发电机定子绕组绝缘缺陷及老化的声学检测

核心提示：　　作用，1引言发电机在运行中要受到电热和机械应力的联合作用而逐渐老化。老化会在环氧云母绝缘中产生气隙分层等缺陷。缺陷的存在不仅降低绝缘的使用寿命。而且彩响系统的运行可靠性，甚至可能会造成突然停机十分

　　作用，1引言发电机在运行中要受到电热和机械应力的联合作用而逐渐老化。老化会在环氧云母绝缘中产生气隙分层等缺陷。缺陷的存在不仅降低绝缘的使用寿命。而且彩响系统的运行可靠性，甚至可能会造成突然停机十分重要的意义。

　　绝缘状态的诊断技水前已得到大力的发展。常用的无损检测技术有传统的介电参量分析，如介质损耗，量8和极化指数0；局部放电史0检测，如电测法和声测法；以及声学检测的人工锤击听声法等。

　　这些检测方法虽然能从不同程度上反应发电机整体或荇整根定户线棒的绝缘状态，但，对尸缺陷的位迓及绝缘的老化和域损伤程度尚不能给出令人满意的结论。

　　测装置，对经历了电热和机械应力加速老化学测故，通过，域频域和小波变换分析。得到厂能够较为客观地反映线棒老化状态和缺陷信息的声学谱。为确定环氧云母绝缘种简便准确的方法。

　　2测量原理振动与声是紧密联系的，机械振动常常引起广沛礼物体报动，激励周旧媒质的质点振动，在质点的相互作用下，振动逐点向夕传播而形成声波声波不仅可以在空气中传播，也可以在液体固本等弹性媒质中传基金项目国家自然科学基金资助项目59837260电气绝缘状态诊断与老化机理研宄；谢恒194男，江西籍。教授，博导，主攻电力设备电气绝缘在线监测与诊断技术，15；高级会员。

　　播。媒质中的质点因声波通过而引起相对于平衡位置的位移，通过测量质点振动位移就可以了解声波的变化。这就是检测声学物理，的基本原理之当声波传播到两种不同的媒质界面处时也会象光波样具有折射和反射，无论是在媒质面反射。还圮在体内祈射。都将使得声波的振动形式发生变化而这鸣变化取决于媒质面的声阻抗和媒妨的密度。

　　发电机定子绕阻采用环氧云母带绕包绝缘，属于细密分层介质，具有纵向周期性。

　　由于单层母带厚度的妙细对于介质中传播的声波波长约幻而言是足够小的，因此可以将该复合介质行为视为均匀各向异性介质。在电热和机械应力的长期作用下，定子绕汛的绝缘层会因为老化而产生气隙分层或剥离等缺陷。这些缺陷造成了绝缘体密度和声阻抗的变化。因此，声在绝缘中的传播特性将随之而发生变化。

　　为了便于计算，我们采用了边缘固定且无张力的圆形薄板模型来描述绝缘内部缺陷处的执运瓜同形薄板振动的用频，可以下面的公式达121其中礼为不同振动模态下的系数，为缺陷的半径；为绝缘村料的密设，为泊松比；为扬氏模摄；4为缺陷上方绝缘的厚度。

　　将队=3.20代入式可得振动的基频达式如下同理，其它振动模态频率的达式如下3实验3.1试样试验线棒为哈尔滨大电机研究所提供的标准模型线棒。错导体尺寸为1315！

　　为防止在试验线榨和下久撑物之叫产拟线棒在定+槽中的紧固状态。试验时将线棒用活动夹具固定，1.测试时，固定击振器增益，调节击振锤与试样面的距离使其保证每次测量条件基本相同。

　　3沾动夹头4挖胶垫片3.2声学检测系统用于声学检测的装置为自行研制的01型绝缘缺陷检测义，测量系统2.

　　测量时通过，菏淙氩饬恐噶睿，诨髡，器控制回路的作用下，将击振器产生的激厉力信号施加在试验线棒上。试验线棒产生的声信号响应经放大和入幻转换，然后由数据采集卡送入电脑进行数据处理。

　　1声信号检测仪2采样卡3笔记本电脑4激振器5声传感器6激振锤2声学检测系统意4测量结果与讨论4.1声学检测结果的时域和频域分析老化模型线棒的典型的时域和频域波形。我们可以看到时域波形中振幅经过约个周期的震荡后迅速衰减，形成了基本上由两个高峰和个小峰组成的特征波形。与之相对应的即1变换的频谱中，主频分量约在识2左右。

　　经电热和机械应力老化2000小时后声学检测的结果。

　　从3化中我们可以观察到电老化试样的时域波形中，小峰附近又增加了较多的震荡次数，经即丁变换的相应频谱中，可以观察到在21识2附近出现较大的频率分量。

　　但从试样的观状态及人工敲击观察，未发现明显可的缺陷。

　　环氧云母绝缘的线棒，在高电场的作用下，绝缘体内会发生局部放电。局部放电产生的高能粒子，轰击聚合物面，造成大分子断链和绝缘面损伤。因此，绝缘的体密度降低，环氧与云母的附着性变差而出现细密分层。按照前述的圆形薄板模型和基频达量将向高频方向漂移。因此，电老化后试样声信号时频特性的变化，是由于绝缘体密度降低而形成的高频分量。

