局部放电测量值标准化的研究报道,其中分析了电机绕组局部放电机理,绕组特性对局部放电值的影响,以及局部放电测量值不能用校准的原因。对我们的现场试验很具指导意义。因而摘译部分内容,以供工程技术人员研究参考。
关键词局部放电旋转电机绕组老化定子诊断,概述局部放电试验用于检测高压电气设备质量,检测高压设备是否发生绝缘劣化,有时用于找出新设备在制造方面的问题,还可用于检测正常运行中设备的性能劣化局部放电试验能在线测量或离线测量。
大多数高压设备需要局部放电验收试验,可是,对于新的电动机和发电机绕组很少采用局部放电试验作为验收试验。制造厂家一般采用试验一,标准作为验收试验,它是一个间接的局部放电试验。由于电机绝缘存在消除应力的涂层,当试品为单独线圈或线棒时,沙试验对局部放电源是灵敏的,但当试品为整个绕组时则反应不灵敏。
无法进行直接局部放电验收试验的根本原因是定子绕组的电感性。
绕到局部放电机理定子绕组主要绝缘是环氧树脂或聚脂浇注的云母纸绝缘,虽然机体的环氧树脂或聚脂材料性能由于局部放电容易降低,但是对于中等水平的局部放电,云母绝缘基本不受影响。
由于使用云母绝缘,局部放电不一定导致绕组击穿。事实上,大多数额定电压为或者以上的发电机定子绕组在正常运行期间有局部放电出现,但不产生任何不良后果。大多数定子绕组故障是因为长期热老化,负荷振荡,或者是绕组在缝隙里松动。对于这些机械方面的原因,局部放电是绕组机械劣化或热劣化的征兆。产生局部放电是因为这些因素在高压和接地极之间产生空气穴。
通常,气穴越大,劣化越严重,因此局部放电量越大。但应注意,实际的劣化速度主要决定于热和机械应力,而不决定于局部放电,因为局部放电不是绝缘劣化的直接原因尽管它肯定是第二个影响因素,特别是空冷定子,击穿时间与局部放电引起的绝缘劣化无关。例如,如果热损伤发生,云母绝缘层间的粘合剂失效,产生空气间隙,它将导致局部放电,局部放电是热损伤的征兆。
然而,如果产生的空气间隙小,局部放电量就小,以至绝缘变得很脆而容易破裂。如果局部放电量长期增加,间隙越来越大,表示热损伤加重。于是如果局部放电量长期增加则表示热损伤在持续发展。但是,局部放电的实际大小与绝缘击穿时间无关,因为局部放电不是引起绝缘劣化的主要因素。
同样,如果线圈的螺栓松动,引起线圈和叠层定子铁心的磨损,绝缘的磨损造成空气间隙和产生局部放电,但是根本的原因是机械移动,而不是局部放电。这也再次说明,局部放电只是一个征兆,如果局部放电量长时间增加,那么更多的绝缘被磨损掉留下更大的空气隙产生更大的局部放电。它不意味着有很大的击穿危险。而对于那些由于制造商浇注的环氧树脂或聚乙烯不良,与铜导体存在大的空隙而产生的局部放电则是引起故障的主要原因。
如果空隙足够大,局部放电脉冲足以逐渐消耗几层云母绝缘,导致一匝绝缘失败。空隙越大,局部放电脉冲越大,击穿越快。因此对于这种机理的局部放电,可从其幅值大小了解击穿的时间。同样,如果定子绕组末匝有污秽并有放电痕迹,当放电量较大的时候,绝缘上的痕迹将出现得较快,因此,对于污秽造成的击穿,局部放电量大小可以很好地表示绕组击穿时间。
总之,对于许多故障,局部放电仅仅是机械或过热的故障征兆,因此一次单独的局部放电测量不能作为绝缘状况的绝对指示。有效的解释就是从长期的局部放电量大小看是否设备老化正在发展,或者是与同类设备在相同局部放电测量系统下的测量值进行比较相同厂家、设计、材料、额定值绕组特性对局部放电值的影响以前的局部放电测量标准中,依据电动机和发电机()一类的感应设备认定的皮库值对局部放电测量值进行校准,使校准很困难,特别是一标准中说明条“本方法直接用于能被表示为两端电容的简单绝缘系统。本方法能用于多级绝缘系统,但准确度较差,特别是涉及感性线圈的地方。”当局部放电发生时,一定量的电荷以几纳秒的速度注人系统,这是一个基本冲击源。
如果试品是一个集中电容,那么注入电荷产生一个很好的衰减脉冲,这可以用简单的电路理论计算,对电容试品的校准是容易的,局部放电测量系统作为一个积分器有一个恒定的时间常数。如果试品不但有电感而且有电容,那么局部放电脉冲将产生振荡响应,共振频率取决于电感和电容的值。由于定子绕组可模拟成一个电感和电容阶梯网络,该冲击产生一个宽频带共振频率。而大多数商用局部放电检测仪工作在一个相当有限的频域内,所以几乎不能检测到局部放电。
尽管实际局部放电脉冲产生在绕组内,但在绕组端部对测量值进行校准较为复杂。局部放电起始脉冲在两线棒从相端进入绕组激起局部共振,脉冲电流或电压传送到被测绕组端部,随着脉冲在绕组上传播,由于阶梯网络或传输线的介人,脉冲波形在频带波形上被削弱和改变,因此,在定子端部对测量值的校准不能代表绕组内脉冲产生的实际负荷。
在对一个电动机定子绕组试验中,用个不同商用局部放电检测仪根据进行局部放电检测,并用值进行校准,测得的局部放电数据在一不等见表,而它们所测的是同一台电动机上述结果清楚地表明,用值对定子绕组的检测进行校准不能得出唯一的结果。很明确,新绕组用测量局部放电的验收试验标准不能建立,因为测量本身可变性太大,这就是局部放电试验标准警告不要用于校准感性设备的原因。
结论根据现行的工业标准,定子绕组局部放电读数不应该采用传统的局部放电表示法皮库值,使用值给用户一个错误的感觉,即在一个定子上的放电将在不同的定子上也有同样放电。电力工程协会工作组正在制定的导则中,以这一事实教育用户。
对新的定子绕组的验收试验,现行技术标准不能提供适用于发电机定子绕组和不同品牌局部放电检测仪的明确的绝对标准。定子绕组局部放电读数不能校准的原因是因为它是一个复杂的电感一电容网络,它极大地改变局部放电脉冲频率和大小。这个复杂网络妨碍正常校准过程。
既使不考虑校准困难,局部放电大小是否反应严重劣化的特征取决于绕组实际的故障原因。在旋转电机里,局部放电常常仅是机械或热劣化的征兆,大的局部放电脉冲不一定与严重损坏相联系。大的局部放电脉冲仅仅是故障的一个特征,它的重要性在于和老化相联系。
对电动机和发电机定子绕组局部放电测量结果的描述基本上是一个比较过程,一个绕组的局部放电活动倾向于长期观察,如果局部放电量显著增加,说明定子绕组绝缘在迅速老化。另一方面,用同样的测量方法对同类设备的测量结果可以比较,定子有很高的局部放电活动可能是劣化严重。如果有大量的测量数据对同类设备进行比较是很有用的。