发电机局部放电在线检测方法探讨

摘要：长期以来，局部放电在线监测已成为监测大型电机绝缘系统的一种有效手段。在线测试能在设备正常工作时进行分析和诊断，根据测试结果可有计划地安排、实施正确的维护方案。本文介绍了局放的基本理论、在线测试方法进行分析。

关键词: 局部放电在线监测

0. 概述

世界范围内多年来的研究表明，局部放电信号的数量、幅度和极性可以直接反映电机绝缘系统的状况。利用局部放电现象评估电机的绝缘寿命仍是一门发展中的基础理论和应用技术紧密结合的前沿学科。目前，国内外对发电机局部放电在线监测的方法研究逐步深入，也已有大量的在线监测系统投入实际运行中。IEEE也在1995年成立了一个工作小组，讨论制定旋转电机局部放电测量方面的标准，2000年4月26日IEEE Std 1434被正式批准，标准名称为“Trial-Use Guide to the Measurement of Partial Discharge in Rotating Machinery ”。旋转电机局放检测试用导则的出台为电机局放检测提供了原则性的指导意见。本文尝试在局放的基本理论、在线测试方法、与传统测试的关系、测试数据的解释以及应采取的相应对策等方面结合我们多年发电机局部放电在线监测的相关实践，对发电机局部放电在线监测技术以及如何利用局放在线监测结果，评估和解决潜在绝缘故障等方面给出一个全面的介绍，以期能在实践中起到指导作用。

1. 发电机局部放电及其在线监测技术

在绝缘体中，只有局部区域发生放电，而没有贯穿施加电压的导体之间，这种现象称之为局部放电。局放理论包括对材料、电场、火花特性、脉冲波形的传播和衰减、传感器空间灵敏度、频率响应、标定、噪声和数据解释等的分析。 2. 发电机局部放电在线监测技术

目前大型发电机局部放电在线监测方法主要有以下几种： 1、中性点耦合监测法

大型发电机中性点一般均通过接地电阻、接地电抗器或接地变压器来限制中性点接地电流。由于中性点的对地电位很低，发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，通常都选择在中性点接地线上。 2、便携式电容耦合监测法

一方面由于技术的进步，同容量电容的体积大大下降，另一方面随着数字信号处理技术的发展，新的抗干扰技术不断出现，大容量电容传感器又重新获得了大家的重视。大容量的电容比起小容量电容在局放信号检测方面灵敏度更高，信号的带宽也更宽。但同时耦合的噪声信号能量也会增加。因此采用大电容传感器需要有高性能的抗干扰数字处理算法作基础。 3、射频监测法

射频监测仪的工作原理和射频干扰场强仪相同，可以选择测量的中心频率和频带宽度。其输出端连接记录仪和报警装置。当局部放电发生时，其放电电流信号通过中性点接地线流向接地点，通过高频电流互感器耦合到监测回路，射频监测仪就可以监测到局部放电信号的强弱。记录仪用于记录监测过程中射频电流变化，一旦局部放电加剧，超过监测器预警设定值时，报警装置立即发出报警信号。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1MHz，带宽为5KHz，带有报警电路。 4、PDA测法

PDA监测法由加拿大 Ontaio Hydro公司于70年代提出，主要用于在线监测水轮发电机内的局部放电。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的不同特点来抑制噪声。其原理是：若水轮发电机定子每相为双支路(或耦数支数)对称绕组，则在每条支路(在水轮机端部的环形母线上)永久性地安装两个耦合电容器，将两对称耦合电容器的输出信号利用相同长度的电缆引至PDA的差分输入放大器。对于外部噪声信号，每相绕组的两个信号耦合电容将产生相同的响应，因而PDA的差分放大器无输出，噪声被抑制。对于内部放电信号，

由于信号传播距离不同，在到达每相绕组的两个耦台电容器时将出现时延和幅值的差异，差分放大器的输出就是放电信号。PDA监测法已被采用于国外水轮发电机的在线监测中。 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监测不能满意地应用于汽轮发电机的在线监测。这种方法要求在定子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，然后由同轴电缆将放电信号引至电机外部的分析仪器。通过测量脉冲宽度区别干扰和放电，进行双极性脉冲幅值分析、脉冲相位分析、放电位置定位等。 SSC外形很象一长方形温度探测器，它实际上是一个宽频带(10MHz-1GHz)耦合天线，可以探测到脉宽仅为纳秒级的局部放电脉冲。当来自于电机外部的噪声信号传至SSC时，其中的高频成分将严重衰减，从原理上讲，利用定子槽耦合器能从有效地区别局部放电信号和噪声信号。但是由于传感器必须安装在发电机内部的缺点也使得该测试方法对于目前大部分已在运行的发电机来说都是不可行的。

6、基于埋置在定子槽内的电阻式测温元件导线的监测法

这种监测方法是以埋置在定子槽内的电阻式测温元件(RTD)导线作为局部放电传感器。根据现行的ANSI标准和IEC标准，每台发电机上都要安装RTD，因此不必再停机安装额外传感器就可进行局部放电测量。只要将RFCT(10KHz~250MHz)与发电机机座外侧的RTD引线连接起来就可以将局部放电信号载入PD监测系统。

这种监测方法在监测中系统会引入很多电磁干扰，有些噪声来自于外部，而另一些噪声是从发电机内部产生的。由于局放传感器频率特性很宽，可以通过硬件和软件技术区分局放脉冲与噪声脉冲。在硬件上，可以从发电机周围多级传感器上进行数据的同步采集，将母线和转子的潜在噪声源引入测试系统；在软件上，根据在高频范围内局放脉冲与噪声脉冲之间在频率特性和灵敏度方面存在的差别来区分噪声。

此外，同样用以上这些局部放电在线监测技术，频带上有越来越宽，中心频段有越来越高的趋势。由于局部放电持续时间一般介于10-9～10-7s之间，像对应的频域十分宽广，可达到1GHz范围，如果仅测量和分析MHz以下的信号，显然不能全面反映绝缘系统的放电特性本质。所以带宽越宽，采集的局放信息越丰富；频段越高，信号的信噪比也越高。这些都需要有先进的硬件设备和有效的抑制干扰算法为基础，局部放电在线监测技术从窄带到宽带乃至超宽频带，是这一领域技术发展的趋势。

据资料报道，国外利用这些在线监测技术，开发了多种局部放电在线监测装置，用到大型电机乃至中型电机(>4kV)上，取得了良好的经济效益。 3.结论

发电机局放在线监测系统来评估电机的绝缘老化程度的方法具有方便、灵敏、有效、损伤小等优点，它能尽早发现电机绝缘系统内部故障。 参考文献

[1]黄成军,郁惟镛, Gabe Paoletti, P.E.,巍伟.局放在线监测及其在大型电机中的应用.大电机技术. 2000.No.6 PP:33-38

[2]黄成军,郁惟镛. 大型发电机定子局放在线检测中放电量标定研究.大电机技术. 2000.No.5 PP:28-31

[3]黄成军. 基于小波理论的大型汽轮发电机局部放电在线监测系统的研究:[D]，上海:上海交通大学，2000 作者介绍：

肖海青（1987-），毕业于湖南科技大学电气工程及其自动化专业，大唐石门发电有限责任公司控制部电控班组工作。