局部放電在線監(jiān)測(cè)及其在大型電機(jī)中的應(yīng)用

更新時(shí)間：2017-08-28

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　　1 電機(jī)局放在線監(jiān)測(cè)方法主要有以下幾種方法：

　　1.1 國(guó)外發(fā)展情況

　　自50年代以來，國(guó)外圍繞這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)展開了大量的研究工作，使該項(xiàng)技術(shù)有了很大的發(fā)展。據(jù)報(bào)道，國(guó)外已有上萬臺(tái)電機(jī)采用了局放在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，取得了很好的效果。其技術(shù)已經(jīng)從窄帶系統(tǒng)逐漸過渡到寬帶系統(tǒng)及至超寬帶系統(tǒng)。

　　國(guó)外已成功地將多種技術(shù)應(yīng)用于電機(jī)的局部檢測(cè)中，這些方法主要有以下幾種：

　　(1)中性點(diǎn)耦合監(jiān)測(cè)方法

　　由于電機(jī)內(nèi)任何部位的電弧放電都會(huì)在中性點(diǎn)接地線內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的射頻電流，因而局部放電的監(jiān)測(cè)點(diǎn)可以選擇在中性點(diǎn)接地線上。50年代美國(guó)西屋公司研制出了用于發(fā)電機(jī)局部放電的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。工作原理是由定子繞組的中性點(diǎn)引出放電信號(hào)，通過一帶通濾波器送入示波器，在示波器熒光屏上顯示出信號(hào)的時(shí)域波形。實(shí)際應(yīng)用中噪聲信號(hào)和放電信號(hào)要由有經(jīng)驗(yàn)的操作人員來識(shí)別，因此難以推廣使用。

　　(2)便攜式電容耦合監(jiān)測(cè)法

　　70年代加拿大Ontaio Hydro 公司研制了一種局部放電在線監(jiān)測(cè)裝置。監(jiān)測(cè)放電信號(hào)時(shí)，將3個(gè)電容(每個(gè)375pF,25kV)搭接在發(fā)電機(jī)3相出線上，通過(30kHz至1MHz)引入示波器，并顯示出放電信號(hào)的時(shí)域波形。這種方法在加拿大的一些電廠得到應(yīng)用，并取得了較好的效果。它的缺點(diǎn)仍然是依靠有經(jīng)驗(yàn)的操作人員來區(qū)分外部干擾信號(hào)和內(nèi)部放電信號(hào)，致使這種監(jiān)測(cè)方法的推廣受到了一定的限制。

　　(3)射頻監(jiān)測(cè)法

　　射頻監(jiān)測(cè)(Radio Freopuency Monitoring )法實(shí)際上是Johnson提出的方法改進(jìn)。該法利用高頻電流傳感器、羅柯夫斯基(Rokowski)線圈RC阻容高通濾波器從發(fā)電機(jī)定子繞組中性線上拾取高頻放電信號(hào)，以發(fā)現(xiàn)定子線圈內(nèi)部放電現(xiàn)象。目前已在很多發(fā)電機(jī)和大型高速交流電動(dòng)機(jī)上采用，取得了較好的效果。1980年西屋公司開發(fā)了商用的射頻監(jiān)測(cè)儀，其放大器中心頻率為1MHz，帶寬為5kHz,帶有報(bào)警電路。

　　(4)PDA監(jiān)測(cè)法

　　PDA是局部放電分析儀英文名稱(Partial Discharge Analyzer)的縮寫。PAD監(jiān)測(cè)法由加拿大Ootaio Hydro 公司于70年代提出，主要用于在線監(jiān)測(cè)水輪發(fā)電機(jī)內(nèi)部的局部放電。它利用繞組內(nèi)放電信號(hào)和外部噪聲信號(hào)在繞組中傳播時(shí)具有不同特點(diǎn)來抑制噪聲，提取放電信號(hào)。PAD試驗(yàn)法在國(guó)外水輪發(fā)電機(jī)的在線監(jiān)測(cè)中已被采用。

　　(5)槽耦合器(SSC)監(jiān)測(cè)法

　　由于汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組的結(jié)構(gòu)不同于水輪發(fā)電機(jī)，PDA試驗(yàn)不能滿意地應(yīng)用于汽輪發(fā)電機(jī)的在線監(jiān)測(cè)。加拿大Ontaio Hydro公司和Iris Power Enginrrring 公司于1991年將TGA(Turbine Generator Analyzer)用于汽輪發(fā)電機(jī)局部放電信號(hào)的在線監(jiān)測(cè)。這種方法代價(jià)較高，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簡(jiǎn)稱SSC)，利用SSC探測(cè)每槽的放電脈沖。對(duì)于已投入運(yùn)行的發(fā)電機(jī)則必須改造定子繞組方可實(shí)施，而這往往是令發(fā)電廠難以接受的。

　　(6) 電阻式測(cè)溫元件監(jiān)測(cè)法

　　利用預(yù)先埋置在定子某些槽里的電阻式測(cè)溫元件(RTD)導(dǎo)線作為放電傳感器測(cè)量局放脈沖，對(duì)電機(jī)一次回路不會(huì)帶來任何影響。這種局放傳感器頻率特性很寬(3～30MHZ)，便于將局放脈沖與噪聲區(qū)別開來。但由于采用雙傳感器比值法比較區(qū)分信號(hào)和噪聲，將無法區(qū)分電機(jī)內(nèi)的某些部位的局放信號(hào)和噪聲。

