江軍，張本棟，王凱，李文源，張潮海

1. 南京航空航天大學(xué) 多電飛機(jī)電氣系統(tǒng)工業(yè)和信息化部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210016 2. 曼徹斯特大學(xué) 工學(xué)部 電氣與電子工程學(xué)院，曼徹斯特 M13 9PL

多電飛機(jī)(More-Electric-Aircraft，MEA)采用電力組件取代傳統(tǒng)飛機(jī)的液壓、傳動(dòng)等裝置，可使相應(yīng)部件的重量和尺寸大大降低，有效提升了飛機(jī)的運(yùn)行效率[1-4]。多電飛機(jī)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定是保障飛機(jī)各種用電設(shè)備正常工作的基礎(chǔ)[5-6]。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，飛機(jī)供電系統(tǒng)的容量已由起初的百千瓦級(jí)發(fā)展至兆瓦級(jí)，飛機(jī)供電電壓也由DC-28 V、AC-115 V提升至DC-±270 V、AC-230 V[7]。隨著飛機(jī)電功率需求的繼續(xù)攀升，出于控制電流幅值和提高電能利用效率的考慮，飛機(jī)中的電壓水平和工作頻率將會(huì)進(jìn)一步提升。根據(jù)美國(guó)Astronics AES (Advanced Electronic Systems)公司的估算，2023—2030年，多電飛機(jī)中的交流電壓可達(dá)1.5～3.0 kV，工作頻率會(huì)提升至kHz級(jí)。顯然，多電飛機(jī)電壓等級(jí)和供電頻率的增加以及飛機(jī)運(yùn)行的高空復(fù)雜環(huán)境使得絕緣系統(tǒng)更容易失效甚至擊穿，其中局部放電(Partial Discharge，PD)是引起絕緣系統(tǒng)失效的主要原因之一[8-9]。多電飛機(jī)擁有眾多電機(jī)負(fù)載為各項(xiàng)操作提供動(dòng)力，其中很多電機(jī)采用PWM(Pulse Width Modulation)模式控制，而PWM波形輸出時(shí)電動(dòng)機(jī)/電纜接口處的阻抗失配和換向電壓的不均勻分布會(huì)引起過(guò)電壓，過(guò)電壓最高可達(dá)額定電壓的2倍，更容易導(dǎo)致繞組間脈沖放電的發(fā)生[10-13]。因此，為保障多電飛機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定及安全，亟需開(kāi)展較高電壓和對(duì)應(yīng)頻率脈沖波形下的絕緣故障檢測(cè)與評(píng)估。

多電飛機(jī)絕緣系統(tǒng)在長(zhǎng)期運(yùn)行以及復(fù)雜工況下很容易發(fā)生絕緣失效，已經(jīng)引起相關(guān)學(xué)者的關(guān)注和重視。引起飛機(jī)絕緣失效的原因主要有電弧故障和局部放電，在電弧方面，王莉等對(duì)115 V/400 Hz供電條件下的故障電弧電流進(jìn)行了比對(duì)分析，證實(shí)了航空絕緣放電故障的存在[14]。法國(guó)Safran研究人員Aubert等根據(jù)實(shí)際絕緣結(jié)構(gòu)計(jì)算和分析了較高電壓下飛機(jī)絕緣易發(fā)生故障的原因[15]。進(jìn)一步地，基于電學(xué)參量處理[16-17]和光學(xué)特征參數(shù)[18]的方法分別對(duì)航空電弧故障特征進(jìn)行提取，以期提高電弧故障檢測(cè)率，減少放電故障帶來(lái)的危害；在局部放電方面，現(xiàn)有的文獻(xiàn)研究主要涉及航空電纜與航空電機(jī)的起始放電研究[19-20]、電場(chǎng)計(jì)算及分析[21]、絕緣老化與模型分析[22-23]?，F(xiàn)有的航空局部放電研究主要面向航空電纜和電機(jī)研究老化、溫度和氣壓等參數(shù)對(duì)絕緣壽命及起始放電電壓(Partial Discharge Inception Voltage，PDIV)的影響，對(duì)特定條件下的局部放電特征規(guī)律關(guān)注度不足，而大功率工況下的變頻電機(jī)放電特征雖然得到了一定研究，但其研究頻段主要集中于工頻，電壓水平也集中于市電水平，對(duì)應(yīng)的電壓和頻率均與多電飛機(jī)中的應(yīng)用工況不同。因此，為保障未來(lái)多電飛機(jī)在更高電壓和特定頻率下的絕緣有效性，有必要開(kāi)展特定工況(尤其是kV級(jí)電壓、kHz級(jí)中頻正弦和脈沖波形)下的航空絕緣系統(tǒng)局部放電測(cè)試和規(guī)律分析。

