畢業(yè)論文-大型高壓電動(dòng)機(jī)絕緣狀態(tài)快速檢測(cè)方案研究

PAGE哈爾濱理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：大型高壓電動(dòng)機(jī)絕緣狀態(tài)快速檢測(cè)方案研究院、系：電氣與電子工程學(xué)院姓名：指導(dǎo)教師：系主任：2012年6哈爾濱理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：學(xué)院：電氣與電子工程學(xué)院專業(yè)：高電壓與絕緣技術(shù)任務(wù)起止時(shí)間：2012年2月27日至2012年6月24日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：大型高壓電動(dòng)機(jī)絕緣狀態(tài)快速檢測(cè)方案研究畢業(yè)設(shè)計(jì)工作內(nèi)容：1、查閱與課題有關(guān)的資料，了解大型高壓電動(dòng)機(jī)絕緣試驗(yàn)的項(xiàng)目及每個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目的基本原理；2、查閱有關(guān)國(guó)內(nèi)外高壓電動(dòng)機(jī)絕緣試驗(yàn)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的資料，了解高壓電動(dòng)機(jī)絕緣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)；3、提出高壓電動(dòng)機(jī)絕緣狀態(tài)快速檢測(cè)的具體試驗(yàn)項(xiàng)目并進(jìn)行具體方案的設(shè)計(jì)；4、撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文參考資料：1、中國(guó)期刊網(wǎng)上與設(shè)計(jì)題目有關(guān)的資料；，2、有關(guān)電動(dòng)機(jī)絕緣檢測(cè)技術(shù)方面的相關(guān)資料和書籍；，3、有關(guān)電動(dòng)機(jī)絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)方面的相關(guān)資料和書籍。指導(dǎo)教師意見：簽名：年月日系主任意見：簽名：年月日教務(wù)處制表哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文PAGE46大型高壓電動(dòng)機(jī)絕緣狀態(tài)快速檢測(cè)方案研究摘要隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，生產(chǎn)系統(tǒng)中采用的大型高壓電機(jī)數(shù)量不斷增加，高壓電機(jī)故障率及其故障所造成的經(jīng)濟(jì)損失也不斷攀升，這就對(duì)高壓電機(jī)本身及其配套的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提出更高要求。目前的電機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只能對(duì)電機(jī)的工作電流、電壓和溫度等常規(guī)參量進(jìn)行監(jiān)測(cè)和處理，無(wú)法從更多角度全方面監(jiān)測(cè)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，更無(wú)法為電機(jī)故障診斷及預(yù)警提供可靠依據(jù)。因此，研究高壓電機(jī)絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文分析了電機(jī)絕緣檢測(cè)試驗(yàn)項(xiàng)目即每個(gè)試驗(yàn)的原理，總結(jié)了電機(jī)在線監(jiān)測(cè)的試驗(yàn)項(xiàng)目，對(duì)高壓電機(jī)絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了初步研究。文章還分析了導(dǎo)致絕緣故障發(fā)生的主要原因，結(jié)合傳統(tǒng)的電機(jī)絕緣離線檢測(cè)手段確定了在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)對(duì)象。分析了監(jiān)測(cè)對(duì)象的特性，設(shè)計(jì)了絕緣電阻在線監(jiān)測(cè)電路。絕緣電阻在線監(jiān)測(cè)電路包括附加直流電源電路、取樣電阻電路、程控運(yùn)放電路、DC-DC線性隔離電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、和數(shù)字量信號(hào)隔離電路。關(guān)鍵字高壓電機(jī)；絕緣電阻；在線監(jiān)測(cè)；絕緣診斷THEFASTDETECTIONSCHEMERESEARCHOFLARGEHIGHVOLTAGEMOTORINSULATIONSTATESAbstractWiththerapiddevelopmentofmodernindustry,thenumberofhighvoltagemotorsusedintheproductionsystemiscontinuouslyincreasing,andthefailurerateofmotorandthecorrespondingeconomiclossesarealsorising.Then.higherrequirementsofthemotoritselfaswellasitsmatchingonlinemonitoringsystemwillbeputforward.Thecurrentmonitoringsystemcanjustdetectandprocesstheconventionalparameterssuchascurrent,voltageandtemperature.Itcannotmonitortherunningstatefrommanyaspects,andcannotprovidereliablebasisforfaultdiagnosisandearlywarning.Therefore,ithasimportantpracticalsignificancetostudytheonlineinsulationmonitoringsystemofhigh-voltagemotor.Thispaperanalyzesthemotorinsulationtestprojectandtheprincipleofeachtest.Thensummarizesthemotoronlinemonitoringpilot’sproject.Developedahighpressuremotoron-lineinsulationmonitoringsystem.Thepaperanalyzesthemainreasonsofinsulationfault.Theobjectsofon-linemonitoringsystemaredeterminedbasedonthetraditionalmotorinsulationoff-linetestingmethod.Thecharacteristicofmonitoredobjectisanalyzed.Theon-linemonitoringcircuitoftheinsulationresistanceTheon-linemonitoringcircuitofinsulationresistanceofaseriesofseparatecircuitincludeanadditionalDCpowersupplycircuit,asamplingresistorcircuit,ananalog-digitalconversioncircuit,aDC-DClinearisolationcircuitandadigitalsignalisolationcircuit.KeywordsHighvoltagemotor；Insulationresistance；On-linemonitoring；Insulationdiagnosis目錄摘要 =1\*ROMANIAbstract =2\*ROMANII第1章緒論 11.1研究高壓電機(jī)絕緣在線監(jiān)測(cè)的意義 11.2高壓電機(jī)絕緣在線監(jiān)測(cè)國(guó)內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài) 21.3本文研究的主要內(nèi)容 3第2章高壓電動(dòng)機(jī)絕緣試驗(yàn)項(xiàng)目 42.1電動(dòng)機(jī)絕緣電阻測(cè)定 42.2高壓成型線圈的耐電壓試驗(yàn) 52.3高壓電動(dòng)機(jī)定子絕緣耐壓試驗(yàn) 72.4高壓電動(dòng)機(jī)直流耐壓試驗(yàn)和泄漏電流實(shí)驗(yàn) 72.5轉(zhuǎn)子繞組的耐電壓試驗(yàn) 9第3章高壓電動(dòng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目 103.1損耗因數(shù)（）在線監(jiān)測(cè) 103.2高壓電動(dòng)機(jī)放電的監(jiān)測(cè) 113.3電動(dòng)機(jī)溫度的在線監(jiān)測(cè) 153.4電動(dòng)機(jī)非電量的在線監(jiān)測(cè) 163.4.1電動(dòng)機(jī)振動(dòng)的在線監(jiān)測(cè) 163.4.2電動(dòng)機(jī)過熱煙霧監(jiān)測(cè) 163.4.3氣體成分的在線監(jiān)測(cè) 17第4章高壓電動(dòng)機(jī)絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究 184.1監(jiān)測(cè)絕緣電阻的重要性和測(cè)量原理 184.2電機(jī)絕緣電阻傳統(tǒng)測(cè)量方法 184.3絕緣電阻監(jiān)測(cè)電路設(shè)計(jì) 194.3.1絕緣電阻在線監(jiān)測(cè)電路總體設(shè)計(jì) 194.3.2附加直流電源電路設(shè)計(jì) 214.3.3取樣電阻的選擇 244.3.4程控運(yùn)放電路設(shè)計(jì) 254.3.5DC-DC線性隔離電路設(shè)計(jì) 264.3.6模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 284.3.7開關(guān)量、數(shù)字量信號(hào)隔離電路設(shè)計(jì) 294.4本章小結(jié) 30結(jié)論 31致謝 32參考文獻(xiàn) 33附錄 35第1章緒論自19世紀(jì)發(fā)明電動(dòng)機(jī)以來，高壓電機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中的用途越來越廣泛，所起到的作用越來越重要，其工作正常與否直接關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)效率的高低。