端部放电
发电机定子绕组端部的连接处,是绝缘的薄弱环节,尽管采取了一系列的措施(如防晕漆涂层和分级防晕层等),仍是绝缘事故的多发区.通常发电机绕组端部采用绑扎或压板结构固定,在运行中由于振动和摩擦使防晕层损坏时,会引起端部表面放电.由于发电机端部电场局部集中,一旦发生端部放电,将对发电机的绝缘产生很大的破坏作用.
槽放电
槽部放电是指线圈主绝缘表面,线棒表面和槽壁之间的放电.其产生的原因是线圈的绝缘体在运行温度下,受热膨胀较小使槽部表面不能和铁芯槽壁完全接触,存在间隙.在运行中因振动或摩擦使槽部防晕层脱落,当间隙中的电场超过间隙的击穿场强时,即发生槽放电.槽放电是比电晕放电能量大数百倍的间隙火花放电.槽放电的局部温度可达数百至上千度,放电所产生的高能加速电子对线槽表面产生热和机械力的作用,在短期内可造成1mm以上深度的麻坑.放电使空气电离产生臭氧,氮及其氧化物与气隙中的水分子起化学反应,产生腐蚀性很强的硝酸等,引起线棒表面的防晕层,主绝缘,槽楔,垫条等烧损和腐蚀.
导体和绝缘体间放电
与内部放电类似,由于制造工艺上的原因或在长期运行中的电,热,化学和机械力的作用,高压电机定子绕组不可避免地会在导体(铜棒)和绝缘间出现气隙,在运行电压作用下,气隙中的场强很容易达到击穿场强,使导体和绝缘间出现局部放电现象.这种放电产生的能量使绝缘碳化,逐渐出现树状放电轨迹,最终导致绝缘击穿.
除上述四种放电类型外,还有由定子线圈股线断裂引起的电弧(火花)放电.当发电机定子绕组在运行中受到电,热,机械力的作用,引起定子线棒股线的疲劳断裂.断裂股线两端由于振动时断时续,形成火花放电,并且随工频电流过零而不断熄灭,重燃,形成电弧放电.这种由断股引起的电弧故障,由于有足够的热量(能量),可使导线熔化,对地绝缘烧毁,一直发展到绝缘破口,导线接地.因此,故障解剖往往找不到断股的证据.断股电弧故障在发展过程中,只要熔化的铜液未喷出,发电机主保护装置就无法感知支路间的电流差,不能动作,因而故障时间长,危害大.因此,电弧放电的机理虽然与局部放电(其它四种放电)的机理有所不同,但其产生的危害也不可忽视.
以上五种放电统称为故障放电,大型发电机的故障放电是加速绝缘老化和损坏,导致事故的主要原因.
电机绝缘老化过程
大部分电力设备在正常工况时都不允许有局部放电发生,旋转电机是个例外.电机被设计成在正常工作时也能容忍一定量的局部放电.只有局放的幅值超过了一定的量值,才会损坏电机的绝缘系统.从异常局放发生到最终绝缘击穿通常达半年或一年以上,所以监测电机的异常局放情况,提出预警,可以安排计划性停机检修,避免绝缘系统的损坏,延长系统的使用寿命,取得巨大经济效益.
文献[1]提到"局放一旦发生,其幅度通常随着时间增大,但局放可能被气隙内部的半导体覆层减弱或由于短路而停止".这些半导体覆层包括由于气隙火花放电而使绝缘材料分解的碳化物.
图2表示了检测的局放强度与逐步老化的绝缘系统之间关系的模式.经验表明,在绝缘体损坏前的较短时刻,局部放电密度会下降.这是由于气隙内部的火花放电使该点碳化,并使该点的电阻性物质低到能阻止气隙内部电压的建立.但该点通过的大电流及产生的热量会进一步加速绝缘的劣化并导致最终击穿.
电机局放特性
局放的特性与其产生的机理有关,这里不再对局放机理展开论述,只是简单地罗列局部放电的一些典型特性.
电机局放的第一个特性是局放信号主要发生在每一周期的第一和第三象限.绝缘系统气隙放电的简单模型可以用电容来等效,在第一象限当外加电压上升,电容两端的正向电压超过局放起始电压时,气隙开始放电.放电引起的气隙两端累积电荷建立了一个反向电压使气隙内部的电压减小.当气隙两端的电压再次上升到局放的起始电压时局放再次发生,如此循环直到外加电压不再上升.此后,随着外加电压逐步下降,气隙的电压也逐步下降,当气隙的反向电压超过局放起始电压时再次发生局放现象.
电机局放的第二个特性是检测到的局放电压脉冲与外加的电压趋势是反向的.也即在工频的第一象限,局放产生负的,下陷的脉冲;在第三象限,局放产生正的,向上的脉冲.这也可以认为是负极性的局部放电发生在气隙的正电压增加的第一象限;正极性的局部放电发生在气隙的负电压增加的第三象限.这些局部放电,在功率信号上可以检测到从几毫伏至几伏形式的高频脉冲.
电机局部放电的第三个特性是不同类型的放电在各象限的行为表现是不同的.譬如对于线棒松动造成的槽放电来说,局放的正极性放电脉冲明显超过负极性脉冲(最大幅值超过2倍以上,放电重复率超过10倍以上).这是由于放电气隙两端材料的不同造成的.因此根据局放脉冲的统计特性,如相位-放电量-重复率(),放电极性-重复率(,)等图谱,可进行故障诊断,确定放电类型和程度.

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