本文在面向電飛機(jī)特定工作場(chǎng)景和參數(shù)的基礎(chǔ)上，搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)模擬飛機(jī)電作動(dòng)器中的繞組間絕緣故障，對(duì)50 Hz～1 kHz范圍內(nèi)的局部放電進(jìn)行了大量重復(fù)實(shí)驗(yàn)，研究了特定電壓幅值、正弦和方波脈沖電壓頻率對(duì)局部放電幅值、放電重復(fù)率和放電相位等統(tǒng)計(jì)特性的影響并評(píng)估了不同頻段下航空絕緣系統(tǒng)所面臨的絕緣失效風(fēng)險(xiǎn)，為后續(xù)多電飛機(jī)向高電壓大功率方向的絕緣設(shè)計(jì)和故障檢測(cè)提供參考。

1 局部放電檢測(cè)平臺(tái)

1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h3>

為了模擬作動(dòng)器電機(jī)繞組之間的局部放電，依據(jù)IEC60851-5中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，制作了典型的雙絞線模型[24]。雙絞線模型的主要結(jié)構(gòu)尺寸及放電示意如圖1所示。實(shí)驗(yàn)所用電磁線導(dǎo)體直徑0.51 mm，絕緣層材料采用廣泛應(yīng)用于航空領(lǐng)域的聚酰亞胺，厚度0.025 mm，最高耐溫180 ℃，由于模型尺寸限制，電磁線在6 cm的距離上，相互扭絞6圈。

圖1(c)為雙絞線模型截面尺寸及放電示意圖。實(shí)驗(yàn)時(shí)，一根電磁線接地，另外一根連接高壓放大器輸出，當(dāng)電壓逐漸升高時(shí)，由于空氣的介電常數(shù)較小，在狹小絕緣層的交界處會(huì)形成極強(qiáng)的場(chǎng)強(qiáng)，當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)超過(guò)起始放電場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致局部放電的發(fā)生。

圖1 雙絞線放電模型結(jié)構(gòu)尺寸及放電示意Fig.1 Structure and object diagram of twisted pair model

1.2 局部放電脈沖檢測(cè)系統(tǒng)

為模擬多電飛機(jī)電源系統(tǒng)的復(fù)雜電壓波形(正弦波形和脈沖波形)，本試驗(yàn)采用信號(hào)發(fā)生器外接高壓功率放大器的方式得到快速升降的高壓脈沖電壓和頻率變化的正弦波，放電模型串接于高壓放大器和地之間，以形成放電回路，最終，搭建試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)如圖2所示。電壓放大器采用美國(guó)Trek公司的20/20C-HS-H-CE，放大比例1∶2 000，輸出電壓最高可達(dá)20 kV，電壓輸出速率800 V/μs。局部放電檢測(cè)采用高頻電流傳感器(High Frequency Current Transformer，HFCT)，型號(hào)為iHFCT-54，檢測(cè)頻段為0.3～100 MHz，靈敏度：輸入1 mA(P-P)，輸出≥13 mV(P-P)。當(dāng)發(fā)生局部放電時(shí)，高頻電流會(huì)沿著接地線向大地傳播，HFCT接于放電模型和地之間，高頻電流穿過(guò)HFCT而引起的高頻交變電磁場(chǎng)會(huì)在線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，此電壓可被示波器感知從而記錄每個(gè)局部放電脈沖。