所以通過在線監(jiān)測(cè)高壓電機(jī)的相關(guān)參量，進(jìn)而對(duì)高壓電機(jī)進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估和故障預(yù)警，已成為相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。1.1研究高壓電機(jī)絕緣在線監(jiān)測(cè)的意義大型電動(dòng)機(jī)是電力工業(yè)生產(chǎn)的重要設(shè)備，隨著電力工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，電動(dòng)機(jī)正朝著大容量高電壓的方向發(fā)展，電動(dòng)機(jī)單機(jī)容量的提高為提高電動(dòng)機(jī)效率、降低成本、減輕電能生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的影響提供了可能。但同時(shí)也對(duì)電動(dòng)機(jī)的安全可靠運(yùn)行提出了更高的要求。大容量的電動(dòng)機(jī)一旦發(fā)生故障將會(huì)造成停電事故甚至危及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，事故的涉及面大、修理周期長(zhǎng)、費(fèi)用高、經(jīng)濟(jì)損失巨大，因此，大型電動(dòng)機(jī)的安全可靠運(yùn)行已成為電力系統(tǒng)的大事。在線監(jiān)測(cè)是指電氣設(shè)備在運(yùn)行條件下不脫離電網(wǎng)，測(cè)量該設(shè)備的性能，即在工作電壓下對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行測(cè)量。隨著電氣設(shè)備容量的擴(kuò)大和社會(huì)對(duì)電力需求的日益增長(zhǎng)，要求盡可能減少停電次數(shù)，特別是要求避免突發(fā)性停電事故，因此，電力設(shè)備的維護(hù)從最早的事故后維修、預(yù)防性維修、發(fā)展到狀態(tài)維修。這就要求進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，即在工作電壓下經(jīng)常檢測(cè)電器設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以便做出設(shè)備是否需要維修的結(jié)論。高壓電動(dòng)機(jī)在長(zhǎng)期運(yùn)行中必然存在電的、熱的和化學(xué)的及異常條件下形成的絕緣劣化，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)絕緣強(qiáng)度降低，甚至發(fā)生故障。長(zhǎng)期以來，運(yùn)用絕緣預(yù)防性試驗(yàn)來診斷設(shè)備的絕緣狀況起到了很好的效果，但由于預(yù)防性試驗(yàn)周期的時(shí)間間隔可能很長(zhǎng)，以及預(yù)防性試驗(yàn)的試驗(yàn)條件與運(yùn)行狀態(tài)相差很大，因此就不易診斷出被測(cè)設(shè)備在運(yùn)行情況下的絕緣狀況，也很難發(fā)現(xiàn)在兩次預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)間間隔之間的缺陷，這些都很容易造成絕緣不良事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電機(jī)損壞事故約有50%是由電機(jī)定子繞組絕緣損壞引起的，而高壓電機(jī)定子線棒絕緣老化是定子線棒絕緣故障的主要原因，絕緣電阻異常、定子溫度過高、局部放電嚴(yán)重則是絕緣老化的重要表象。在線監(jiān)測(cè)高壓電機(jī)定子繞組絕緣電阻阻值狀況、溫度變化情況和局部放電信號(hào)特性，判斷定子絕緣老化程度，對(duì)潛在的故障隱患進(jìn)行診斷、預(yù)警，有助于提高大型高壓電機(jī)的使用壽命、防止突發(fā)性事故發(fā)生、減小故障對(duì)人員和設(shè)備安全的威脅，促使高壓電氣設(shè)備從目前的預(yù)防性維修階段逐步轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)知性維修階段。因此，研究高壓電機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。大型電動(dòng)機(jī)運(yùn)行安全的威脅主要來自其絕緣系統(tǒng)，這是由電動(dòng)機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)、絕緣的運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行條件決定的。電動(dòng)機(jī)的定子絕緣在運(yùn)行中要經(jīng)受電場(chǎng)作用、熱應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力、化學(xué)作用和外部環(huán)境的影響，不可避免地受到損傷并在長(zhǎng)期地運(yùn)行中逐漸劣化。因此，為了提高電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行可靠性應(yīng)當(dāng)密切監(jiān)視電動(dòng)機(jī)定子繞組的絕緣狀況。加強(qiáng)對(duì)大型電動(dòng)機(jī)的在線監(jiān)測(cè)。從電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的角度來看，進(jìn)行電動(dòng)機(jī)定子絕緣狀況的在線監(jiān)測(cè)可以提供絕緣系統(tǒng)的狀態(tài)信息，幫助制定停機(jī)計(jì)劃避免昂貴的非計(jì)劃停機(jī)，減少停運(yùn)損失和維修費(fèi)用，提高供電可靠性和電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。因此電動(dòng)機(jī)的在線監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為電動(dòng)機(jī)維護(hù)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。1.2高壓電機(jī)絕緣在線監(jiān)測(cè)國(guó)內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài)在線監(jiān)測(cè)這一設(shè)想由來已久。早在1951年，美國(guó)西屋公司的約翰遜針對(duì)運(yùn)行中的電機(jī)因槽放電的加劇導(dǎo)致電機(jī)失效，提出并研究了在運(yùn)行條件下監(jiān)測(cè)槽放電的裝置。這可能是最早提出的在線監(jiān)測(cè)思想。限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件，無(wú)法抑制來自線路的干擾，只能在離線條件下進(jìn)行檢測(cè)，但是在線監(jiān)測(cè)的思想則沿用至今。20世紀(jì)60年代，美國(guó)最先發(fā)展監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)，成立了龐大的故障研究機(jī)構(gòu)，每年召開1到2次學(xué)術(shù)交流會(huì)議。例如20世紀(jì)60年代初，美國(guó)即已使用可燃性氣體總量檢測(cè)裝置。日本等國(guó)研究使用氣體色譜儀，在分析自由氣體的同時(shí)，分析油中溶解氣體，這有利于發(fā)現(xiàn)早期故障。目前色譜分析技術(shù)日趨成熟，并為長(zhǎng)期的試驗(yàn)所證明，是一種行之有效的監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)，目前已廣泛應(yīng)用于電氣設(shè)備的檢查。到了20世紀(jì)80年代，局部放電的檢測(cè)技術(shù)已有較大的發(fā)展。加拿大安大略水電局研制了用于電機(jī)的局部放電分析儀，并以成功的用于加拿大等國(guó)的水輪發(fā)電機(jī)上?？笨怂娋盅芯克兄屏艘惶锥鄥?shù)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，除可對(duì)735kV變壓器的局部放電進(jìn)行監(jiān)測(cè)外，還可分析油中的溶解氣體組分及線路過電壓，并有初步的自動(dòng)診斷功能。日本的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)起步并發(fā)展于20世紀(jì)70年代，1975年起，由基礎(chǔ)研究進(jìn)入開發(fā)研究階段，并推廣應(yīng)用。20世紀(jì)70年代以來，前蘇聯(lián)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展很快，特別是電容性設(shè)備絕緣監(jiān)測(cè)和局部放電監(jiān)測(cè)。在我國(guó)，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展已有十多年的歷史，技術(shù)上日益完善。然而，由于種種原因使得某些技術(shù)問題未能得到徹底解決，他們或者影響測(cè)量精度，或者影響對(duì)測(cè)量結(jié)果的分析判斷，這在一定程度上影響在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的推廣應(yīng)用。