基于光纤传输超声测量的电机定子线棒局放检测方法研究.docxVIP

摘?要：

大型发电机和电动机是电力工业生产的主要旋转设备，其可靠性对相关企业能否正常生产和运行有决定性作用。电机定子绕组主绝缘受电、热、化学、机械等不利因素影响，绝缘性能逐渐变差，会对大型发电机和电动机运行安全造成严重威胁，因此有必要对表征电机定子线棒绝缘水平的局放情况进行检测。现提出了一种基于光纤传输超声测量的电机定子线棒局放检测新方法，可实现对电机定子绕组局放故障的精准定位。

关键词：

电机；定子绕组；局放；超声检测；定位

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引言

大型发电机和电动机是电力工业生产的主要旋转设备，其可靠性对相关企业能否正常生产和运行有决定性作用。据统计，大约41%的电动机或发电机故障是主绝缘（定子绝缘）老化引起的，高压电机或大容量发电机的运行可靠性在很大程度上取决于定子绕组的绝缘状况。在部分恶劣环境下，单根定子线棒故障可能迅速发展为相间短路、三相短路等故障。一旦电机因故障停运，将会影响企业的安全稳定运行并给企业造成严重的经济损失。

随着电机容量的不断增加，电机在安全性和运行寿命方面的要求也大幅提升。而单机容量的大幅提升必然带来定子电压的提升，这样定子绕组出现各种绝缘缺陷的概率越来越大，造成的后果也愈发严重。在电机实际运行过程中，电机定子绕组主绝缘材料会受到电磁力、热应力、热老化、化学老化或环境等因素影响，使得绝缘性能逐渐变差。对于电机的定子绕组，绝缘发生劣化的主要特征之一就是绕组内部或表面的局放水平大幅增加[2]。因此，对电机定子绕组主绝缘定期进行局放检测并监视不同部位局放水平的变化趋势，对于及早发现绝缘缺陷、避免故障持续恶化和实现绝缘缺陷的早期预警具有重大意义。

现阶段，许多专家和学者都针对发电机定子线棒局放检测和定位方法进行了深入研究。通过搭建宽度可调节的定子铁芯槽部模型作为局放信号提取接地极，基于已建立的各类放电模型，录取了发电机定子线棒内部、槽部、电晕及相间四种局放信号的指纹，并对不同类型放电指纹的分布规律进行了研究，为在线监测高压电机主绝缘局放信号对比提供了依据；提出了通过分析放电图谱、极性效应、脉冲相位和放电发展趋势等局放信号特征模式来识别发电机定子绝缘故障类型的方法；实际加工制作了3种典型的定子缺陷模型，利用脉冲电流法对热老化前后定子绝缘缺陷局放特性差异进行了对比测试，结果表明对于内部缺陷线棒，局放起始电压相较于热老化前出现了升高，槽部和端部缺陷线棒的局放起始电压在热老化后出现了下降；在分析局放超声波信号在发电机定子内传播特性的基础上，建立了电机局放定位方程组，通过求解方程组来找到局部放电点的位置；以超声波传感器作为现场敏感元件，搭建了超声检测系统的硬件和软件平台，通过实际开展模拟故障测试证明了利用超声波检测发电机定子绕组局放的可行性。

本文提出了一种基于光纤传输超声测量的电机定子线棒局放离线检测方法。试验时，在定子线棒上施加正常运行电压，通过逐槽扫描定子各线棒超声波信号幅值的变化，对电机定子线棒的绝缘水平进行检测。经现场实际测试，通过本方法可实现对电机定子绕组局放故障的精准定位，对于及时查明故障位置，缩短故障消缺时间具有重要意义。

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电机定子线棒的结构和局放类型

1.1?电机定子线棒的结构和绝缘设计

电机定子一般是由铁芯、绕组和外部机座等三部分构成。按照定子线棒形状的不同，可将定子线棒分为槽内直线段、端部曲线段以及电路连接头三部分。每根定子线棒是由定子铜导线、环氧粉云母绝缘带和端部阶梯段防晕设计组成。定子绕组的两端均向定子铁芯外部倾斜，角度在15°～30°。定子线棒内部多由空心裸铜线和实心扁铜线组成，考虑到集肤效应和环流损耗的影响，铜线在定子槽内进行540°换位并彼此绝缘。为改善感应电动势波形，定子绕组较多采用三相双层短节距结构，即YY结构。电机定子线棒槽内结构情况如图1所示。

定子线棒主绝缘制造工艺包括多胶模压型和少胶浸渍型两种。多胶模压型技术较为成熟，制造工期短且简单，一般是使用胶含量为35%左右的云母带在定子线棒上连续包绕，达到规定尺寸后，进行干燥处理，最后通过长时热模压固化成型。少胶浸渍型是以环氧玻璃粉云母少胶带进行包绕，完成后在真空压力下浸渍无溶剂环氧漆，保证线棒内部无气泡，整体的机械强度、热传导能力及线棒质量一致性均较好，但生产制造工期较长，不利于快速批量化生产。

1.2?电机定子线棒的放电特征

在电机定子绝缘结构中，多种不同材料共同构成了定子线棒的绝缘系统。由于不同材料的介电特性不同，受不同位置电场强度变化影响，各个材料的击穿场强也不一样[8]。当绝缘材料中某个部位的电场强度超过了材料本身的击穿场强，就会产生内部放电。在实际运行时，定子内最容易发生局放的位置是气泡。因气泡内气体的介电常数一般均小于绝缘材料的介电常数，受电场梯度分布影响，气泡内承受的场强更大，因此气泡最容易出现放电。

根据位置的不同，定