高频连续脉冲作用下电机绝缘局部放电信号的提取

局部放电是引起PWM变频电机绝缘在高频连续脉冲条件下发生老化的重要因素之一,严重时将导致电机绝缘的击穿.由于高频连续脉冲的上升时间为ns级且幅值为kV级,既加剧了电机绝缘的老化程度,也对局部放电检测系统提出了高要求.为了有效提取局部放电信号,本文提出一种新型的脉冲电流传感器(ICS).基于该传感器建立了一套局部放电测试系统,以牵引电机电磁线绞线对为试样进行局部放电测试.测量结果表明该测试系统能有效提取平顶区域的局部放电信号,对研究脉冲电压作用下的局部放电对绝缘老化的影响具有重要价值.     

振荡电压下电缆典型缺陷局部放电的统计特征及定位研究

振荡波检测技术在近似于工频的阻尼振荡电压作用下检测电缆绝缘缺陷处的局部放电,具有检测结果可标定、对电缆绝缘无损伤、特别适合现场测试等优点.为研究阻尼振荡电压作用下电缆缺陷局部放电的统计特征,文中在10kV电缆上预设了中间接头导体接管处错缠绝缘胶带、端部针尖、本体外半导电层破损、端部悬浮共计4类典型缺陷,采用自主研发的振荡波测试系统试验测量了预设缺陷的局部放电信号,应用振荡电压相位分析方法,分析了4类典型缺陷局部放电在不同严重程度时的相位统计特征.分析结果表明:4类预设缺陷的定位误差不大于10 cm;中间接头导体接管外错用绝缘胶带产生的局部放电信号呈三角形稀疏分布在振荡电压的20°～70°、200°～280° 2个相位区间;端部针尖缺陷产生的局部放电信号呈矩形密集分布在振荡电压的20°～110°、200°～280° 2个相位区间;外半导电层破损缺陷产生的局部放电信号呈三角形集中分布在振荡电压的180°～280°相位区间;端部悬浮缺陷产生的局部放电信号呈矩形集中分布在振荡电压的200°～300°相位区间.预设缺陷局部放电的相位谱图存在明显的特征差异,为进一步研究阻尼振荡电压作用下电缆局部放电的模式识别和放电严重程度奠定了基础.     

阶梯电压下变压器匝间绝缘局部放电试验研究

对于变压器绕组而言,轻微匝间放电的发展可能会造成匝间短路甚至更严重的后果。因此,对变压器绕组匝间局部放电的发展进行深入研究具有重要意义。在实验室内构建了变压器匝间绝缘局部放电试验平台,参照500 k V电力变压器线圈绝缘处理工艺要求,设计并制作了匝间绝缘局部放电试验模型线圈,采用逐级升压法对模型线圈施加试验电压,利用数字式局部放电检测仪进行局部放电信号采集,在室温下对变压器匝间绝缘局部放电特征量和二维图谱信息进行了系统的研究。得出了不同加压持续时间下脉冲最大幅值、脉冲平均幅值、脉冲重复频率和脉冲功率的变化特征以及二维图谱的相位分布信息。     

局部放电HF/UHF联合分析方法的现场电缆终端检测应用

使用局部放电检测方法检测高压电缆终端内的绝缘缺陷问题.根据高压电缆终端产生局部放电的不同信号传播特性,设计基于高频HF(High Frequencv)和超高频UHF(Ultra High Frequencv)检测原理的局部放电信号传感器以及便携式检测设备等,并开展现场电缆终端的局部放电在线检测.高频电流传感器可耦合接地线上流过的高频放电电流信号,而超高频传感器则感应空间传播电磁波信号.利用便携式检测设备实时采集数据结果,通过提取脉冲信号波形和多传感器信号联合比较分析等手段,对检测到的脉冲信号进行区分,排除外界干扰,分辨来自电缆终端内部的真实局部放电信号.现场检测结果表明,基于HF和UHF的局部放电联合分析方法,能够提高电缆局部放电辨别的准确性和有效性.     