這些技術(shù)問題有的是屬于理論性的，例如在線監(jiān)測(cè)和停電實(shí)驗(yàn)的等效性、測(cè)量方法的有效性、大氣環(huán)境變化對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響等，這些問題的解決需加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，積累在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，并制定相應(yīng)的判斷標(biāo)準(zhǔn)。另一類則屬于測(cè)量方法和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的問題，例如通過傳感器設(shè)計(jì)及數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)來提高監(jiān)測(cè)結(jié)果的可信度，采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制等技術(shù)提高監(jiān)測(cè)系統(tǒng)抗干擾能力，簡(jiǎn)化安裝調(diào)試及維修工作等。妥善解決這些問題將有助于提高在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的質(zhì)量和技術(shù)水平。1.3本文研究的主要內(nèi)容本文主要圍繞高壓電機(jī)定子絕緣故障展開研究，其目的是通過分析電機(jī)絕緣老化機(jī)理及相關(guān)參數(shù)變化特征，開發(fā)一套有效的絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。課題的研究以實(shí)際應(yīng)用的可行性為前提，同時(shí)兼顧技術(shù)先進(jìn)性，采用非侵入式監(jiān)測(cè)手段，結(jié)合成熟的應(yīng)用技術(shù)與高壓電機(jī)的實(shí)際現(xiàn)狀，為高壓電機(jī)絕緣在線監(jiān)測(cè)提供一條有效途徑。通過查閱大量國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，確定本文研究的主要內(nèi)容如下:（1）分析大型高壓電動(dòng)機(jī)絕緣試驗(yàn)的項(xiàng)目及每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基本原理；（2）了解電動(dòng)機(jī)絕緣在線監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目及發(fā)展；（3）分析絕緣電阻測(cè)量原理及傳統(tǒng)測(cè)量方法的不足之處和絕緣電阻在線監(jiān)測(cè)的必要性，設(shè)計(jì)絕緣電阻在線監(jiān)測(cè)電路，包括附加直流電源電路設(shè)計(jì)、分壓電阻選擇、程控運(yùn)放電路設(shè)計(jì)、DC-DC線性隔離電路設(shè)計(jì)、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)等。第2章高壓電動(dòng)機(jī)絕緣試驗(yàn)項(xiàng)目電力系統(tǒng)包括眾多的電氣設(shè)備,有些電氣設(shè)備的故障甚至?xí){到整個(gè)系統(tǒng)的安全供電.電力生產(chǎn)的實(shí)踐證明,對(duì)電氣設(shè)備按規(guī)定開展檢測(cè)試驗(yàn)工作,是防患于未然,保證電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要措施之一。2.1電動(dòng)機(jī)絕緣電阻測(cè)定在實(shí)際工作中,我們常常要檢測(cè)電機(jī)的絕緣電阻,用來衡量電機(jī)繞組的絕緣情況是否符合規(guī)定的要求,以保證電機(jī)的安全使用。1.電機(jī)絕緣電阻的測(cè)量測(cè)量電機(jī)的絕緣電阻一般是用兆歐表,這也是國(guó)家計(jì)量規(guī)定的檢定儀表，只要按照要求使用,測(cè)量出來的數(shù)值的準(zhǔn)確度是符合要求的。除此以外,還可以用萬(wàn)用表(或直流電壓表與電流表)采用“伏一安”法進(jìn)行測(cè)量,電路如圖2-1所示.根據(jù)測(cè)量電壓為電機(jī)工作電壓的一倍的要求,電路中采用、與、組成的倍壓整流，使輸出直流電壓V約為600V,電阻R起限流作用以防電機(jī)絕緣電阻過小而損壞儀表。如果電機(jī)絕緣電阻大,則可減小R或短接R,以提高電流測(cè)量的靈敏度.用萬(wàn)用表測(cè)量時(shí),可先測(cè)量電壓,后串人電路測(cè)電流。設(shè)測(cè)量的電壓與電流為U與I，那么，電機(jī)的絕緣電阻R：（1）經(jīng)多次實(shí)測(cè)表明，采用這種方法測(cè)量與用兆歐表進(jìn)行測(cè)量,誤差不超8%,能滿足測(cè)量準(zhǔn)確度的要求。值得注意的是，我們不能直接用交流電源進(jìn)行“伏一安”法測(cè)量，因?yàn)殡姍C(jī)繞組對(duì)交流電源來說，不僅本身存在電感L引起的感抗()，線圈之間存在分布電容C所引起的容抗，而且在電機(jī)繞組與外殼之間也存在分布電容引起的容抗，這樣用“伏一安”法測(cè)量出來的不是電機(jī)繞組與外殼之間的絕緣電阻R，而是它們的總阻抗Z.圖2-1伏安法測(cè)電機(jī)絕緣電阻的原理圖2.電機(jī)絕緣電阻值的確定無(wú)論采用兆歐表進(jìn)行測(cè)量，還是采用“伏一安”法進(jìn)行測(cè)量，所得電機(jī)絕緣電阻都是常溫下的值，然而有關(guān)規(guī)程手冊(cè)中規(guī)定低壓電機(jī)的最低絕緣電阻為0.5是指在75℃時(shí)的值，因此，必須把常溫下的電阻值換算成75℃（2）式中t——檢測(cè)時(shí)的環(huán)境溫度.R——環(huán)境溫度t時(shí)的檢測(cè)的絕緣電阻.R——換算成75時(shí)的絕緣電阻.例如，我們?cè)?0時(shí)測(cè)量某電極的絕緣電阻為20，那么，R==0.44.2.2高壓成型線圈的耐電壓試驗(yàn)高壓電機(jī)的成型線圈或線棒在嵌入槽內(nèi)前需要對(duì)匝間絕緣和對(duì)地絕緣進(jìn)行試驗(yàn)。（1）對(duì)地絕緣耐電壓試驗(yàn)1）工頻耐電壓試驗(yàn)：將線圈或線棒的直線部分分別按照表2-1的長(zhǎng)度包導(dǎo)電金屬箔，在線圈導(dǎo)體和金屬箔間進(jìn)行1min耐電壓試驗(yàn)。我國(guó)基本按表2-2進(jìn)行耐電壓試驗(yàn)。表2-1高壓成型線圈耐電壓試驗(yàn)長(zhǎng)度電機(jī)額定電壓V3000以下6000以上無(wú)防暈層線圈鐵心長(zhǎng)+20mm鐵心長(zhǎng)+40mm有防暈層線圈-與低電阻防暈層等長(zhǎng)表2-2高壓成型線圈耐電壓試驗(yàn)的電壓值試品電機(jī)容量電機(jī)額定電壓U線圈試驗(yàn)電壓成型線圈＜10000＜110002.75U+4500半線圈＞10000＜60002.75U+4500線棒＞10000＜170002.75U+6500IEC草案規(guī)定工頻耐壓檢查試驗(yàn)電壓的有效值為：式中-電機(jī)繞組額定電壓有效值（kV）。草案規(guī)定在kV耐壓試驗(yàn)1min后，立即以1kV/S的升壓速度升值擊穿。其擊穿值不得低于2kV。草案規(guī)定型式試驗(yàn)是隨機(jī)抽樣。耐壓和擊穿實(shí)驗(yàn)應(yīng)按上述要求進(jìn)行。常規(guī)檢查試驗(yàn)要對(duì)每個(gè)線圈都進(jìn)行，其試驗(yàn)電壓值可由生產(chǎn)廠和用戶商定。2）沖擊耐電壓試驗(yàn)：IEC草案規(guī)定，以1.2/50的標(biāo)準(zhǔn)沖擊波進(jìn)行的耐電壓試驗(yàn)。它的工作原理是:用多個(gè)電容器并聯(lián)充電，而后串聯(lián)放電產(chǎn)生脈沖高電壓，這個(gè)脈沖高電壓對(duì)負(fù)載電容C充電形成沖擊電壓的波頭，同時(shí)C、C上的電荷又經(jīng)負(fù)載電阻R放電形成波尾。如圖2-2所示，試驗(yàn)變壓器T將工頻電壓升高，經(jīng)整流器整流，在電容器C上得到電壓u,當(dāng)u足夠高時(shí)，使球隙G放點(diǎn)。圖2-2沖擊電壓發(fā)生器的原理圖（2）匝間絕緣耐電壓試驗(yàn)對(duì)于大型電機(jī)，由于高壓線圈匝數(shù)不多，一般不能在線圈匝間施加工頻高壓。國(guó)內(nèi)通常對(duì)嵌線前成型線圈用沖擊感應(yīng)法。在匝間感應(yīng)出一個(gè)高壓，以檢驗(yàn)匝間絕緣的可靠性。必須指出匝間沖擊試驗(yàn)電壓的峰值應(yīng)按電機(jī)繞組的工作電壓來選擇。IEC草案規(guī)定將沖擊電壓值直接施加于樣品線圈兩端，利用電容衰減震蕩放電作為試驗(yàn)電壓，充放電不少于5次。為使沖擊電壓在匝間分布均勻，第一個(gè)沖擊波的波前時(shí)間不少于0.5，施加試驗(yàn)電壓的峰值為對(duì)地絕緣沖擊電壓峰值的一半：2.3高壓電動(dòng)機(jī)定子絕緣耐壓試驗(yàn)高壓線圈在嵌線、接線而形成繞組的過程中會(huì)受到不同程度的損傷。必要時(shí)，可在每工序后進(jìn)行試驗(yàn)，以確保繞組最后耐電壓試驗(yàn)?zāi)芊蠘?biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。電動(dòng)機(jī)定子繞組絕緣方法繞組損壞的直接原因是匝間薄弱和施工造成褶裂。理論上，絕緣(電介質(zhì))擊穿時(shí)的均勻電場(chǎng)強(qiáng)度E=U/h，式中，U為擊穿電壓，h為擊穿處絕緣介質(zhì)的厚度，可見h越大、E越小，絕緣被擊穿的幾率越低，故可采取增加匝間絕緣厚度的方法。但應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)以下問題：①匝間絕緣厚度增加，相應(yīng)繞組的橫斷面就增加，鐵心槽的橫斷面也應(yīng)增加，這樣會(huì)使電動(dòng)機(jī)定子鐵心漏磁增加，效率降低。②原匝間絕緣所用云母墊條只能墊在層間，卻無(wú)法墊入相鄰線間。③現(xiàn)有制造工藝無(wú)法克服端部頂端匝間絕緣由脹形造成的褶裂。④絕緣材料加厚，則散熱條件變壞，擊穿強(qiáng)度降低。因此，忽略環(huán)境及絕緣品質(zhì)因素的影響，增加高壓電動(dòng)機(jī)匝間絕緣材料(玻璃絲、云母)的厚度，不能解決匝間絕緣薄弱的問題，更無(wú)法克服繞組端部頂端導(dǎo)線匝間絕緣的褶裂。