為保持頻率為單一變量，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中施加電壓峰-峰值2 kV保持不變，每次實(shí)驗(yàn)連續(xù)采集200組數(shù)據(jù)，存入PC以便進(jìn)一步分析。為了避免實(shí)驗(yàn)空間殘余電荷的影響，每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將放電模型兩極同時(shí)接地靜置10 min。

圖2 雙絞線放電脈沖檢測(cè)平臺(tái)Fig.2 Partial discharge detection platform for twisted pair model

2 局部放電信號(hào)處理與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 局部放電信號(hào)降噪處理

多電飛機(jī)中，各類電機(jī)的調(diào)速和控制通常借助電力電子裝置實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)所用電源由高壓功率放大器輸出，其實(shí)質(zhì)為電力電子變換器，放大器中的開(kāi)關(guān)器件在高頻開(kāi)關(guān)時(shí)會(huì)帶來(lái)強(qiáng)烈的電磁干擾，嚴(yán)重時(shí)會(huì)將微弱的局部放電信號(hào)完全淹沒(méi)。因此，所采集信號(hào)可以認(rèn)為是多種信號(hào)的疊加：

s=s0+s1+s2

(1)

式中：s0為局部放電信號(hào)；s1為高斯白噪聲；s2為高壓放大器所引入的高頻開(kāi)關(guān)噪聲。為了從原始信號(hào)中提取局部放電信號(hào)s0，有必要對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行降噪處理。

基于PWM控制的逆變器輸出諧波為多簇幅值遞減的邊頻諧波帶，在頻域分布上呈現(xiàn)出等距分布的脈沖[25]。為消除高頻開(kāi)關(guān)噪聲，選擇對(duì)含噪信號(hào)頻域分量進(jìn)行等距分窗，設(shè)置閾值以盡可能剔除噪聲s2?；诮?jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(Empirical Mode Decomposition，EMD)和小波變換(Wavelet Transform，WT)的聯(lián)合去噪方法去除噪聲中的高斯白噪聲s1。原始信號(hào)及降噪后的效果如圖3 所示。由圖3(a)可以看出原始采集數(shù)據(jù)噪聲較為強(qiáng)烈，噪聲信號(hào)峰峰值為12.48 mV，部分放電脈沖幅值較低，將會(huì)被噪聲淹沒(méi)。降噪后數(shù)據(jù)如圖3(b)所示，可以看出降噪后噪聲水平顯著降低，噪聲信號(hào)峰峰值為4.64 mV，相比降噪之前降低62.82%，而信號(hào)幅值只損失了12.03%。

為了進(jìn)一步評(píng)估降噪效果，引入信噪比表達(dá)式為

(2)

式中：Usignal為放電脈沖峰-峰值;Unoise為采集信號(hào)噪聲的峰-峰值。

圖3 局部放電原始信號(hào)及降噪信號(hào)Fig.3 Partial discharge original signal and noise reduction signal

由式(2)計(jì)算2個(gè)主要脈沖處降噪前后信噪比如表1所示。在0.54 ms處信噪比由21.85 dB提升至29.33 dB，1.49 ms處信噪比由18.61 dB提升至23.84 dB。由此可以看出，降噪后信噪比提升明顯，噪聲抑制效果較好，確保了后續(xù)局部放電信號(hào)的有效抓取和判別。

