1.项目背景

对于变频电动机和某些风力发电机，陡上升沿重复脉冲电压长期作用于绕组绝缘系统，对其寿命和可靠性形成挑战。在电机制造和运行过程中，尽早发现其绝缘系统中的隐患和缺陷，及时进行更换和维修是保证电机运行安全的有效手段。绝缘缺陷介于良好状态和短路状态之间，具有一定隐蔽性，往往在特定条件下才暴露出来，在例行的常规试验中很难被发现。对于成型绕组匝间绝缘的质量检验与状态评估，传统的冲击电压波形比较法存在着绕组线圈间电压分布不均、难以确定缺陷的严重程度和集中部位等弊端。本文提出了一种在感应脉冲电压下对局部放电近场测量方法以实现电机绕组匝间绝缘缺陷的检测。详细阐述了该方法的理论基础和传感测量系统的设计依据，并进行了试验验证。

2.论文所解决的问题及意义

1）本文基于阻抗谱特性分析实现了对电机绕组的宽频建模，并结合传输线理论分析了局部放电脉冲信号沿绕组传播的特性，论证了只有采取近场测量的方式，才有可能捕捉相对完整的局部放电信号。

2）完成了用于在被测电机绕组或线圈中感应脉冲电压的装置和适宜在定子线圈端部间隙处骑跨安装的非介入式局部放电传感器的研发，通过在典型电机绕组中的测试，验证了感应脉冲电压下电机绕组局部放电近场测量技术的可行性和有效性。

3.论文重点内容

1）电机绕组阻抗谱分析与建模

根据实测电机定子绕组的频率阻抗谱特征构建三相绕组任意两端子之间的近似等效阻抗模型如图1所示。图2给出了对于某变频牵引电机定子绕组，用上述模型近似拟合与实测的阻抗谱对照情况，二者吻合程度很好。

图1 电机绕组的宽频等效模型

图2 模型拟合与实测阻抗谱对比图

2）脉冲放电信号在绕组中的传播

利用上节介绍的阻抗谱宽频模型参数，建立了任意两相绕组端子对铁心(地)的双端口分布参数传输线模型。定义

为正弦信号源自绕组中点处传输至端子处时幅值衰减百分比，fu为信号源在相邻串联线圈远端点的幅值衰减百分比大于给定阈值δ的上限频率。对于某变频牵引电机定子绕组，二者的基本特性如图3所示，说明成型绕组中的局部放电信号只能在非常有限的区域内传播，频率越高的分量其传播区域越狭小。

图3 高频信号在绕组中的局域传播特性

3）感应脉冲电压下的局部放电测量

本文研制的脉冲电压感应与近场局部放电测量系统如图4所示。图5展示了针对某变频牵引电机定子绕组的感应脉冲电压下局部放电测量试验中获得的典型波形。实验结果说明采用新型传感器进行近场测量，可以有效地获取感应脉冲电压下绕组中的局部放电情况，有助于判断是否存在绝缘缺陷。仅从绕组引线端子处难以获得内部绝缘缺陷的完整信息，验证了匝间缺陷引发的局部放电信号在绕组中的局域传播特性。

图4 脉冲电压感应与近场局部放电测量系统

图5 典型的匝间脉冲电压与传感器输出信号波形

4.结论

本文测试和分析了电机绕组阻抗频谱的基本特征，以此为基础对一种典型电机绕组进行宽频等效电路建模，并通过参数拟合及仿真计算对模型进行了验证。结合传输线理论，推导出绝缘缺陷引发的局部放电脉冲信号高频分量在电机绕组中的局域传播特性，理论上支撑了只有采取近场测量的方式，才有可能捕捉相对完整的放电信号的论点，并且为基于近场电磁感应原理研制合适的新型高频电流传感器提供了设计依据。针对一种典型牵引电机绕组的测试案例结果，验证了基于感应脉冲电压下局部放电测试新方法的可行性和有效性。