2.4高壓電動(dòng)機(jī)直流耐壓試驗(yàn)和泄漏電流實(shí)驗(yàn)直流耐壓實(shí)驗(yàn)和泄露電流的測(cè)量是同時(shí)進(jìn)行的，當(dāng)進(jìn)行直流耐壓實(shí)驗(yàn)時(shí)，在升壓和耐壓過程中測(cè)量相應(yīng)測(cè)量電壓下的泄漏電流，試驗(yàn)線路如圖2-3圖2-3直流耐壓試驗(yàn)與泄漏電流測(cè)量線路T1—調(diào)壓器；T2—高壓變壓器；R—限流電阻；D—高壓硅整流器V—高壓靜電電壓表；TD—被試電機(jī)；—微安表當(dāng)被測(cè)試?yán)@組的絕緣強(qiáng)度良好時(shí)，在直流電壓作用下，泄露電流很小，同時(shí)其泄漏電流與施加的直流電壓之間為一條有一定斜率的直線，而絕緣電阻值基本不變。但當(dāng)施加的直流電壓超過一定數(shù)值時(shí)，泄漏電流就會(huì)開始彎曲，并會(huì)很快增大，而絕緣電阻也會(huì)明顯下降，如果到了擊穿電壓，泄漏電流就會(huì)急劇升高，絕緣被擊穿，絕緣電阻下降到零。如圖2-4，它實(shí)質(zhì)上是測(cè)量電機(jī)繞組絕緣強(qiáng)度在升壓時(shí)的伏安特性。圖2-4電機(jī)繞組絕緣強(qiáng)度在升溫時(shí)的伏安特性利用上述原理，在一定試驗(yàn)電壓范圍內(nèi)，對(duì)絕緣施加不同數(shù)值的直流電壓，并測(cè)量通過絕緣的相應(yīng)泄漏電流，通過泄漏電流的大小，電壓電流的變化關(guān)系，就能分析判斷出電機(jī)的絕緣情況。2.5轉(zhuǎn)子繞組的耐電壓試驗(yàn)對(duì)繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，為使繞組匝間絕緣耐電壓試驗(yàn)既考核定子繞組又考核轉(zhuǎn)子繞組，必須在電動(dòng)機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)和轉(zhuǎn)子繞組開路時(shí)進(jìn)行。通常在測(cè)定變壓比后直接將外施電壓升高到1.3U,保持5min。試驗(yàn)中若絕緣擊穿造成轉(zhuǎn)子繞組匝間短路，或因絕緣不良的鐵心片間或螺栓間存在的渦流都會(huì)使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，故必須設(shè)法卡住轉(zhuǎn)子使其處于靜止?fàn)顟B(tài)。在大功率的兩級(jí)繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)中，因其轉(zhuǎn)軸直徑選用主要是按剛度考慮的，轉(zhuǎn)子鐵心絕大部分面積被軸占用，轉(zhuǎn)子鐵心明顯小于定子的。故電機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子鐵心不會(huì)顯著飽和，而當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，轉(zhuǎn)軸中感應(yīng)的渦流使轉(zhuǎn)軸實(shí)際上不能通過磁通，轉(zhuǎn)子鐵心電抗大增，常使額定電壓時(shí)的磁化電流超過額定電流，因此轉(zhuǎn)子繞組匝間絕緣試驗(yàn)必須使轉(zhuǎn)子開路，且用另外原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)逆定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)。若此轉(zhuǎn)速等于額定值，則轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢(shì)的頻率將等于電源頻率的兩倍。為使轉(zhuǎn)子電勢(shì)達(dá)到130%額定值，所需磁通僅為相應(yīng)于轉(zhuǎn)子靜止時(shí)額定電壓65%的數(shù)值，故此時(shí)定子繞組僅需施加65%的額定電壓。轉(zhuǎn)子繞組也可用沖擊波形比較法進(jìn)行試驗(yàn)。第3章高壓電動(dòng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目電機(jī)和變壓器相比，由于增加了旋轉(zhuǎn)部分，其結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，部件類型也很多，任意部件故障均可能導(dǎo)致它失效，旋轉(zhuǎn)電機(jī)對(duì)所用材料的機(jī)械強(qiáng)度要求較高，而電氣強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度的要求之間存在矛盾。絕緣材料常是電機(jī)所用材料中機(jī)械強(qiáng)度最脆弱的部件，因機(jī)械力而造成的損傷會(huì)使絕緣材料的性能惡化。其次，電機(jī)的散熱條件不如變壓器，他受溫度影響更大，高溫下材料的絕緣性能會(huì)迅速下降。另外，由于電機(jī)不是完全密封性設(shè)備，運(yùn)行時(shí)除了受電、溫度、濕度、機(jī)械應(yīng)力的作用外，還會(huì)受環(huán)境的污染等影響。電機(jī)發(fā)生故障的原因很多，為診斷這些故障，應(yīng)包括以下檢測(cè)項(xiàng)目：(1)損耗因數(shù)監(jiān)測(cè)；（2）放電的監(jiān)測(cè)；（3）溫度的在線監(jiān)測(cè)；（4）震動(dòng)的監(jiān)測(cè)；（5）過熱煙霧監(jiān)測(cè)；（6）氣體成分的在線監(jiān)測(cè)等。本章將具體介紹每個(gè)在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。3.1介質(zhì)損耗因數(shù)（）在線監(jiān)測(cè)（1）介質(zhì)損耗因數(shù)（）的測(cè)量圖3-1表示在交流電壓作用下絕緣的特性。流過介質(zhì)的電流由兩部分組成：為電容電流分量，為有功電流分量。介質(zhì)中的功率損耗P=U=U=為介質(zhì)損耗角的正切，一般比較小，習(xí)慣上叫為介質(zhì)損耗因數(shù)。圖3-1交流電壓下的絕緣損耗特性通過測(cè)量，可以反映出絕緣的一系列缺陷：如絕緣受潮，油和浸漬物贓物或劣化變質(zhì)，絕緣中有氣隙放電等。這時(shí)，流過絕緣的電流中有功電流分量增大了，也加大。由于是一項(xiàng)表示絕緣內(nèi)功率損耗大小的參數(shù)，對(duì)于均勻介質(zhì)，它實(shí)際上反映單位體積之內(nèi)的介質(zhì)損耗，與絕緣的體積大小沒有關(guān)系。這一點(diǎn)可以理解為在一定的絕緣的工作場(chǎng)強(qiáng)下，可以近似的認(rèn)為，絕緣厚度正比于U。當(dāng)絕緣厚度一定，絕緣面積越大，其電容量越大，也越大，故正比于絕緣面積。因此近似的認(rèn)為絕緣體積正比于U，反映單位體積重的介質(zhì)損耗因數(shù)。（2）在線監(jiān)測(cè)介質(zhì)損耗因數(shù)的電壓電流、互感器法電壓、電流互感器法的基本接線如圖3-2所示。圖3-2電壓電流互感器法在線監(jiān)測(cè)的基本接線從母線電壓互感器獲取電壓信號(hào)，經(jīng)電壓傳感器進(jìn)入A/D采樣卡，來自被監(jiān)測(cè)設(shè)備電流傳感器的信號(hào)也進(jìn)入A/D卡。然后在主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，求取值。3.2高壓電動(dòng)機(jī)放電的監(jiān)測(cè)電機(jī)的放電一般可分為三種類型。（1）電機(jī)絕緣內(nèi)部放電：這時(shí)正負(fù)極性下的放電脈沖大體上相同；（2）槽部放電：定子線棒槽部防暈層與鐵心之間的氣隙中的放電稱為槽部放電。這時(shí)放電波形中的正極性脈沖常大于負(fù)極性，而且放電次數(shù)隨負(fù)荷變動(dòng)。（3）端部放電：這時(shí)雖然正極性的脈沖也常大于負(fù)極性，但放電過程比槽部放電緩慢，而且后期也往往發(fā)展成槽部放電。國(guó)際上較早投入運(yùn)行的電機(jī)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是1951年西屋公司所研制的槽放電監(jiān)測(cè)器。它從發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)接地電阻上引出信號(hào)，信號(hào)通過阻抗連到帶通濾波器上，濾波器的輸出接示波器顯示放電波形。在此基礎(chǔ)上發(fā)展了各種傳感器和相應(yīng)的檢測(cè)方法。電機(jī)的放電在線監(jiān)測(cè)有中性點(diǎn)射頻法、耦合電容法、和高頻天線法等。(1)中性點(diǎn)射頻法當(dāng)定子繞組線棒出現(xiàn)導(dǎo)線斷股時(shí)，將出現(xiàn)間歇性電弧，產(chǎn)生頻帶很寬的按指數(shù)規(guī)律變化的高頻衰減電流波形，其中一部分傳向定子星型繞組的中性點(diǎn)。采用裝于中性點(diǎn)上的射頻電流互感器及其相應(yīng)的測(cè)量裝置可以在線檢測(cè)其電流，其測(cè)量原理如圖3-3所示圖3-3中性點(diǎn)射頻法測(cè)量原理1-高頻電流互感器2-中性點(diǎn)電阻3-定子4-測(cè)量?jī)x5-記錄儀測(cè)量回路中高頻電流互感器套在定子星形繞組的中性點(diǎn)引線上，通過電流互感器把放電產(chǎn)生的電磁波信號(hào)取出來，再用一個(gè)準(zhǔn)峰值無(wú)線電干擾儀來檢測(cè)這個(gè)信號(hào)，在零序電流的頻譜上往往可以看出有三個(gè)比較明顯的頻率分量，它們分別是(1)由整相繞組的電感和電容所引起(2)由每個(gè)線圈的電感和電容所引起(3)由一相繞組的電感和零序電流互感器的電容所引起有資料介紹，對(duì)于容量為500MW及以上的汽輪發(fā)電機(jī)，這三種頻率分別為50kHz,370kHz及1MHz左右。不少國(guó)家已在大型汽輪發(fā)電機(jī)上安裝了固定頻率(如1MHz)的中性點(diǎn)射頻在線監(jiān)測(cè)儀。(2)耦合電容法耦合電容法是在電機(jī)定子繞組的出線端通過一個(gè)耦合電容與脈沖高度分析器相連，對(duì)放電脈沖的時(shí)域特性進(jìn)行分析的一種方法。其測(cè)量原理如圖3-4所示。