù)框的大小對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響不大，反之則有一定影響。

2.4 試驗(yàn)溫度的影響

改變?cè)囼?yàn)溫度（其它因素不變），從不同角度分別對(duì)試樣進(jìn)行測(cè)試，取最大的光子數(shù)作為測(cè)試結(jié)果。

不同試驗(yàn)溫度下10.5kV試樣的測(cè)試結(jié)果見表6和圖6。

表6 10.5kV試樣不同試驗(yàn)溫度下紫外成像測(cè)試結(jié)果

圖6 10.5kV試樣不同試驗(yàn)溫度下紫外光子數(shù)曲線

從表6和圖6可以看出：試驗(yàn)溫度越高，測(cè)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(biāo)定的影響

按DL/T 298附錄A中試驗(yàn)方法結(jié)合局部放電測(cè)試對(duì)紫外成像設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定[9]。試驗(yàn)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(duì)標(biāo)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(duì)標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。標(biāo)定結(jié)果見表7、圖7和圖8。

表7 粗銅絲服帖程度不同標(biāo)定測(cè)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(yàn)電壓較低時(shí)局放量便達(dá)到1500 pC，對(duì)應(yīng)的紫外光子數(shù)相對(duì)較少。

圖7 B41緊銅絲紫外測(cè)試圖

圖8 B41松銅絲紫外測(cè)試圖

2.5.2 電極（銅絲）粗細(xì)對(duì)標(biāo)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(duì)標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。標(biāo)定結(jié)果見表8。

表8 粗細(xì)銅絲不同標(biāo)定測(cè)試結(jié)果

由表8可以看出：細(xì)銅絲相對(duì)粗銅絲在較高的試驗(yàn)電壓下產(chǎn)生1500pC局部放電量，對(duì)應(yīng)的光子數(shù)更多。

2.5.3 電極（銅絲）位置對(duì)標(biāo)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(duì)標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。標(biāo)定增益為100%，標(biāo)定結(jié)果見表9。

表9 銅絲綁定位置不同標(biāo)定測(cè)試結(jié)果

由表9可以看出：標(biāo)定位置為80mm時(shí)，無論粗細(xì)銅絲都將在較低的試驗(yàn)電壓下產(chǎn)生1500 pC的局部放電量，對(duì)應(yīng)的紫外光子數(shù)也更少。

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

3 結(jié)論

紫外成像測(cè)試設(shè)備的增益和計(jì)數(shù)框大小的設(shè)置、測(cè)試距離、試驗(yàn)溫度以及對(duì)紫外成像設(shè)備標(biāo)定的影響因素等均影響測(cè)試結(jié)果。

（1）增益和計(jì)數(shù)框設(shè)置越大，在相同的試驗(yàn)電壓下所測(cè)得的光子數(shù)越多。

（2）測(cè)試距離越遠(yuǎn)，在相同的試驗(yàn)電壓下所測(cè)得的光子數(shù)越少。

（3）試驗(yàn)溫度越高，在相同的試驗(yàn)電壓下所測(cè)得的光子數(shù)越多。

（4）影響紫外成像設(shè)備標(biāo)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(cè)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(jī)定子繞組端部電暈檢測(cè)與評(píng)定導(dǎo)[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(yīng)用導(dǎo)則[S]. 國家能源局, 2011, 01.

[4] 王柯, 廖永力,等. 紫外脈沖計(jì)數(shù)法測(cè)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(jī)電暈檢查方面的應(yīng)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(cè)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(cè)[J]. 電測(cè)與儀表, 2006, 43(2):6-8.

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

[9] 潘延明, 陳陽. 大型發(fā)電機(jī)定子線圈絕緣結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究[J]. 大電機(jī)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(xué)材料學(xué)專業(yè)，碩士，研究方向?yàn)殡姍C(jī)絕緣技術(shù)，工程師。