　　由于热应力的加速作用，试样有明显的发空和局部分层的现象。从时域波形中，我们可以清晰的看到起始上升处波形的重叠和第个波峰的展宽。相应频谱中，出现张氏附近的频率分量，且主频分量的频带变窄并向低频方向漂移。

　　同样地，利用圆形薄板模型的基频达103出。这与实测结果致。

　　学检测结果。与电老化试样的检测结果类似，时域波形中小峰附近也多了若干次震荡，且频谱中出现22附近较大频率分量。

　　施加在试验线棒上的机械应力，方面通过机械疲劳作用，使聚合物大分子断链。

　　另方面通过疲劳弯曲，使环氧与云母之间脱胶这些作用都会造成绝缘体内的细密分层，使声信号向高频方向漂移。

　　4.2声学检测结果的小波分析应的小波变换谱。小流变换将声信号分解为对数坐标中个具有相同大小的多迎道频带集合。其分辨细胞元随尺度因子的变化而改变当较小时，频域分辨性能较差，时域分辨性能较好；当增加时，频域分辨率增加，而时域分辨率则减小。小波变换由于其良好的时间尺度定位特性，使得它不们能很好地反映信号的频域特征，且能较好地给出其时间域上的特征描述1设按下式生成的函数族市，满足市1宁其中，是基本小波，对612，则信号的连续小波变换奶，定义为它对应于612尺在函数平，上的分解，记个尺度和时间的函数。

　　尺度进行计算的结果。其中每个中，1波变换，它们描述在激振器作用下试验线棒所产生的次主频声信号特征。而0和1分别代尺度2变换，它们反映由激振器敲击试验线棒绝缘在尺度，=1的小波变换中，可以观察到最人振幅的叫以发；化屯老化热老化试样1倍和2倍；只有机械应力老化试样的振幅相对于未老化试样的振幅而言，变化不大。

　　在尺度，=2的中，未老化试样有位于81218处的震荡衰减峰，幅值约为1.

　　而电老化试样在同尺度的分析中，却有两个峰，而且幅值减小至0.040.03.热老化试样则人叫叫1正的蚱和1较人的负峰。幅值也相应变化为0.250.4和0.4.而且衰减很快，基准线上基本湍有小的震荡峰机械应力老化试样只有处振幅为0.04震荡衰减峰。因此，老化试样声信号的振幅较未老化试样的振幅都有明显减小，上述两尺度的分析说明老化后，试样的绝缘体内出现细密分沾绝缘的体密度降低，这方面导致了绝缘声阻抗的变化另方而也会使声传播过程反射次数，加凼此。

　　声波受到衰减而使振幅减小。

　　在尺度=3的分析中，未老化试样的谱中清晰可约在58和18处各有峰，振幅分别为2.1和，5左而电老化试样的震荡衰减峰则位于约610仙和1020服两处，振幅分别为1和0.5.热老化试样也有两个震荡峰。振幅相似约为3，未老化试样的振幅相似，机械应力老化试样的谱闼中在5151内有包络线类似半个正弦波的震荡峰。振幅约为在尺度，=4的分析中，未老化线棒的振幅约为0.8.经过约671的设减后。稳定在0.3左右。电热老化试样的振幅也与之趋似。有机械应乃老化试样的振幅衰减缓慢，维持在0.8.5左右，上述两尺度分析说明热老化线棒的低频特性基本上与未老化试样的致。即热老化没有明显影响试验线棒的面卢阻抗。而屯老化试样勾未老化试样之间存在的明品差说明电老化过利中局部放电+仅在汀机聚合物体内形成低密度区，而且沿面的局放成电晕也改变了环试云付绝，的面状态。

　　在机械应力老化试验中，主要是固定夹具对5结论用声学法检测环氧云母绝缘的发电机记子绕组绝缘。可以方便快捷地检测到绝缘缺陷，并且定位准确。

　　声学法用于环氧云母绝缘的老化研究，通过声信号时频特征谱的变化及不同尺度的小波分析，可以判断绝缘体内缺陷的性质。因此，对研究环氧云母绝缘的老化机理提供了有力的辅助分析手段。

　　通过声学检测，我们可以认为电老化和机械应力老化主耍使有机绝缘体密度降低。这种作用小要是微观尺度内的影响。而热老化则讨环氧云以的分层起关键作用，即它是产生宏观缺陷的主要因素。

　　3丁庆海，等。混沌分形和小波理论在被动声信号特征提取中的应用1.声学学报，199分24上接第4页此。43卓放，等。用于相线制系统的有源电力滤波器研宄。西安交通大学学报，200034卓方夂，杨君，胡军飞，王兆安。相线制有源电力滤波器主电路的结构形式与控制。电工电能新技术，2000，19216.