這里所用的脈沖高度分析器由閾值上下限電路與單穩(wěn)等電路構(gòu)成，考慮到足以捕捉上升時(shí)間為1~10ms級(jí)的局部放電脈沖，分析器的響應(yīng)寬度為80MHz。耦合電容器永久地裝在電機(jī)的端部各相的環(huán)形母線上，安裝上這種耦合電容還可以保證系統(tǒng)免受外部供電系統(tǒng)的放電信號(hào)所產(chǎn)生的干擾的影響。利用這種方法可以定期對(duì)電機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以監(jiān)測(cè)到定子槽部放電和繞組絕緣劣化過程。用耦合電容法進(jìn)行局部放電測(cè)量，應(yīng)盡量靠近局部放電電源，如將耦合電容器成對(duì)接到差分放電器上，可大大抑制來自電源等的外來干擾。圖3-4耦合電容法測(cè)量原理1-耦合電容2-中性點(diǎn)電阻3.4.5-單穩(wěn)電路（3）高頻天線法如圖3-5給出了一種高頻天線法進(jìn)行局部放電監(jiān)測(cè)的原理圖。它從天線上接收信號(hào)，信號(hào)經(jīng)放大后進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)器內(nèi)有一帶通濾波器，其通帶在放電噪聲的截止頻率以上。在大型電機(jī)上，使用這種監(jiān)測(cè)器，可以得到較滿意的結(jié)果。把天線裝在電機(jī)外殼靠近中性點(diǎn)附近，這在現(xiàn)場(chǎng)是可以實(shí)現(xiàn)的。使用這種儀器可以監(jiān)測(cè)到繞組股線的電弧放電與其他危害性放電。圖3-5高頻天線法監(jiān)測(cè)原理圖衰減器2-高頻放大器3-檢波器4-記錄儀5-信號(hào)處理單元6-可調(diào)帶通濾波器7-高頻天線測(cè)量電動(dòng)機(jī)局部放電在線監(jiān)測(cè)硬件系統(tǒng)包括以下幾部分:耦合電容器、寬頻電流傳感器、同軸電纜、局放信號(hào)調(diào)理通道、同步工頻電壓信號(hào)調(diào)理通道、單片機(jī)控制模塊、數(shù)據(jù)采集卡和工控計(jì)算機(jī)。其硬件結(jié)構(gòu)如圖3-6所示。從電機(jī)定子繞組傳來的局部放電信號(hào)經(jīng)過寬頻電流傳感器后送入信號(hào)調(diào)理模塊。由于傳感器輸出的模擬信號(hào),其輸出幅值很小,為毫伏或微伏級(jí),而且常常伴有大量噪聲,所以為了滿足系統(tǒng)的測(cè)控要求,在送到后續(xù)電路進(jìn)行變換之前,常常需要將它們進(jìn)行預(yù)處理,如放大、濾波、整形等。經(jīng)過預(yù)處理后的局放信號(hào)送往工控機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采集，然后通過PCI總線傳輸給上位機(jī)。傳感器輸出的信號(hào)包含微弱的工頻電壓信號(hào),通過濾波放大后,經(jīng)采集卡采集,可得到局部放電信號(hào)的同步參考相位。同時(shí)工頻電壓信號(hào)經(jīng)過整流、分頻處理后輸出數(shù)據(jù)采集卡觸發(fā)信號(hào),驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)采集卡工作。工控計(jì)算機(jī)通過串口與單片機(jī)模塊通信,來控制局部放電信號(hào)調(diào)理模塊,實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)調(diào)理模塊和數(shù)據(jù)采集卡智能化控制。圖3-6局部放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件圖3.3電動(dòng)機(jī)溫度的在線監(jiān)測(cè)電機(jī)額定容量通常是由絕緣所能承受的最高允許溫度所決定的，發(fā)電機(jī)出廠前主要性能試驗(yàn)之一是進(jìn)行溫升試驗(yàn)。在運(yùn)行中對(duì)電機(jī)各部分進(jìn)行溫度檢測(cè)是十分重要的。電機(jī)溫度測(cè)量有兩種方法，即用埋入式檢溫元件測(cè)量電機(jī)內(nèi)部某些部位的局部溫度和測(cè)量電機(jī)內(nèi)溫度分布并計(jì)算平均溫升。在設(shè)計(jì)和制造過程中，為了監(jiān)測(cè)電機(jī)有效部分的溫度，在定子繞組或定子鐵心之中常預(yù)埋熱電偶或電阻式監(jiān)測(cè)計(jì)類的測(cè)溫元件，這些測(cè)溫元件還可以埋在運(yùn)行的軸承中監(jiān)測(cè)發(fā)熱情況。這種方法的缺點(diǎn)是熱電偶和電阻式檢溫計(jì)必須與電機(jī)的帶電部分絕緣，因?yàn)樗鼈兌际怯山饘贅?gòu)成的，不能直接安放在定子繞組的最熱部分，而不得不安放在定子線棒的絕緣層外，由此產(chǎn)生的溫差可通過熱阻公式進(jìn)行計(jì)算。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，光纖溫度傳感器已開始用于電機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)子溫度測(cè)量。其基本原理是在轉(zhuǎn)子表面用熒光涂料噴成一個(gè)環(huán)狀，這種涂料在紫外線照射時(shí)，將隨溫度而發(fā)出熒光，并隨時(shí)間而衰減，溫度越高衰減時(shí)間越快。光纖通過定子將紫外線聚集在轉(zhuǎn)子表面熒光涂料環(huán)上，使涂料發(fā)出熒光，同時(shí)接收光纖將這些帶有溫度的熒光傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)系統(tǒng)，即可得到轉(zhuǎn)子表面的溫度分布。電機(jī)內(nèi)部最高溫度點(diǎn)測(cè)量技術(shù)目前尚不成熟。設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，定子端部繞組是電機(jī)中的局部最熱點(diǎn)。發(fā)電機(jī)的整體熱狀態(tài)可以通過平均溫度來反映，平均溫度測(cè)量可以通過熱耦測(cè)量入口和出口處冷卻介質(zhì)溫度的方法得到。大型電機(jī)都裝有這樣的測(cè)溫裝置，當(dāng)電機(jī)過負(fù)荷或冷卻系統(tǒng)工作不正常時(shí)，可以及時(shí)顯示出來。3.4電動(dòng)機(jī)非電量的在線監(jiān)測(cè)3.4.1電動(dòng)機(jī)振動(dòng)的在線監(jiān)測(cè)電機(jī)本身和支撐它的底座及其負(fù)載構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，在運(yùn)行中會(huì)發(fā)生震動(dòng)。它可以其固有頻率自由振動(dòng)，也可以多種頻率強(qiáng)迫振動(dòng)。在電氣或機(jī)械上發(fā)生異常情況時(shí)振動(dòng)也會(huì)發(fā)生變化。例如軸承不同心或磨損，容易引起電機(jī)轉(zhuǎn)子偏心，運(yùn)轉(zhuǎn)中會(huì)引起定子振動(dòng)。汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子長(zhǎng)而直徑相對(duì)小，很有可能產(chǎn)生強(qiáng)迫扭振。這種扭振很可能是電的擾動(dòng)產(chǎn)生的，例如因輸電線路相間短路產(chǎn)生的軸力矩而引起的震蕩，振動(dòng)可使大軸產(chǎn)生疲勞而損壞。故振動(dòng)的監(jiān)測(cè)對(duì)電機(jī)而言是十分重要的。常用的監(jiān)測(cè)量及檢測(cè)部位有振動(dòng)的總均方值、頻譜分析、外殼振動(dòng)的監(jiān)測(cè)、扭振的檢測(cè)。3.4.2電動(dòng)機(jī)過熱煙霧監(jiān)測(cè)當(dāng)電機(jī)絕緣在高溫或電弧作用下分解時(shí)，產(chǎn)生大量的碳?xì)浠衔餁怏w，能看到揮發(fā)物形成煙霧，過熱事故持續(xù)時(shí)間與過熱事故的類型（匝間絕緣、鐵心短路、局部放電等）、過熱區(qū)域的范圍和絕緣材料的性質(zhì)有關(guān)。煙霧監(jiān)測(cè)是利用電離室來檢測(cè)絕緣物分解的煙霧微粒，當(dāng)取自電機(jī)內(nèi)的冷卻氣流樣品進(jìn)入電離室時(shí)，氣體被低能放射源輻射而產(chǎn)生電離，電離的氣體進(jìn)入電極系統(tǒng)，由于電極極板帶有極化電壓，氣體中的正負(fù)離子便移入不同極性而產(chǎn)生離子電流，在靜電監(jiān)測(cè)器上將產(chǎn)生一個(gè)電壓值。當(dāng)煙霧微粒進(jìn)入電離室時(shí)，這些絕緣分解產(chǎn)生的氣體也將被電離，產(chǎn)生離子電流，但由于它們分子質(zhì)量大，能動(dòng)性差，所以一旦這類氣體進(jìn)入電極系統(tǒng)，離子電流和相應(yīng)的靜電計(jì)放大電路的輸出電壓就會(huì)降低。煙霧監(jiān)測(cè)裝置能測(cè)量到鐵心短路、匝間短路和局部放電造成的局部過熱故障。這種監(jiān)測(cè)裝置的缺點(diǎn)是不能區(qū)別過熱材料的性質(zhì)，且輸出信號(hào)隨電機(jī)冷卻氣體的壓力和溫度而波動(dòng)。3.4.3氣體成分的在線監(jiān)測(cè)電機(jī)絕緣出現(xiàn)過熱、局部放電等故障時(shí)，將分解出多種氣體。因此也可根據(jù)冷卻氣體中所含的其他氣體的成分和量值來對(duì)絕緣狀況進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。國(guó)外已普遍將這種技術(shù)用于監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)絕緣的早期故障。第4章高壓電動(dòng)機(jī)絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究高壓電動(dòng)機(jī)定子繞組絕緣電阻是本文選擇的監(jiān)測(cè)對(duì)象，本章分析了監(jiān)測(cè)絕緣電阻的重要性和絕緣電阻的測(cè)量原理及傳統(tǒng)測(cè)量方法的不足之處，并結(jié)合絕緣電阻測(cè)量原理和傳統(tǒng)測(cè)量方法設(shè)計(jì)了穩(wěn)定性好、測(cè)量精度高的絕緣電阻在線監(jiān)測(cè)電路，具體有:附加直流電源電路、取樣電阻電路、程控運(yùn)放電路、DC-DC線性隔離電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、開關(guān)量信號(hào)隔離電路和數(shù)字量信號(hào)隔離電路。