表1 降噪前后信噪比對(duì)比

2.2 不同頻率下的起始放電電壓

為了確定不同頻率下的絕緣耐受水平，可以測(cè)量和評(píng)估其PDIV。試驗(yàn)過(guò)程中，施加電壓時(shí)首先將電壓升高至預(yù)期值的70%，然后以100 V為步長(zhǎng)逐步升高電源電壓，直至出現(xiàn)放電脈沖，每次PDIV重復(fù)測(cè)量3次并取平均值作為本次PDIV值。圖4為雙絞線模型PDIV隨頻率變化曲線，由圖可以看出PDIV隨頻率并不呈現(xiàn)出單一趨勢(shì)。當(dāng)頻率低于1 kHz時(shí)，PDIV出現(xiàn)一定波動(dòng)，但變化范圍較??；當(dāng)頻率高于1 kHz時(shí)，PDIV隨頻率升高呈現(xiàn)出較為明顯的上升趨勢(shì)；同時(shí)方波電壓下的PDIV在何種頻率下都低于正弦電壓。

測(cè)試的結(jié)果說(shuō)明：① 相比于常見(jiàn)的正弦波波形，方波下更容易引發(fā)局部放電的起始，對(duì)于多電飛機(jī)的絕緣系統(tǒng)而言，考慮方波脈沖激勵(lì)下的絕緣考核更有實(shí)際價(jià)值；② 無(wú)論對(duì)于正弦波還是方波，局部放電的起始電壓分布具有明顯的頻變效應(yīng)，因此，有必要進(jìn)一步關(guān)注和分析多電飛機(jī)實(shí)際工作頻率下的放電行為。

圖4 PDIV隨頻率變化曲線Fig.4 Curve between PDIV and frequency

2.3 不同頻率下的放電幅值與放電重復(fù)率

平均放電幅值和最大放電幅值可以表征局部放電造成絕緣損傷的嚴(yán)重程度，同時(shí)放電次數(shù)越多，絕緣損傷也就越嚴(yán)重，因此本文統(tǒng)計(jì)了不同電壓波形下的放電幅值及重復(fù)率隨頻率變化曲線。通過(guò)200組試驗(yàn)，得到放電幅值隨頻率變化曲線如圖5所示。當(dāng)施加電壓為正弦波時(shí)，平均放電幅值與最大放電幅值隨頻率變化趨勢(shì)基本相同，均在300 Hz處出現(xiàn)極大值，當(dāng)頻率高于300 Hz 時(shí)隨頻率升高而波動(dòng)下降；施加電壓為方波脈沖時(shí)，所呈現(xiàn)的規(guī)律與正弦基本類似，但在所測(cè)量范圍內(nèi)沒(méi)有拐點(diǎn)出現(xiàn)，在50 Hz與300 Hz之間出現(xiàn)較大的幅值變化；在放電幅值方面，脈沖電壓下幅值遠(yuǎn)高于正弦電壓，當(dāng)電源頻率為50 Hz時(shí)，脈沖電壓下的平均放電幅值是正弦電壓的2.81 倍，最大放電幅值則為3.03倍。

圖5 不同電壓波形下放電幅值隨頻率變化曲線圖Fig.5 Curves between discharge amplitude and frequency under different pulse wave voltage

圖6為在不同電壓下放電重復(fù)率隨頻率變化曲線?？梢钥闯霾徽撌┘与妷簽檎也ㄟ€是方波脈沖，放電重復(fù)率均隨頻率升高而增加，近似呈現(xiàn)出線性增長(zhǎng)；在相同頻率下，兩種電壓波形之間的放電重復(fù)率差距不大，在同一數(shù)量級(jí)。

圖6 放電重復(fù)率隨頻率變化曲線圖Fig.6 Curves between discharge repetition rate and frequency

2.4 不同頻率下的放電譜圖

PRPD(Phase-Resolved Partial Discharge)譜圖不僅可以展現(xiàn)放電相位、形狀等信息，而且作為局部放電的一項(xiàng)重要特征，在不同工況以及故障類型下具有一定差異性，因此可以作為特征進(jìn)行放電模式識(shí)別和故障診斷。正弦電壓下的PRPD譜圖如圖7所示?？梢钥闯鲭p絞線模型在正弦電壓下的譜圖正負(fù)半周基本對(duì)稱分布，不同頻率下的放電相位中心均有所偏移，但沒(méi)有放電脈沖偏移超過(guò)電壓過(guò)零點(diǎn)；不同頻率下的放電相位寬度有所差異，隨著頻率f的升高，放電相位寬度有增大的趨勢(shì)，在f=50 Hz時(shí)正負(fù)周期的相位寬度分別為87.4°和83.2°，在1 kHz時(shí)正負(fù)周期放電相位寬度增加至108.7°和101.3°，分別增加24.4%和21.8%。