宽频高压脉冲参数对聚酰亚胺薄膜局部放电特性的影响

为了探索脉冲电应力作用下高压绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件绝缘材料的局部放电特性,建立高频高压脉冲作用下的局部放电测量平台,系统研究了电压幅值、脉冲重复频率、上升沿时间和脉宽对聚酰亚胺薄膜局部放电特性的影响规律。结果表明:随着电压幅值从3 kV增加至11 kV,脉冲上升沿处的局部放电信号幅值逐渐增大,而放电时延逐渐减小;随着脉冲重复频率从50 Hz增大至100 kHz,上升沿的放电时延逐渐增大但局部放电信号幅值几乎不变;随着上升沿时间从136 ns增大至300 ns,放电时延逐渐增大且更加分散,局部放电信号幅值逐渐减小且更加紧密;与脉宽为1μs的情况相比,脉宽为500 ns时局部放电信号幅值更大且放电时延更小。该结果可为高压大功率电力电子装置中固态开关的绝缘老化和状态监测提供重要科学依据。     

基于FPGA的电力电缆接头局部放电在线监测系统

如果局部放电长期存在,会逐渐导致局部绝缘缺陷扩大并最终损坏电缆绝缘,影响电力系统运行的安全性和连续性。本文基于现场可编程门阵列（FPGA）实时数据采集技术,研制出了一套可在线长期监测电缆接头局部放电的系统,经实验室模拟和现场测试,证明其能捕捉局部放电信号,可为预防电缆系统绝缘故障提供参考。     

用于变频电机绝缘测试的PWM电压发生器

在变频电机绝缘测试中,重复脉冲方波电压不能完全模拟变频器输出的PWM电压反映变频电机绝缘失效机理,并且同一实验中使用不同电源影响实验数据的一致性。该文章设计了一台直接输出式PWM电压发生器,既可以输出模拟变频器实际的SPWM电压和SVPWM电压用于绝缘测试,又可以输出重复脉冲方波电压开展对比实验。首先,设计了基于FPGA的脉冲信号发生器,产生基波频率、开关频率可调的SPWM、SVPWM触发脉冲以及频率、占空比可调的重复方波脉冲;然后,设计了基于固态推挽开关的斩波器,在脉冲信号的触发下输出对应的双极性高压脉冲;最后,使用该脉冲电压发生器开展了SPWM电压下变频电机绝缘局部放电实验,验证了系统的可靠性和实用性。     

长距离超高压电缆交接试验时分布式局部放电传感器安装位置的优化研究

在长距离超高压电缆线路交接验收试验时，将高频电流线圈（high-frequency current transformer， HFCT）安装在交叉互联箱和直接接地箱内的引线末端以检测局部放电信号（明确局部放电信号的传播对于合理布置HFCT十分重要）。对引线电缆与输电电缆金属屏蔽层不同连接方式下局部放电的传播过程进行仿真，使用电缆模域理论将相域下的各导体局部放电信号分解为模域下的同轴模信号和土壤返回模信号，获得了不同连接方式下局部放电信号在线芯、屏蔽层及模域回路中的传播和衰减特性。仿真结果表明：在接头引线上HFCT测量得到的局部放电信号主要是同轴模信号；直通接头引线上流过的局部放电信号比较弱，应优先将HFCT布置在绝缘接头引线的末端。     

重复方波电压频率对变频电机匝间绝缘放电的统计特性影响

采用电磁检测方法借助重复脉冲电压参数可调的高压脉冲电源构建脉冲电压下的绝缘局部放电检测平台,研究重复方波电压的频率变化对变频电机单点和多点匝间绝缘放电模型局部放电统计特性的影响规律.结果表明:随着频率增加,绝缘单点和多点放电幅值均显著减小,这可能是由放电后绝缘表面残留电荷分布特性发生改变、激发初始电子概率增加及表面温升增加等综合因素引起.根据研究结果,在进行电机绝缘放电检测时应仔细考虑方波脉冲电压频率对局部放电脉冲的影响,选择合适的电压频率以提升测试灵敏度和准确性.     