4.1監(jiān)測(cè)絕緣電阻的重要性測(cè)量絕緣電阻的目的是以絕緣電阻值來反應(yīng)穩(wěn)態(tài)泄漏電流。當(dāng)絕緣結(jié)構(gòu)良好時(shí)，穩(wěn)態(tài)泄漏電流很小，絕緣電阻值很高，表示絕緣可靠；絕緣結(jié)構(gòu)由于水氣侵入、表面粘污和絕緣老化時(shí)，其表面和內(nèi)部的泄漏電流增加，絕緣電阻就降低；當(dāng)絕緣損壞、繞組接地時(shí)，絕緣電阻為零。所以根據(jù)絕緣電阻的大小即可初步了解絕緣結(jié)構(gòu)的可靠程度。對(duì)運(yùn)行中的電機(jī)，由于環(huán)境的潮濕和運(yùn)行溫度的頻繁變化，電機(jī)繞組中會(huì)發(fā)生很強(qiáng)的化學(xué)物理變化，繞組中銅線外的絕緣漆融化，造成匝間短路；當(dāng)匝間電壓升高時(shí)，會(huì)出現(xiàn)火花，將銅線燒斷而造成短路。另外當(dāng)空氣濕度大，電機(jī)受潮，繞組與定子鐵心之間絕緣被破壞，亦可造成繞組接地并打火而短路，造成泄漏電流增加并最終導(dǎo)致電機(jī)繞組絕緣電阻的大大下降。由于電機(jī)絕緣電阻可以反應(yīng)電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)是否存在局部缺陷、受潮、臟污和老化的情況，所以對(duì)電機(jī)絕緣電阻的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)十分重要。4.2電機(jī)絕緣電阻傳統(tǒng)測(cè)量方法的缺點(diǎn)目前對(duì)絕緣電阻的測(cè)試大部分采用兆歐表，雖然這種方法簡(jiǎn)便、實(shí)用，但有不足之處。不足之處可歸納為以下幾點(diǎn):傳統(tǒng)測(cè)量絕緣電阻方法需要電機(jī)停機(jī)，而大型高壓電機(jī)連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，測(cè)量絕緣電阻的次數(shù)相對(duì)減少，一些廠礦每個(gè)月的電機(jī)檢修僅做一些加潤(rùn)滑油等維護(hù)性質(zhì)的作業(yè)，絕緣電阻的測(cè)量只在大修中進(jìn)行，測(cè)量次數(shù)明顯不夠；在現(xiàn)場(chǎng)中測(cè)量絕緣電阻的工具主要為兆歐表，每次測(cè)量都需要重新接線，工作繁瑣；人工讀數(shù)記錄，數(shù)據(jù)量有限，不利于絕緣狀況評(píng)估技術(shù)的發(fā)展；離線試驗(yàn)過程中難以反映在實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)下繞組的絕緣缺陷；傳統(tǒng)的測(cè)量絕緣電阻是在常溫下進(jìn)行的，要得到電機(jī)運(yùn)行過程中某一高溫下的阻值只能通過公式進(jìn)行換算，計(jì)算誤差較大，計(jì)算不準(zhǔn)確。4.3絕緣電阻監(jiān)測(cè)電路設(shè)計(jì)絕緣電阻在線監(jiān)測(cè)電路的設(shè)計(jì)以深入分析高壓電機(jī)絕緣電阻特征為基礎(chǔ)，采用非侵入式監(jiān)測(cè)方法，以監(jiān)測(cè)的高精度和硬件電路的高穩(wěn)定性及抗干擾性能為前提，通過功能細(xì)化，將整個(gè)監(jiān)測(cè)電路的設(shè)計(jì)分為若干個(gè)模塊電路的設(shè)計(jì)。4.3.1絕緣電阻在線監(jiān)測(cè)電路總體設(shè)計(jì)電機(jī)正常工作需要220V交流電壓，根據(jù)公式,R為絕緣電阻，U為直流電源，I為穩(wěn)態(tài)電流，所以需要附加直流電壓，絕緣電阻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用附加直流電源的方法，利用三相電抗器將+48V的直流電壓加在電機(jī)主絕緣和取樣電阻串聯(lián)電路上，根據(jù)取樣電阻上的分壓值計(jì)算絕緣電阻阻值。絕緣電阻在線監(jiān)測(cè)電路方框圖如圖4-1所示。測(cè)量部分原理圖如圖4-2所示。圖4-1絕緣電阻在線監(jiān)測(cè)電路框圖圖4-2測(cè)量部分的原理圖圖中各部分的作用分別為:(1)電源模塊，為在線監(jiān)測(cè)電機(jī)絕緣電阻電路提供+48V的附加直流電源；(2)取樣電阻模塊，根據(jù)絕緣電阻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)具備的量程范圍和精度，在各個(gè)量程范圍內(nèi)配置相應(yīng)的取樣電阻，以保證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有足夠的精度；(3)程控運(yùn)放模塊，由于取樣電阻模塊的輸出信號(hào)較小，所以設(shè)置以數(shù)字電位器X9110為核心的程控運(yùn)放模塊，CPU通過控制運(yùn)放環(huán)節(jié)的比例系數(shù)來調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的大小以便于進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；(4)DC-DC線性隔離模塊，為防止串入高壓信號(hào)，設(shè)置了以線性光耦HCNR200為核心的DC-DC線性隔離模塊，實(shí)現(xiàn)高壓側(cè)信號(hào)和低壓側(cè)信號(hào)的完全隔離；(5)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，采用分辨率為16位的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADS1110，保證了測(cè)量精度；(6)開關(guān)量隔離模塊，控制模塊通過控制繼電器的開合實(shí)現(xiàn)取樣電阻的切換，設(shè)置以TLP127為核心的開關(guān)量隔離電路實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器控制信號(hào)的隔離；(7)數(shù)字量隔離模塊，本文對(duì)數(shù)字電位器的讀寫控制和數(shù)據(jù)傳輸采用SPI通信方式，設(shè)置以高速光耦6N137為核心的數(shù)字量隔離電路實(shí)現(xiàn)對(duì)高速數(shù)字信號(hào)的隔離；4.3.2附加直流電源電路設(shè)計(jì)電源模塊的作用是為絕緣電阻在線監(jiān)測(cè)電路提供附加直流所需的+48V直流電壓，該模塊功能的實(shí)現(xiàn)是通過將工頻220V交流電壓降壓，再經(jīng)過整流、穩(wěn)壓和濾波處理后輸出所需的直流信號(hào)，該模塊的框圖如圖4-3所示。圖4-3直流電源模塊框圖（1）整流單元對(duì)220V交流電壓降壓處理采用兵字變壓器T20-12B，該變壓器為全封閉式環(huán)氧灌封電源變壓器，絕緣耐熱等級(jí)為B級(jí)，要求使用環(huán)境溫度為-10℃~+40℃，單路輸入雙路輸出，初級(jí)輸入電壓為工頻220V時(shí)，次級(jí)輸出電壓空載為29.lV，滿載為對(duì)27V交流電壓整流處理使用整流橋KBP310，該橋?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)3/1000V整流橋。整流電路輸出的直流電壓為空載時(shí)41V、滿載時(shí)38V。（2）穩(wěn)壓?jiǎn)卧€(wěn)壓電路使用三端正電源穩(wěn)壓器LM317，在輸出電壓范圍為1.2V到37V時(shí)能提供超過1.5A的電流。LM317易于使用，在輸入輸出電壓差小于40V的條件下，只需兩個(gè)外部電阻來設(shè)置輸出電壓。穩(wěn)壓電路如圖4-4圖4-4穩(wěn)壓電路改變的值就可以改變輸出的電壓值,選擇合適的電阻就可以得到直流電壓+48V。（3）濾波單元其作用是過濾交流信號(hào)保留直流信號(hào)，直流電壓是通過由三相電抗器產(chǎn)生的中心點(diǎn)附加在電機(jī)主絕緣上的，三相電抗器通直流隔交流。濾波回路由兩部分組成，雙T帶阻濾波器用來濾除工頻交流信號(hào)，串聯(lián)L型低通濾波器用來濾除高頻交流信號(hào).(1)雙T帶阻濾波器雙T帶阻濾波器如圖4-5(a)所示。根據(jù)Y-△變換原理，可將其等效為圖4-5(b)所示電路。圖4-5雙T濾波電路由Y-△變換公式可得三角形電路中的Z:=(4-1)若令濾波回路的固有角頻率=1/RC，則式(4-1)可變?yōu)?(4-2)=(4-3)由此可得雙T帶濾波回路的頻率特性為(4-4)式中分別是濾波器的輸入和輸出電壓。當(dāng)時(shí)，.因此，令(4-5)即可濾除回路中的大部分交流工頻干擾，其濾波特性如圖4-6所示圖4-6雙T帶阻濾波回路特性(2)串聯(lián)L型低通濾波電路串聯(lián)L型低通濾波電路如圖4-7所示圖4-7串聯(lián)L型低通濾波回路忽略二級(jí)電路的負(fù)載效應(yīng)可得:（4-6）（4-7）令則（4-8）(4-9)由式(4-9)可以看出，當(dāng)信號(hào)頻率超過截止頻率后，一級(jí)濾波衰減-20dB/十倍頻，二級(jí)濾波衰減-40dB/十倍頻，能夠更好地實(shí)現(xiàn)低通濾波功能。4.3.3取樣電阻的選擇取樣電阻模塊的作用是根據(jù)絕緣電阻的大小改變分壓電阻，使48V直流電壓、電機(jī)絕緣電阻和取樣電阻構(gòu)成的回路中的取樣電阻分壓值改變，并結(jié)合程控運(yùn)放電路將分壓信號(hào)調(diào)節(jié)至滿足精度要求并且適合于DC/DC線性隔離和A/D轉(zhuǎn)換。高壓電機(jī)定子側(cè)的絕緣電阻使用兆歐表整體測(cè)量時(shí)阻值一般在1G歐姆至10G歐姆的范圍內(nèi)，單根線棒的絕緣電阻阻值可達(dá)100G歐姆。本文將量程設(shè)置為500k歐姆至l00G歐姆。根據(jù)規(guī)定的量程，取樣電阻選擇10k、l00k、1M和10M四個(gè)，并選用精度為1%，功率為0.25W的精密電阻。取樣電阻與量程的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下:10k的取樣電阻對(duì)應(yīng)的量程為500K-l00Ml00k的取樣電阻對(duì)應(yīng)的量程為l00M1M的取樣電阻對(duì)應(yīng)的量程為1G10M的取樣電阻對(duì)應(yīng)的量程為10G-100G取樣電阻模塊的電路簡(jiǎn)圖如圖4-8所示。