當(dāng)施加方波電壓時(shí)局部放電脈沖主要發(fā)生在上升沿與下降沿處，為了更清晰地觀察頻率對(duì)放電位置的影響，繪制了上升沿處的TRPD(Time-Resolved Partial Discharge)譜圖如圖8所示?？梢钥吹绞┘与妷簽榉讲〞r(shí)，局部放電主要發(fā)生在上升沿的末端，在上升沿前端沒(méi)有放電發(fā)生；隨著頻率的升高，放電寬度與放電位置幾乎沒(méi)有太大變化，但放電相位寬度增加明顯，f=50 Hz 時(shí)為0.26°，f=1 kHz時(shí)增加至3.82°，增加13.69倍。

圖7 正弦電壓下PRPD譜圖Fig.7 PRPD under sine wave voltage

圖8 雙絞線模型方波脈沖電壓下TRPD譜圖Fig.8 TRPD under square pulse wave voltage for twisted pair model

3 分析和討論

為了分析上述現(xiàn)象，建立局部放電氣隙擊穿模型予以討論。在空氣絕緣系統(tǒng)中局部放電的發(fā)生需要有2個(gè)條件：① 氣隙所承受的瞬時(shí)場(chǎng)強(qiáng)Ei要大于所能發(fā)生放電的最小放電場(chǎng)強(qiáng)Emin；② 氣隙中有能激發(fā)電子崩的初始電子。為了計(jì)算分析不同頻率下的放電特征變化規(guī)律，建立了放電脈沖與氣隙場(chǎng)強(qiáng)變化的模型如圖9所示。圖中Emin為氣隙最小放電場(chǎng)強(qiáng);Eres為放電后氣隙殘余場(chǎng)強(qiáng);ΔE為放電瞬間氣隙場(chǎng)強(qiáng)高出最小放電場(chǎng)強(qiáng)的值；te為外施場(chǎng)強(qiáng)大于氣隙放電最小電場(chǎng)的有效放電時(shí)間;tde為放電延遲時(shí)間;tr為氣隙恢復(fù)時(shí)間。

由圖9可知，局部放電次數(shù)Npluse與氣隙恢復(fù)時(shí)間tr有關(guān)，兩者之間的關(guān)系可表示為

(3)

式中：k1為比例常數(shù)。假設(shè)外加電場(chǎng)翻轉(zhuǎn)期間呈直線上升，電壓上升速率du/dt保持恒定不變并考慮空間電荷積累場(chǎng)強(qiáng)Eq對(duì)氣隙場(chǎng)強(qiáng)的影響，則有：

(4)

圖9 上升沿處氣隙場(chǎng)強(qiáng)變化與放電脈沖模型Fig.9 Model between variation of field strength and discharge pulse at rising edge

由式(4)可知，電荷場(chǎng)強(qiáng)Eq的大小會(huì)影響局部放電的脈沖數(shù)目，隨著積累電荷的減少，電荷場(chǎng)強(qiáng)逐漸降低，從而導(dǎo)致單周期內(nèi)放電數(shù)目的增多。同時(shí)頻率的升高使得相同時(shí)間內(nèi)周期數(shù)目成倍增加，從而大大增加了放電的脈沖重復(fù)率。

放電幅值A(chǔ)pulse的大小與放電前后氣隙場(chǎng)強(qiáng)的變化ΔEpd直接相關(guān)，脈沖下局部放電脈沖的幅值大小可以寫為

Apulse=k2ΔEpd=k2(Emin+ΔE-Eres)