基于LSTM算法的电力电缆局部放电检测方法

传统的局部放电检测方法在分析过程中忽略了噪声信号的影响,导致放电检测结果的准确性偏低.为此, 提出基于LSTM 算法的电力电缆局部放电检测方法.首先,提取电缆放电信号特征,由于线路运行信号和干扰信号 众多,因此通过分析其特征,得到典型的局部放电信号特征向量.然后,去除特征信号中噪声量的干扰,更准确地接 收电力电缆中的放电信号.最后,基于LSTM 算法检测与处理放电信号,对局部放电信号探测的速率进行控制,从 而提高局部放电信号探测的准确率.实验表明:使用此方法检测电缆局部放电所得的电压与实验所设定的电压较一 致,最大误差为0.9kV;2种传统方法相较于此方法的误差分别超出4.1kV、5.3kV.     

高压电缆绕组直线电机定子及绕组的涡流分析

为研究高压电缆绕组直线电机运行中可能出现的发热现象,建立了直线电机定子及绕组电缆的计算模型,用有限元法计算了电机在三相交流电作用下的涡流及电磁损耗分布,研究了绕组电缆有无金属屏蔽时电机内涡流分布的变化,并分析了涡流产生的热效应及其对电机运行带来的影响。研究表明,若定子绕组电缆有铜屏蔽层,运行时屏蔽层内将感应很大的涡流,其热效应可使电缆绕组烧损,进而严重影响高压电机的正常运行。研究结果可供高压直线电机定子绕组电缆的结构设计及选型参考。     

变频电机用交联聚乙烯绝缘电缆的发展

国内外变频电机使用量迅速上升 ,单台电机功率也逐步增大 ,我国电缆行业开始对电机绕组线进行了深入研究 ,但对于变频电机用电缆品种还没有得到足够的重视 ,因而提出应重视发展变频电源和变频电机之间连接用的电缆。本文讨论了这种电缆的工作条件特殊性 ,说明在内因和外因两方面均存在某些问题。针对这种特殊性 ,讨论了其结构改进要点以及研讨增加脉冲电压试验的合理性 ,并提出进一步制订专业标准的必要性。     

Reliability and statistical lifetime- prognosis of motor winding insulation in low-voltage power drive systems

Today, more and more complex power drive system (PDS) applications are being used in which an arbitrary number of inverters with different, autonomous drive frequencies are connected to a single dc bus. If long feeder cables, different inverter output circuits, and unfavorable grounding conditions simultaneously occur, then electrical oscillations with high peak values of the voltage between the motor terminals and ground may be generated. Occasionally, these can exceed the peak values of the generally better known mechanism of traveling waves [1], [2]. The complex design of recent drive systems requires more knowledge about the interaction of the components being used in the system and of the resulting effects. This knowledge forms the basis for the design of reliable drive systems. One of the major reliability topics for variable-speed power drive systems has long been the lifetime of the winding insulation system. The winding insulation system may manifest partial discharge (PD) because the electrical stress is higher for these systems than it is for drive systems that are directly connected to the line supply [1]?[4]. In the classic approach (see Figure 1) [4], [5], it is assumed that the peak voltages stressing the insulation system of the motor winding would be more or less constant and the PD inception voltage of the winding insulation would also be a deterministic value. From this, it is derived that an adequate lifetime can only be achieved by ensuring operation without PD. In case of operation with PD, the lifetime would be reduced to an unacceptable level. The approach presented in this paper considers both the generation of peak voltages, which stress the winding insulation system, as well as the associated stochastic PD inception behavior. This results in a statistically-based insulation coordination and a reliability-based economic design of the complete drive system (see Figure 2).     