圖中Rx為絕緣電阻，R1、R2，R3和R4為取樣電阻，Kl、K2、K3為用于切換取樣電阻的繼電器。圖4-8取樣電阻模塊電路4.3.4程控運(yùn)放電路設(shè)計(jì)程控運(yùn)放模塊的作用是將取樣電阻分壓信號(hào)進(jìn)行放大處理，便于下一步的線性隔離和A/D轉(zhuǎn)換。由于取樣電阻分壓電路的輸出信號(hào)范圍為0.0053V—0.1540V，單一的放大倍數(shù)不能滿足要求，所以采用由數(shù)字電位器X9110和精密運(yùn)放AD844AN構(gòu)成的程序控制放大器，該電路可實(shí)現(xiàn)放大倍數(shù)的連續(xù)變化。X9110將一個(gè)單數(shù)控電位器（XDCP）集成在一個(gè)單片CMOS集成電路中。電位器由包含1023個(gè)電阻單元的電阻陣列構(gòu)成。在每個(gè)電阻之間有通過開關(guān)連接到滑動(dòng)端的抽頭點(diǎn)。陣列中滑動(dòng)端的位置由用戶通過SPI總線接口控制。電位器還相應(yīng)地配有一個(gè)易失性滑動(dòng)端計(jì)數(shù)寄存器（WCR）和四個(gè)非易失性的數(shù)據(jù)寄存器，這些數(shù)據(jù)寄存器可由用戶直接讀出或?qū)懭??；瑒?dòng)端計(jì)數(shù)寄存器（WCR）的內(nèi)容通過開關(guān)控制電阻陣列中滑動(dòng)端的位置，上電時(shí)可將默認(rèn)數(shù)據(jù)寄存器（DR0）的內(nèi)容重新調(diào)用至滑動(dòng)端計(jì)數(shù)寄存器（WCR）中。XDCP可用作三終端的電位器或兩終端的可變電阻，應(yīng)用范圍廣泛，包括控制、參數(shù)調(diào)整和信號(hào)處理。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的由數(shù)字電位器X9110和精密運(yùn)放AD844AN構(gòu)成的程控運(yùn)放電路如圖4-9所示。圖4-9程控運(yùn)放電路4.3.5DC-DC線性隔離電路設(shè)計(jì)為防止低壓控制側(cè)串入高壓信號(hào)，設(shè)置了以線性光耦HCNR200為核心的DC-DC線性隔離模塊，實(shí)現(xiàn)高壓側(cè)信號(hào)和低壓側(cè)信號(hào)的完全隔離。該部分電路框圖如圖4-10所示。圖4-10DC-DC線性隔離電路框圖1.HCNR200簡(jiǎn)介HCNR200高線性模擬光耦，包含一個(gè)高性能的砷化鋁鎵LED，該LED光耦合到兩個(gè)密切配合的光電二極管。輸入光電二極管可用于監(jiān)測(cè)，并借此穩(wěn)定LED的光輸出。因此，LED的非線性和漂移特性幾乎可被完全消除。輸出二極管則產(chǎn)生一個(gè)跟LED的光輸出線性相關(guān)的光電流。光電二極管之間的密切配合，和封裝上的先進(jìn)設(shè)計(jì)，確保了HCNR200光耦的高線性和穩(wěn)定增益特性。HCNR200可在各種各樣要求良好穩(wěn)定性﹑線性﹑帶寬和低成本的應(yīng)用中用于模擬信號(hào)的隔離。通過設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)膽?yīng)用電路，HCNR200可被靈活運(yùn)行在許多不同的模式，包括：?jiǎn)螛O/雙極﹑ac/dc﹑反相/非反相。對(duì)于許多模擬隔離問題而言，HCNR200是出色的解決方案。如圖4-11為HCNR200封裝圖。圖4-11HCNR200封裝圖2.輸入側(cè)電壓的調(diào)制電路輸入側(cè)調(diào)制電路由電壓差分比例電路、電壓提升電路和二階低通濾波電路。電壓差分比例電路的作用是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行初步的比例調(diào)整；電壓提升電路的設(shè)計(jì)保證了光耦工作在線性區(qū)，即在輸入電壓為0V時(shí)仍有電壓能保證光耦工作，以免出現(xiàn)電壓死區(qū)。除此之外，該電路同樣也對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行了比例調(diào)整；信號(hào)濾波電路采用巴特沃思濾波器，這種濾波器是一種幅度最平坦的濾波器，對(duì)于小于截止頻率的范圍內(nèi)具有最平坦響應(yīng)，而在大于截止頻率后，幅頻響應(yīng)迅速下降。輸入側(cè)電壓的調(diào)制電路簡(jiǎn)圖如圖4-12所示。圖4-12輸入側(cè)電壓調(diào)制電路3.輸出側(cè)的電壓調(diào)制電路為了使電路線性化，電路設(shè)計(jì)了電壓下降電路，用于補(bǔ)償前邊電壓提升電路。輸出側(cè)電壓調(diào)制電路如圖4-13所示。本系統(tǒng)中使用的DC-DC隔離電路可以對(duì)0.0000V-1.0080V的電壓信號(hào)實(shí)現(xiàn)線性隔離，輸入輸出比為1:1.圖4-13輸出側(cè)電壓調(diào)制信號(hào)4.3.6模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換電路的作用是將DC/DC線性隔離模塊的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，CPU通過該信號(hào)、取樣電阻選擇信號(hào)、程控運(yùn)放的放大倍數(shù)和附加直流電壓值即可計(jì)算出絕緣電阻的阻值。由于DC/DC線性隔離模塊輸出信號(hào)相對(duì)于基準(zhǔn)VR的值才等于隔離模塊的輸入電壓，所以A/D轉(zhuǎn)換器件應(yīng)具備可差分輸入的特性，為此選擇ADSlll0作為A/D轉(zhuǎn)換器件。ADSlll0是精密的連續(xù)自校準(zhǔn)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，帶有差分輸入和高達(dá)16位的分辨率，片內(nèi)2.048V的基準(zhǔn)電壓提供范圍為2.048V的輸入差分電壓。ADSlll0使用可兼容的IC串行接口，在2.7V至5.5V的單電源下工作。ADS1110可每秒采樣15、30、60或240次以進(jìn)行轉(zhuǎn)換。片內(nèi)可編程的增益放大器提供高達(dá)8倍的增益，并且允許以高分辨率對(duì)較小的信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，在單周期轉(zhuǎn)換方式中，ADSlll0在一次轉(zhuǎn)換之后自動(dòng)掉電，在空閑期間極大地減少了電流消耗。4.3.7開關(guān)量、數(shù)字量信號(hào)隔離電路設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)高壓側(cè)和低壓側(cè)信號(hào)的完全隔離，還需要對(duì)取樣電阻模塊中繼電器控制信號(hào)和程控運(yùn)放模塊中SPI串口信號(hào)進(jìn)行隔離處理，為此設(shè)計(jì)了開關(guān)量信號(hào)和數(shù)字量信號(hào)的隔離電路。1.開關(guān)量信號(hào)隔離電路設(shè)計(jì)繼電器控制信號(hào)的隔離采用光電耦合器TLP127，CPU輸出的信號(hào)先經(jīng)過上拉處理，后經(jīng)三極管驅(qū)動(dòng)放大后輸入光耦TLP127輸入側(cè)，TLP127輸出側(cè)信號(hào)可直接驅(qū)動(dòng)相應(yīng)器件。光耦輸入側(cè)和輸出側(cè)采用不同的+5V電源，以達(dá)到隔離的作用。電路如圖4-14所示。圖4-14開關(guān)量隔離電路2.數(shù)字量信號(hào)隔離電路設(shè)計(jì)程控運(yùn)放模塊中讀寫數(shù)字電位器X9110的串口信號(hào)數(shù)據(jù)速率達(dá)50k/s以上，對(duì)其進(jìn)行隔離應(yīng)使用高速光電耦合器，本文設(shè)計(jì)的數(shù)字量信號(hào)隔離電路如圖4-15所示。圖4-15數(shù)字量隔離電路圖4-15中6N137是高速光電耦合器，可隔離速度高達(dá)10M/s的數(shù)字信號(hào)，信號(hào)從腳2和腳3輸入，發(fā)光二極管發(fā)光，經(jīng)片內(nèi)光通道傳到光敏二極管，反向偏置的光敏管光照后導(dǎo)通，經(jīng)電流-電壓轉(zhuǎn)換后送到與門的一個(gè)輸入端，與門的另一個(gè)輸入為使能端Ve，當(dāng)使能端為高時(shí)與門輸出高電平，經(jīng)輸出三極管反向后光電隔離器輸出低電平。當(dāng)輸入信號(hào)電流小于觸發(fā)閾值或使能端為低時(shí)，輸出高電平，但這個(gè)邏輯高是集電極開路的，所以在接收電路處加上拉電阻R2。4.4本章小結(jié)本章分析了監(jiān)測(cè)電機(jī)絕緣電阻的重要性和測(cè)量原理，結(jié)合傳統(tǒng)測(cè)量電機(jī)絕緣電阻方法，設(shè)計(jì)了電機(jī)絕緣電阻在線監(jiān)測(cè)電路。設(shè)計(jì)的附加直流電源電路和取樣電阻電路保證了在線測(cè)量的準(zhǔn)確性，采用程控運(yùn)放電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路提高了測(cè)量精度，使用DC-DC、開關(guān)量、數(shù)字量信號(hào)隔離電路確保了整個(gè)測(cè)量電路的抗干擾性能。結(jié)論本篇論文先介紹了高壓電機(jī)在線監(jiān)測(cè)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷史及發(fā)展趨勢(shì)，在參考大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)高壓電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以實(shí)際應(yīng)用的可行性為前提，同時(shí)兼顧技術(shù)先進(jìn)性，采用非侵入式監(jiān)測(cè)手段，設(shè)計(jì)了以絕緣電阻為監(jiān)測(cè)對(duì)象的高壓電機(jī)絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，本文主要研究結(jié)果如下:了解了高壓電機(jī)絕緣試驗(yàn)項(xiàng)目及每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的原理；查閱大量文獻(xiàn)了解國(guó)內(nèi)外在線監(jiān)測(cè)發(fā)展動(dòng)態(tài)及在線監(jiān)測(cè)試驗(yàn)項(xiàng)目；在分析了監(jiān)測(cè)電機(jī)定子繞組絕緣電阻的重要性和測(cè)量原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合測(cè)量電機(jī)絕緣電阻的傳統(tǒng)方法，設(shè)計(jì)了電機(jī)絕緣電阻在線監(jiān)測(cè)電路；致謝本文是在導(dǎo)師魏新勞老師的悉心指導(dǎo)和關(guān)懷下完成的。