(5)

式中：k2為比例常數(shù)。

當(dāng)模型及頻率等條件確定時(shí)，Eres與Emin一般保持不變，放電幅值主要受ΔE影響。依據(jù)圖9，放電延遲時(shí)間tde越大，ΔE越大，放電脈沖幅值A(chǔ)pluse也就越大。當(dāng)考慮空間電荷積累場(chǎng)強(qiáng)Eq時(shí)，Eq越大氣隙場(chǎng)強(qiáng)Ei也就越小，Ei的大小對(duì)tde的影響較大，為了方便分析，可以認(rèn)為Ei與tde近似成反比關(guān)系，將其代入式(5)整理有：

(6)

由式(6)可以看出在相同外施場(chǎng)強(qiáng)下，隨著電荷場(chǎng)強(qiáng)Eq的降低，放電脈沖的幅值將會(huì)同樣降低。因此，頻率越高，放電延遲時(shí)間越短，放電時(shí)刻場(chǎng)強(qiáng)越低，假設(shè)放電后的殘余場(chǎng)強(qiáng)不變，放電時(shí)刻場(chǎng)強(qiáng)的降低使得放電瞬間電場(chǎng)落差減小，從而導(dǎo)致了放電幅值的降低。

脈沖波形下上升沿處TPRD譜圖也可由氣隙場(chǎng)強(qiáng)模型解釋。在脈沖電壓下局部放電脈沖主要集中于上升沿末端，原因可以解釋如下：① 所加電壓為雙極性方波，上升沿前半部分負(fù)電壓逐漸降低，所以沒(méi)有放電發(fā)生；② 由于脈沖波形的du/dt很大，電壓過(guò)零之后氣隙內(nèi)電荷來(lái)不及移動(dòng)使得外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)疊加，容易激發(fā)初始電子產(chǎn)生放電；③ 一次放電結(jié)束后，由于du/dt較大，將很快再次達(dá)到放電電壓，發(fā)生放電；④ 在上升沿末端，du/dt減小，使得放電后不易再次放電。以上4個(gè)原因使得脈沖波形下的放電時(shí)刻更加集中，尤其是在高頻下，將導(dǎo)致更加嚴(yán)重的電熱聯(lián)合作用，加劇絕緣系統(tǒng)的劣化。

由局部放電引起的絕緣故障與放電的幅值和次數(shù)有較大關(guān)系，放電幅值越高、次數(shù)越多導(dǎo)致的絕緣故障也將越嚴(yán)重。因此，為了進(jìn)一步分析多電飛機(jī)在不同頻段下的絕緣風(fēng)險(xiǎn)，基于式(4)和式(6) 并結(jié)合不同頻率下的空間電荷積聚情況，計(jì)算并繪制了不同頻率下的放電脈沖幅值和放電脈沖重復(fù)率變化趨勢(shì)如圖10所示。可以看出，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與計(jì)算曲線的變化趨勢(shì)具有較高的吻合度，但仍然存在一定范圍內(nèi)的波動(dòng)。

圖10 計(jì)算與實(shí)測(cè)下的放電脈沖重復(fù)率隨頻率變化曲線Fig.10 Calculated and measured curves between repetition rate and frequency

局部放電的影響因素眾多，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中溫度、濕度、氣壓等條件的微弱變化是引起計(jì)算曲線與實(shí)測(cè)曲線偏離波動(dòng)的主要原因。不同頻率下的計(jì)算曲線與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)之間的誤差可以用ΔEer表示，考慮溫度、濕度、氣壓以及其他因素引起的誤差可以用式(7)表示誤差來(lái)源：

ΔEer=kTΔT+kRHΔRH+kPΔP+e

(7)

