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简析脉冲条件下局部放电检测技术

作者:扬州金通电气有限公司技术部人气:-发表时间:[news:date style=yy-m-d] 字体大小:【

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20世纪90 年代以来,随着变频电源在调速系统中的广泛使用,出现了大批变频调速电机绝缘过早破坏的情况,这种情况在高速牵引机车中的变频牵引电机(采用 PWM 变频电源)中显得尤为突出。 
        国际上针对变频调速电机绝缘过早破坏开展了一定的研究工作,德国、美国、加拿大等的部分研究者已发表了一些试验结果。德国 K. Muller 等研究者认为传统的局部放电测量系统不能准确的测量PWM 变频电机内部的局部放电,因为传统的局部放电测量系统是在正弦、工频条件下进行测量的;而在 PWM 变频电机运行条件下局部放电应该发生在非正 弦、高频条件下,这导致局部放电对绝缘的损坏更加严重,最终导致绝缘的老化、破坏。同时,PWM 变频电源输出电压和局部放电信号有相似的频谱范围(相差只有 1~2 个数量级,工频下相差 6~7个数量级),这使得现有的局部放电监测系统在脉冲条件下完全不能应用。 因此,如何测量脉冲条件下绝缘介质中的局部放电,成为研究变频电机过早老化的关键问题之一。 
        国外在20世纪90 年代起就进行了 PWM 变频电源下的局部放电检测研究。意大利的 G. Coletti等人利用图 4 所示的测试电路,对 PWM 变频电机中的绞线对试样进行绝缘膜局部放电测试;日本的Hitoshi Okubo、Naoki Hayakawa 等人也对绞线对试样进行局部放电测试,对比了工频和脉冲条件下起始放电电压的关系,并得出脉冲条件下起始放电电压和脉冲上升沿的关系。


方波下局部放电检测电路


        国内对于高频电压下绝缘材料的局部放电特性研究很少,目前尚无系统的理论来指导工程实践。针对大功率变频电机的研究和报道目前也还不多。西南交通大学吴广宁教授和株洲电力机车厂合作,采用局部放电评价高压连续脉冲下聚酰亚胺绝缘薄膜绝缘状况,目前已测得 PWM 下 U 型线试样中的局部放电信号(如下图所示)。


        PWM 电源下 U 型线试样中局部放电波形,采用10kHzPWM 方波电源,峰-峰值 4kV 时测得脉冲条件下局部放电检测技术的关键在于如何区分电源脉冲信号和局部放电脉冲信号。传统的LCR 高通滤波器过渡带太宽,对电源脉冲信号只能衰减 10~100 倍,仍比局部放电信号高 2~3 个数量级,此类干扰一方面淹没了局部放电信号;另一方面对测试仪器也有一定的危险。此外,脉冲条件下局部放电对绝缘破坏机理及其与工频条件下的联系也是研究的一个重点。

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