脉冲电压条件下电机匝间绝缘局部放电测试方法与影响因素分析

一、应用背景：变频驱动电机为何更容易发生局放

随着变频器、电力电子器件（SiC、GaN）的快速发展，低压电机在运行过程中承受的电气应力正发生显著变化。相比传统正弦电压供电方式，变频驱动电机绕组需要长期承受以下特征电压：

上升沿极陡（ns 级）
重复脉冲频率高
电压过冲明显

在这种工况下，即使是低压电机（<1000 V），其绕组匝间绝缘也可能提前进入局部放电（Partial Discharge, PD）状态，加速绝缘老化，最终导致击穿失效。

因此，如何在脉冲电压条件下准确测量局部放电特性，成为电机绝缘可靠性评估中的关键问题。

二、局部放电测试中容易被忽视的三个关键因素

在实际工程测试中，局部放电测试结果往往存在较大离散性，其根本原因并非绝缘本体差异，而是测试参数选择不当。综合实验研究表明，以下三个因素对测试结果影响尤为显著：

电压阶跃之间的时间间隔
脉冲电压的开关频率
局放事件在脉冲波形中的分布特征（PD Pattern）

本文围绕上述三个方面，结合脉冲电压条件下的实验结果，对其工程影响进行系统分析。

三、脉冲局放测试平台与测量方法

3.1 测试系统整体结构

图片说明：测试系统由脉冲电压发生器、TEM 天线、局放采集单元、同步触发模块及数据分析软件组成，用于在脉冲电压条件下捕捉局放信号。

系统通过 TEM 天线在 100 MHz–3 GHz 频段内采集局放辐射信号，并与施加在试样上的电压脉冲进行同步，从而实现对局放事件的精确识别。

3.2 被测样品与脉冲电压特性

测试样品为符合 IEC 60851-5 标准制作的漆包线绞线试样，不同绝缘等级代表不同耐局放能力。

(a) 普通绝缘
(b) 加厚绝缘
(c) 抗局放增强绝缘

施加电压为双极性方波脉冲，典型参数如下：

上升时间：50 ns
最大频率：20 kHz
峰峰值电压：最高 6 kV
上升沿过冲：约 10%–13%

图片说明：使用高带宽差分探头测得的实际脉冲电压，可观察到明显的过冲与高频振荡。

四、电压阶跃时间间隔对局放测试结果的影响

4.1 不同时间间隔下的测试现象

在局放测试中，通常采用“阶梯升压”的方式逐步提高施加电压。但一个长期被忽略的问题是：

相邻电压阶跃之间，究竟应该等待多长时间？

实验分别选取 30 秒、1 分钟、2 分钟和 3 分钟作为电压阶跃间隔，对同一类型样品进行重复测试。

图片说明：在较短时间间隔（30 s、1 min）下，局放比例波动明显，测试结果不稳定

4.2 工程结论与物理解释

实验结果表明：

时间间隔过短：

局部热点尚未消散
空气电离条件未恢复
测得的 RPDIV 偏低且不稳定

时间间隔过长：

虽然结果稳定
但测试周期显著拉长
样品承受不必要的额外电应力

综合稳定性与效率考虑，2 分钟左右的时间间隔能够在测试准确性与工程可行性之间取得良好平衡。

五、脉冲频率对重复局放起始电压的影响

5.1 不同频率下的 RPDIV 对比

在保持其他参数一致的情况下，将脉冲频率从 400 Hz 提高至 20 kHz，测试结果显示：

表格说明：随着脉冲频率升高，RPDIV 明显下降。

5.2 即使脉冲数量相同，频率仍然重要

进一步实验在保持单位电压阶跃内脉冲数量一致的前提下，对不同频率进行测试。

结果表明：

即便脉冲总数相同
高频条件下仍更容易触发局放

这说明，频率不仅影响累积效应，还直接影响放电物理过程本身。

六、不同绝缘等级的局放性能对比分析

6.1 RPDIV 与 PDEV 统计结果

统计结果显示：

加厚绝缘与抗局放绝缘的 RPDIV 明显高于普通绝缘
绝缘厚度增加可有效提高耐局放起始电压

七、局放模式（PD Pattern）在绝缘评估中的意义

7.1 局放事件在脉冲波形中的分布特征

通过对局放信号与脉冲电压波形进行同步分析，可以得到局放模式分布图。

图片说明：局放事件主要集中在电压上升沿和下降沿，且随绝缘劣化程度加重而分布更加分散。

7.2 工程启示

实验表明：

单纯依赖局放幅值无法准确评估绝缘健康状态
局放在波形中的“出现位置”和“分布离散性”更具诊断价值
PD Pattern 可作为辅助性绝缘退化判断手段

但需要指出的是，PD Pattern 目前仍不具备独立判据能力，仍需结合 RPDIV、PDEV 等参数综合分析。

八、工程应用总结

综合实验结果与工程分析，可以得到以下结论：

电压阶跃时间间隔是影响局放测试准确性的关键参数
脉冲频率对局放起始电压具有显著影响
绝缘等级越高，耐局放能力越强
局放模式分析可为绝缘状态评估提供有价值的辅助信息

该研究成果对以下应用具有重要参考意义：

变频驱动电机绝缘设计
电机绕组耐局放测试规范制定
电机绝缘状态评估与可靠性分析

脉冲电压条件下电机匝间绝缘局部放电测试的关键影响因素与工程实践

一、应用背景：变频驱动电机为何更容易发生局放

二、局部放电测试中容易被忽视的三个关键因素