式中：kT、kRH、kP分別表示溫度、濕度和氣壓修正系數(shù)；ΔT、ΔRH、ΔP分別為溫度、濕度、氣壓變化量；e為其他誤差來(lái)源。

為了盡可能減小溫度、濕度及氣壓對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，所有實(shí)驗(yàn)均在同一時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行，從而避免了天氣變化等因素帶來(lái)的環(huán)境偏差，但室內(nèi)環(huán)境仍然存在微弱的環(huán)流，造成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的波動(dòng)，分別計(jì)算了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與計(jì)算數(shù)據(jù)之間的標(biāo)準(zhǔn)偏差如表2所示?？梢钥吹皆谒治龅?個(gè)特征下，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與計(jì)算數(shù)據(jù)之間的標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于0.1，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中其他環(huán)境因素造成的實(shí)驗(yàn)誤差在可接受范圍內(nèi)。

表2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與計(jì)算數(shù)據(jù)之間的標(biāo)準(zhǔn)偏差

根據(jù)實(shí)測(cè)和理論分析可以看出，低頻下局部放電脈沖幅值較高，放電次數(shù)較少，此時(shí)高幅值放電造成的強(qiáng)烈電擊穿是引起絕緣系統(tǒng)失效的主要威脅；當(dāng)頻率升高時(shí)，放電幅值降低，放電數(shù)目幾乎呈線性增加，依據(jù)計(jì)算曲線，相比于f=50 Hz，1 kHz時(shí)放電幅值約降低80%，而放電重復(fù)率增加至11.92倍，此時(shí)多次累積反復(fù)的小幅值擊穿成為威脅絕緣失效的主要原因。隨著多電飛機(jī)向大功率高頻化方向發(fā)展，絕緣系統(tǒng)所承受的故障風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)進(jìn)一步加劇，因此在多電飛機(jī)的后續(xù)設(shè)計(jì)中有必要提高絕緣系統(tǒng)的承壓能力、對(duì)電作動(dòng)器等絕緣薄弱設(shè)備考慮采用新型絕緣材料或增加絕緣裕度，以加強(qiáng)絕緣能力，這對(duì)降低多電飛機(jī)絕緣失效故障率，保障飛機(jī)正常穩(wěn)定飛行具有重要意義。

4 結(jié) 論

通過(guò)施加正弦及方波脈沖電壓，在1 kHz范圍內(nèi)研究了電壓頻率對(duì)電作動(dòng)器繞組間放電特征的影響規(guī)律，并進(jìn)行了相關(guān)建模、計(jì)算、測(cè)試和對(duì)比分析，得到了如下主要結(jié)論：

1) 相比于正弦電壓，方波脈沖電壓下的局部放電更加強(qiáng)烈。在相同頻率及電壓幅值下，施加方波電壓時(shí)，起始放電電壓更低，僅有正弦波時(shí)的80%～90%，而放電幅值更高，為正弦波下的1.5～3倍，因此，脈沖電壓下局部放電造成的絕緣損傷更加嚴(yán)重，相關(guān)設(shè)備中的絕緣故障更值得關(guān)注。

2) 頻率對(duì)局部放電特征具有顯著的影響。在兩種電壓波形下，隨電壓頻率的增加，放電脈沖幅值降低，相比于f=50 Hz，到f=1 kHz時(shí)脈沖幅值普遍降低65%以上，放電重復(fù)率隨頻率升高幾乎呈線性增長(zhǎng)，隨頻率升高，譜圖更加密集，相位寬度逐漸增加。

3) 不同頻段下放電幅值和放電重復(fù)率的不同使多電飛機(jī)面臨不同層次的絕緣失效風(fēng)險(xiǎn)。低頻段高幅值放電造成的電擊穿是絕緣失效的主要原因，而1 kHz中高頻下放電重復(fù)率增加11.92倍，幅值降低80%，此時(shí)多次反復(fù)的脈沖沖擊成為迫使絕緣失效的主要威脅。多電飛機(jī)供電系統(tǒng)向大電壓高頻率方向發(fā)展時(shí)，需關(guān)注和加強(qiáng)不同頻段下的電氣設(shè)備絕緣耐受問(wèn)題。