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发电机局部放电及其产生超声波机理

发布时间:2020-05-02 02:02:01人气:

发电机
 
在绝缘体中,只有局部区域产生放电,然而没有贯穿施加电压导体之间,这种现象即为局部放电(Partial Discharge, PD) 。局部放电理论包括对材料、电场、火花特性、脉冲波形的传播和衰减、传感器空间灵敏度、频率响应、标定、噪声和数据解释等的分析。

局部放电一般导致绝缘的局部损坏,不会引起绝缘的穿透性击穿,在长期作用下这种局部放电会造成绝缘装置的电气强度降低,使设备绝缘损坏。因此,局部放电是一个长期缓慢的对绝缘设备破坏的发展过程,局部放电情况将会验证绝缘的好坏,通过测量局部放电特性可以判定设备绝缘水平。正常运行中的发电机定子绕组发生局部放电时,局部放电量在某种程度上反应绝缘状况的好坏,放电功率的大小反应绝缘老化过程能量的强弱,而放电时间间隔和放电次数反应绝缘变化的速度。

局部放电与发电机定子绕组绝缘状况有着密切联系。由于发电机绝缘介质长期承受各种环境影响导致绝缘发生劣化,使得发电机在运行时绝缘产生局部放电。反过来,局部放电又加速绝缘劣化,若局部放电继续扩大与发展,最终将导致绝缘破坏,对高压绕组来说,局部放电现象是一个老化的重要特征。局部放电将严重影响发电机定子绕组寿命,如果能早期检测和监测发电机内部微弱的放电,测量局部放电特性,有利于发现绝缘故障的早期征兆,是诊断绝缘故障的有效方法

当电气设备绝缘损坏产生局部放电时,由于相互的压力或者电场力的作用,产生的气泡会发生膨胀和收缩情况,这种情况会造成局部体积变化,这种体积改变引起了外部会产生声波。产生局部放电的原因有很多种,在很低过电压下产生的局部放电不会发生热辐射,然而在较高的过电压下产生的局部放电会发生热辐射。从物理概念上分析,如果局部放电发生,产生的气泡会受到纳秒级脉冲电磁场力作用,并且在局部放电过程中有很大热辐射,电弧电流引起的高温会使气泡受到一定压力。因此,局部放电过程中产生超声波的原因主要有两个:一是局部放电时候的电磁场力,在较低电压作用下,在脉冲电磁场力的影响下气泡将按照衰减振荡运动,从而引起周围介质产生超声波;二是局部放电会使气泡热胀冷缩,气泡会在高电压下放电击穿,形成宽度约为几微米的火花通道。随着气体能量释放,放电通道的电磁场强度较小,直到放电结束。

当电气设备内部发生局部放电时,在放电处由于分子剧烈撞击,同时介质由于放电发热而瞬间体积发生变化而可产生大于20kHz的声波,即超声波。超声波是一种振动频率高于声波的机械波,具有频率高、波长短、绕射现象小,特别是方向性好、定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大,尤其在不透明固体中,可穿透几十米的深度。可以在设备上安装超声波传感器,将超声波信号转换为电信号,然后经一系列处理,就可得到设备局放信息的特征量,以监视绝缘异常情况,推断缺陷发生部位及绝缘内部是否发生局部放电。由于超声波检测受电气干扰小,可实现远距离无线测量,相对于传统的电脉冲等检测方法,有明显的优点。

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