局部放电在线监测及其在大型电机中的应用

1 电机局放在线监测方法1.1 国外发展情况 自 50年代以来，国外围绕这项技术已经展开了大量的研究工作，使该项技术有了很大的发展。据报道，国外已有上万台电机采用了局放在线监测技术，取得了很好的效果。其技术已经从窄带系统逐渐过渡到宽带系统及至超宽带系统。 国外已成功地将多种技术应用于电机的局部检测中，这些方法主要有以下几种： (1)  中性点耦合监测方法 由于电机内任何部位的电弧放电都会在中性点接地线内产生相应的射频电流，因而局部放电的监测点可以选择在中性点接地线上。 50年代美国西屋公司研制出了用于发电机局部放电的在线监测系统。工作原理是由定子绕组的中性点引出放电信号，通过一带通滤波器送入示波器，在示波器荧光屏上显示出信号的时域波形。实际应用中噪声信号和放电信号要由有经验的操作人员来识别，因此难以推广使用。 (2)  便携式电容耦合监测法 70年代加拿大Ontaio Hydro 公司研制了一种局部放电在线监测装置。监测放电信号时，将3个电容（每个375 p F,25kV）搭接在发电机3相出线上，通过（30kHz至1MHz）引入示波器，并显示出放电信号的时域波形。这种方法在加拿大的一些电厂得到应用，并取得了较好的效果。它的缺点仍然是依靠有经验的操作人员来区分外部干扰信号和内部放电信号，致使这种监测方法的推广受到了一定的限制。 (3)  射频监测法 射频监测（ Radio Freopuency Monitoring ）法实际上是Johnson提出的方法改进。该法利用高频电流传感器、罗柯夫斯基（Rokowski）线圈RC阻容高通滤波器从发电机定子绕组中性线上拾取高频放电信号，以发现定子线圈内部放电现象。目前已在很多发电机和大型高速交流电动机上采用，取得了较好的效果。1980年西屋公司开发了商用的射频监测仪，其放大器中心频率为1MH z ，带宽为5kHz,带有报警电路。 (4)  PDA监测法 PDA是局部放电分析仪英文名称（Partial Discharge Analyzer）的缩写。PAD监测法由加拿大Ootaio Hydro 公司于70年代提出，主要用于在线监测水轮发电机内部的局部放电。它利用绕组内放电信号和外部噪声信号在绕组中传播时具有不同特点来抑制噪声，提取放电信号。PAD试验法在国外水轮发电机的在线监测中已被采用。 (5)  槽耦合器（SSC）监测法 由于汽轮发电机定子绕组的结构不同于水轮发电机， PDA试验不能满意地应用于汽轮发电机的在线监测。加拿大Ontaio Hydro公司和Iris Power Enginrrring 公司于1991年将TGA（Turbine Generator Analyzer）用于汽轮发电机局部放电信号的在线监测。这种方法代价较高，要求在定子每槽的槽楔下面埋有一特制器件——定子槽耦合器（Stator Slot Coupler简称SSC），利用SSC探测每槽的放电脉冲。对于已投入运行的发电机则必须改造定子绕组方可实施，而这往往是令发电厂难以接受的。 (6)  电阻式测温元件监测法 利用预先埋置在定子某些槽里的电阻式测温元件（ RTD）导线作为放电传感器测量局放脉冲，对电机一次回路不会带来任何影响。这种局放传感器频率特性很宽（3～30MHz），便于将局放脉冲与噪声区别开来。但由于采用双传感器比值法比较区分信号和噪声，将无法区分电机内的某些部位的局放信号和噪声。 1.2  国内研究情况 国内在局放在线监测方面的研究起步较晚，发展也比较缓慢。特别是由于局部放电过程比较复杂，到目前理论仍很不完善，对该方面的研究带来了很大的困难。 1990年上海市将“射频监测仪”列为科技攻关项目，由上海第二工业大学和当时的上海科学技术大学大学同时中标。1992年5月完成研制，10月份通过鉴定。工大的射频监测仪目前已应用于国内多台电机上，科大的射频监测仪在上海电厂也有很好的应用实践。两套系统完全达到了80年代初西屋公司的产品水平。其放大器中心频率为1MHz，宽带5kHz，装置选择性好，抗干扰性强，但由于通带过窄，获得的信息少，灵敏度低且不具备局放综合特征分析能力。 清华大学研制 DJYC—1型电机局放在线监测系统利用单片机控制采样系统，采用低速采样和高速采样相结合的方法，低速采样结果用来收集放电信号的幅度和相应信息，高速采样结果用来分析放电波形的细微特征，取得了一定的效果。  西安交通大学研制的电机局放在线监测系统采用宽带系统，可以测得局部放电的各种特征量，结合现代数字处理技术，在放电类型的自动识别方面作了一定的尝试。 上海交通大学研制的局放在线监测系统包含了一套窄带系统和一套宽带处理系统，宽带系统采用高速长时间采样，用 DSP及计算机对大量数据进行处理，提取信号的特征值存于数据库中，通过对电机的长期监测来判断电机的绝缘损坏情况。窄带系统用来作对比研究。 从技术上来讲，国内研制的设备可以分为窄带系统和宽带系统。对于窄带系统来说，它只对局放后期严重的火花放电比较敏感，并且不能区分机内和机外放电信号以及进行故障分类和定位。对于宽带系统来说，带宽越宽，采集的局放信息越丰富，但对系统的要求也越高。一方面要求有较高的采样率和数字处理能力，另一方面干扰的鉴别也是关键。 1.3  信号的传播特性及测试系统的影响 (1)  局放信号是高频信号，由于定子线圈带有较大的感抗，是个复杂的L-C-R网络，信号从局放点到达传感器回产生很大的畸形和振荡，从而严重影响测试结果。对于一般试品，BG7354-87规定了局部放电的测量和标定方法，但目前的局部放电标定方法对于大型发电机定子的放电量的标定是不合适的。IEEE电机工程学会的一个工作小组就这一方面的问题正在起草一个导则（P1434），提醒大家注意电机定子局放测试方面结果的不同解释。 (2)  除了局放信号在传播中的衰减和振荡对测试结果带来严重影响外，不同的测试系统局放信号的测试结果也影响很大。根据报道 [3] ，在对一台4kV电机的局放检测中，4台商用的宽带局放测试系统都根据ASTM-D1868的推荐方法进行视在电荷标定，然而他们对同一局放信号的测试结果用 P C（皮库）表示为60 P C到1000 P C，对同一台电机的测试结果相差了17倍。测试系统对测试结果的影响主要是由于不同测试系统的宽带、输入阻抗、输入传感器及传感器的安装位置造成的。 基于上述原因，在分析局放在线测试结果时，还应将测试系统及测试方法放在一起来考虑。不同测试系统的测试结果以及不同电机的测试结果间可比性不大。 从这点意义上讲，对于局放测试结果的解释在一段时间内的趋势变化往往更有价值。