基于BP人工神经网络的XLPE电力电缆局部放电的模式识别

根据电力电缆常见局部放电类型,提出了以局部放电信号三维谱图、放电次数及正负半波统计算子为特征量的XLPE电力电缆局部放电的BP人工神经网络模式识别方法,将该方法应用于模拟试验设计的5种典型局部放电模型,识别结果表明,该方法是可行的,识别效果较好,具有实际应用价值。     

Surge propagation and overvoltages for PWM‐inverter‐driven motors

The use of PWM inverters with high switching characteristics to provide variable frequency supply to motors causes overvoltage with steep‐fronted waveform on the motor terminals. Insulation failure in motor winding can be caused by this steep‐fronted transient voltage in inverter drive systems. From the point of view of wave propagation with the skin effect of cable conductors, these phenomena have not been reported previously. The main purpose of this paper to describe the exact surge propagation considering the skin effect of cable conductors and the wave deflections at inverter and motor terminals. © 2000 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 132(2): 65–72, 2000     

周期性脉冲电压作用下绝缘局部放电的测量与分析

局部放电是导致变频电机绝缘失效的主要原因之一.逆变器输出的脉冲方波上升沿陡、频带宽,使局部放电测量更加困难.文中采用脉冲电流传感器有效地测量出脉冲方波下的局部放电,利用小波包方法提取局部放电信号,并根据其统计结果,探讨了脉冲方波幅值和频率对放电次数、最大放电量、平均放电量的影响,为研究绝缘材料在脉冲方波下的老化机理创造了条件.     

基于EMD和Teager能量算子的电缆局部放电辨识

针对矿区电缆的局部放电辨识问题,根据其传播特性,提出利用经验模式分解与Teager能量算子对电缆两端测量点处局部放电信号的初始波头进行辨识,提升波头辨识方法的抗噪声干扰能力。采用RBF神经网络对训练样本进行训练,结合局部放电信号到达电缆两端测量点的时间差,实现电缆局部放电的精确辨识。利用PSCAD/EMTDC搭建电缆的仿真电路,并结合MATLAB进行了大量的仿真试验与计算分析。仿真计算结果表明该方法辨识精度高、相对误差小。     

XLPE电缆外半导电层电特性的试验研究

以XLPE电缆为绕组的新型变压器和电机所用交联聚乙烯电缆没有金属回流层,其外部只有一层半导电层,为了解其电特性,测量了长351和103cm的两段XLPE电缆从0(直流)至2MHz交流下的电阻率、阻抗、电容,结果表明:外半导电层电阻率约0.095Ωm,单位长电容40pF/m,在试验频率(<20MHz)范围内变化不大。     

基于直流电压注入的永磁同步电机定子绕组温度在线估计

提出一种新的永磁同步电机定子绕组实时温度在线估计方法。该方法无需温度传感器,也无需改变电机驱动系统的硬件,仅需在矢量控制中向α轴注入直流电压信号,通过在线辨识定子电阻并结合金属材料温度与阻值的线性关系实现定子绕组实时温度的估计。该方法特别适用于大功率电机,注入较小的信号即可在相绕组上产生相对较大的直流电流,减小了在交流相电流中提取直流电流分量的难度和温度估计误差。提出三种定子电压直流分量的获取方法,并给出讨论分析和对比结果,其中直接采用所注入信号实现温度估计的方法,无需对相交流电压采样和后处理得到直流分量,估计精度较高。仿真和实验验证了所提方法的有效性。     

一种新型双凸极单相永磁电动机的工作原理与参数计算

介绍了１种双凸极单相永磁电动机。电机有４个定子极和６个转子极,转子上无绕组及永磁体,定子上放置绕组和永磁体。定子极采用阶梯形结构,使电机可以起动。电机结构控制简单,可双向运转,适合于调速控制系统。研究了该电机的工作原理及其参数的计算,为电机的控制及系统仿真奠定了基础并提供了依据。