魏老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)和淵博的知識(shí)讓我受益無(wú)窮。在此謹(jǐn)向?qū)熤乱猿绺叩木匆夂椭孕牡母兄x。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，魏老師不斷對(duì)我得到的結(jié)論進(jìn)行指正，并加以修改，同時(shí)還不斷地對(duì)我提出新的要求和問題，使得我的畢業(yè)設(shè)此外，我還要感謝聶紅巖老師和許多同學(xué)的幫助，他們的勤勉進(jìn)取和勇于創(chuàng)新的品質(zhì)使我受益匪淺，在此向他們深表謝意。參考文獻(xiàn)[1]沈標(biāo)正.電機(jī)故障診斷技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1996.23-45.[2]劉耀南，邱昌榮，王乃慶.電氣絕緣測(cè)試技術(shù)[Ml.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1994.12-13.[3]回榮德.劉正超.回凱.高壓電機(jī)定子繞組的超低頻耐壓實(shí)驗(yàn)與遙控.高電壓技術(shù)，1994.65-76.[4]超低頻（0.1Hz）實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)置及絕緣試驗(yàn).四川省電力局試驗(yàn)研究所，1982.23-43.[5]電機(jī)絕緣試驗(yàn)及0.1Hz超低頻電壓試驗(yàn)譯文選（一）.浙江省電力試驗(yàn)研究所，1987.21-23.[6]沈標(biāo)正.電機(jī)故障診斷技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.41-43.[7]關(guān)建軍.900MW發(fā)電機(jī)組在線監(jiān)測(cè)技術(shù)和運(yùn)行狀況分析和評(píng)估報(bào)告.大電機(jī)技術(shù)，2001.10-31.[8]趙來紅.張宏敏.方志民.變壓器早期故障在線監(jiān)測(cè)的實(shí)際應(yīng)用.中國(guó)電力，1999.30-31.[9]中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T5810-91.電機(jī)磁極線圈及磁場(chǎng)繞組匝數(shù)絕緣試驗(yàn)規(guī)范.12-42.[10]李升志.交流低壓電機(jī)成型繞組匝間絕緣實(shí)驗(yàn)研究.科技情報(bào)。1997.65-67.[11]梁杰申.程志珊.伍云璀.正確使用電機(jī)檢測(cè)中匝間絕緣測(cè)試項(xiàng)目.微型電機(jī).1999（6）.77-87.[12]邱昌榮.曹曉瓏.電氣絕緣測(cè)試技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.2001.57-87.[13]李建明.朱康.高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)方法.中國(guó)電力出版社.2001.26-76.[14]馮雍明.電機(jī)的工業(yè)試驗(yàn).機(jī)械工業(yè)出版社.1990.4.104-145.[15]王昌長(zhǎng).李福祺.高盛友.電力設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷.清華大學(xué)出版社.2006.3.87-101.[16]肖登明.電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障分析.上海交通大學(xué)出版社.2005.11.12-32.[17].黃盛潔.姚文捷.馬志亮等.電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測(cè)和狀態(tài)維修.中國(guó)水利水電出版社.2004.4.23-43.[18]蔣遠(yuǎn)東.陳慶國(guó).王東興等.大型發(fā)電機(jī)定子局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè).2008.24-25.[19]劉少克.陳喬夫.林金鉻.在線時(shí)大型電機(jī)定子繞組絕緣狀況的監(jiān)測(cè).華中理工大學(xué).32-35.[20]陳言付.基于DSP三相異步電動(dòng)機(jī)故障在線監(jiān)測(cè)的研究.池州市職業(yè)教育中心安徽池州.2009.45-65.[21]劉杰.宋建成.高壓電機(jī)絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究.太原理工大學(xué).2010.6.34-36.[22]StoneGC.CalibrationofPDmeasurementsformotorandgeneratorwinding[J].IEEETransactionsonDielectricsandElectricalInsulation,2000,7：6-11.[23]DermidM.Insulationsystemsandmonitoringforstatorwindingsoflargerotatingmachines[J].IEEEElectricalInsulationMagazine,1993,9(4)：7-15.[24]Yong-jooKim,Don-Hawing,Don-YoungParkNovelOn-LinePartialDischargeMonitoringSystemforGenerator/MotorStatorInsulations[25]TanakaT.Partialdischargepulsedistributionpatternanalyasis.IEEproc.-Sci.Meas.Techno,1995.[26]J.Veen,P.C.J.M.vanderWielen.TheapplicationofmatchedfiltertoPDdetectionandlocalization.IEEEElectricalMagazine,2003.附錄兩種類型的緊湊型超高頻天線局部放電測(cè)量摘要變壓器局部放電（PD）的在線監(jiān)測(cè)的超高頻（UHF）方法近來引起很大的關(guān)注.高性能的超高頻天線的集中是一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。本文介紹了兩個(gè)緊湊型超高頻天線都是小型號(hào)的天線類型：希爾伯特分形天線和一個(gè)小環(huán)形天線。變壓的的局部放電（PD）實(shí)驗(yàn)對(duì)三種典型的人工絕緣體各自的缺點(diǎn)進(jìn)行了驗(yàn)證，并且兩種類型的天線都能夠用于進(jìn)行變壓器的局部放電（PD）監(jiān)測(cè)。本文對(duì)功率譜檢測(cè)到的變壓器局部放電信號(hào)（PD）信號(hào)的能量范圍進(jìn)行了分析和比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，希爾伯特分形天線和小環(huán)形天線都是適用于進(jìn)行超高頻變壓器局部放電的在線監(jiān)測(cè)。一、引言超高頻（UHF）檢測(cè)儀器是有效的進(jìn)行局部放電（PD）檢測(cè)的的電氣設(shè)備，如SF6氣體絕緣開關(guān)設(shè)備和電力變壓器[1][2][3]。在制造局部放電（PD）在線監(jiān)測(cè)變壓器的過程中，超高頻天線的設(shè)計(jì)是最重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。在實(shí)踐和設(shè)計(jì)中，不僅要考慮到局部放電（PD）天線的性能，而且還要考慮它們尺寸大小的設(shè)計(jì)，因?yàn)樵诎惭b電器設(shè)備時(shí)，局部放電（PD）天線的大小是有限制的。目前，有各種各樣的超高頻天線可以應(yīng)用于在局部放電監(jiān)測(cè)中。參考文獻(xiàn)[4]介紹了兩種阿基米德平面螺旋天線及其在局部放電監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。參考文獻(xiàn)[5]介紹了了一個(gè)偶極天線模型和超高頻局部放電信號(hào)的波形特征。參考文獻(xiàn)[6]介紹了能夠在變壓器油中檢測(cè)局部局部放電信號(hào)的倒錐形天線。參考文獻(xiàn)[7]中介紹了圓板天線和圓形環(huán)天線，可用于SF6氣體局部放電監(jiān)測(cè)的絕緣高壓檢測(cè)儀器。小型的緊湊型超高頻天線的諧振頻率在傳遞過程中的頻率往往超過幾千兆赫茲，并且頻率的傳遞路徑很狹窄。然而，超高頻局部放電天線諧振頻率一般都在間300兆赫到3000兆赫之間。在大部分應(yīng)用領(lǐng)域中，用于局部放電監(jiān)測(cè)的超高頻天線的體積通常比用于傳遞過程中的電線的體積要大得多，因此在這樣的一個(gè)頻率帶內(nèi)會(huì)擁有一個(gè)共振頻率。本文介紹了兩種可用于超高頻局部放電在線監(jiān)測(cè)的天線類型：一種是希爾伯特分形天線，另一種是小環(huán)形天線，都可用于變壓器的局部放電在線監(jiān)測(cè)。這兩種天線面積雖然比較小，卻擁有相對(duì)比較寬的頻率傳遞寬度。本文介紹了這兩種不同天線的基本特征和基本性能，兩種天線可用于變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)，可監(jiān)測(cè)出三種典型的人工油紙的各自的缺陷特性。超高頻局部放電信號(hào)的測(cè)量表明，這兩種類型的小型天線都可以有效地用于對(duì)變壓器的局部放電