　　1.2 國(guó)內(nèi)研究情況

　　國(guó)內(nèi)在局放在線監(jiān)測(cè)方面的研究起步較晚，發(fā)展也比較緩慢。特別是由于局部放電過程比較復(fù)雜，到目前理論仍很不完善，對(duì)該方面的研究帶來了很大的困難。1990年上海市將“射頻監(jiān)測(cè)儀”列為科技攻關(guān)項(xiàng)目，由上海第二工業(yè)大學(xué)和當(dāng)時(shí)的上?？茖W(xué)技術(shù)大學(xué)大學(xué)同時(shí)中標(biāo)。1992年5月完成研制，10月份通過鑒定。工大的射頻監(jiān)測(cè)儀目前已應(yīng)用于國(guó)內(nèi)多臺(tái)電機(jī)上，科大的射頻監(jiān)測(cè)儀在上海電廠也有很好的應(yīng)用實(shí)踐。兩套系統(tǒng)*達(dá)到了80年代初西屋公司的產(chǎn)品水平。其放大器中心頻率為1MHZ，寬帶5kHz，裝置選擇性好，抗干擾性強(qiáng)，但由于通帶過窄，獲得的信息少，靈敏度低且不具備局放綜合特征分析能力。

　　清華大學(xué)研制DJYC—1型電機(jī)局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用單片機(jī)控制采樣系統(tǒng)，采用低速采樣和高速采樣相結(jié)合的方法，低速采樣結(jié)果用來收集放電信號(hào)的幅度和相應(yīng)信息，高速采樣結(jié)果用來分析放電波形的細(xì)微特征，取得了一定的效果。

　　西安交通大學(xué)研制的電機(jī)局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用寬帶系統(tǒng)，可以測(cè)得局部放電的各種特征量，結(jié)合現(xiàn)代數(shù)字處理技術(shù)，在放電類型的自動(dòng)識(shí)別方面作了一定的嘗試。

　　上海交通大學(xué)研制的局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包含了一套窄帶系統(tǒng)和一套寬帶處理系統(tǒng)，寬帶系統(tǒng)采用高速長(zhǎng)時(shí)間采樣，用DSP及計(jì)算機(jī)對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取信號(hào)的特征值存于數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過對(duì)電機(jī)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)來判斷電機(jī)的絕緣損壞情況。窄帶系統(tǒng)用來作對(duì)比研究。

　　從技術(shù)上來講，國(guó)內(nèi)研制的設(shè)備可以分為窄帶系統(tǒng)和寬帶系統(tǒng)。對(duì)于窄帶系統(tǒng)來說，它只對(duì)局放后期嚴(yán)重的火花放電比較敏感，并且不能區(qū)分機(jī)內(nèi)和機(jī)外放電信號(hào)以及進(jìn)行故障分類和定位。對(duì)于寬帶系統(tǒng)來說，帶寬越寬，采集的局放信息越豐富，但對(duì)系統(tǒng)的要求也越高。一方面要求有較高的采樣率和數(shù)字處理能力，另一方面干擾的鑒別也是關(guān)鍵。

　　1.3 信號(hào)的傳播特性及測(cè)試系統(tǒng)的影響

　　(1)局放信號(hào)是高頻信號(hào)，由于定子線圈帶有較大的感抗，是個(gè)復(fù)雜的L-C-R網(wǎng)絡(luò)，信

　　號(hào)從局放點(diǎn)到達(dá)傳感器回產(chǎn)生很大的畸形和振蕩，從而嚴(yán)重影響測(cè)試結(jié)果。對(duì)于一般試品，BG7354-87規(guī)定了局部放電的測(cè)量和標(biāo)定方法，但目前的局部放電標(biāo)定方法對(duì)于大型發(fā)電機(jī)定子的放電量的標(biāo)定是不合適的。IEEE電機(jī)工程學(xué)會(huì)的一個(gè)工作小組就這一方面的問題正在起草一個(gè)導(dǎo)則(P1434)，提醒大家注意電機(jī)定子局放測(cè)試方面結(jié)果的不同解釋。

　　(2) 除了局放信號(hào)在傳播中的衰減和振蕩對(duì)測(cè)試結(jié)果帶來嚴(yán)重影響外，不同的測(cè)試系統(tǒng)

　　局放信號(hào)的測(cè)試結(jié)果也影響很大。根據(jù)報(bào)道[3]，在對(duì)一臺(tái)4kV電機(jī)的局放檢測(cè)中，4臺(tái)商用的寬帶局放測(cè)試系統(tǒng)都根據(jù)ASTM-D1868的推薦方法進(jìn)行視在電荷標(biāo)定，然而他們對(duì)同一局放信號(hào)的測(cè)試結(jié)果用PC(皮庫(kù))表示為60PC到1000PC，對(duì)同一臺(tái)電機(jī)的測(cè)試結(jié)果相差了17倍。測(cè)試系統(tǒng)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響主要是由于不同測(cè)試系統(tǒng)的寬帶、輸入阻抗、輸入傳感器及傳感器的安裝位置造成的。

　　基于上述原因，在分析局放在線測(cè)試結(jié)果時(shí)，還應(yīng)將測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法放在一起來考慮。不同測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果以及不同電機(jī)的測(cè)試結(jié)果間可比性不大。從這點(diǎn)意義上講，對(duì)于局放測(cè)試結(jié)果的解釋在一段時(shí)間內(nèi)的趨勢(shì)變化往往更有價(jià)值。