大型发电机局部放电在线监测方法有哪些？

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据有关文献介绍，国内定子绝缘故障而引起大型发电机烧坏定子绕组的事故时有发生，严重影响电力部门的安全生产，造成巨大的经济损失。这个问题的解决一方面有赖于电机制造厂提高产品的质量，另一方面有赖于电机的使用运行部门提高运行维修水平。若能在运行状态下在线监测发电机的绝缘状况，并及时查出早起故障，则可大大减少大型发电机的恶性绝缘事故，产生巨大的经济效益。因此，寻求安全可靠的在线监测大型发电机的绝缘早期事故的方法，早已为世界各国所重视。

引起恶性事故的绝缘故障经常表现为介质击穿，造成定子绕组对地或相间短路。绝缘击穿前介质会有长期缓慢的裂化过程，导致绝缘介质裂化原因很多，如长期强电场作用产生的电腐蚀、机械振动造成的绝缘磨损、热效应引起的介质分解以及受潮和油污染造成的介质腐蚀等。随着绝缘介质的逐渐劣化，绝缘的各种性能逐渐下降，最终击穿。这种绝缘劣化、性能下降、击穿的量变到质变的过程，使在线监测电机绝缘状况具有很大意义。

电机的绝缘状态监测是利用传感器与分析仪器对电机绝缘劣化过程中所产生的物理的、化学的反应进行监测，从而发现电机的早期绝缘故障。目前主要有两类不同方法：一类是绝缘劣化的化学分析方法，另一类时放电信号的分析方法。绝缘劣化的过程中会产生气态、液态和固态的化学物质，这些物质的成分与浓度就反映了电机的绝缘状况。这种方法偏重于监测整机的绝缘的综合状况，对绝缘的局部故障反映并不一定灵敏。绝缘 逐渐劣化时，承受电场作用的能力逐步降低，在运行过程中电机内部将发生越来越严重的局部放电现象，而这又加剧了绝缘介质的裂化过程。此外，电机的其他一些故障，如绕组断股，不同电位点出现污染物等都会产生放电现象，使整机放电信号的电平明显提高。所以在线监测电机的放电信号是电机诊断技术的重要手段之一。

尽管局部放电信号比较微弱，但它包含有丰富的电机绝缘状况信息。自50年代起，国外围绕这项技术已经开战了大量的研究工作（包括基础研究与应用开发研究），使该项技术有了很大的发展，已有多种方法应用于实际。国内有关该技术的研究也已起步，与国外相比有一定的差距。

国外已应用于实际的大型发电机在线监测方法有：

（1）中性点耦合监测方法。50年代美国西屋公司的Johnson研制出了用于电机局方在线监测的槽放电探测器（Slot Discharge Detector）。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。

（2）便携式电容耦合监测法。70年代加拿大Ontaxio Hydro为公司研制了一种局部放电在线监测装置。监测放电信号是，将三个电容（每个375pF，25kV）搭接在发电机三相出线上，通过电容检出放电信号。此信号通过一带通滤波器（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 Frequency Monitoring）法实际上是对Johnson提出的方法改进。该法利用高频电流互感器从发电机定子绕组中性线上引出放电信号，对信号进行频谱分析及时域波形分析，由有经验的运行人员综合时域波形与频谱来区分干扰信号和内部放电信号。

图2-158 PDA原理图

（4）PDA监测法。PDA是局部放电分析仪英文名称（Partial Discharge Analyzer）的缩写。PDA监测法由加拿大Ontaio Hyaro公司于70年代提出，主要用于在线监测水轮发电机的局部放电。它利用绕组内放电信号和外部噪音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，原理图如图2-158所示。若水轮发电机每相为双支路（或偶数支数）对称绕组，则在每条支路（在水轮机的端部的环形母线上）永久性地装两个耦合电容器，将两对耦合电容器的输出信号利用相同长度的电缆引至PDA输入差分放大器。对于外部噪声信号，每相绕组的两个信号耦合电容器，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合电容器时将出现时差，耦合电容器所取得的信号也将出现相对时延，差分放大器的输出就是放电信号。PDA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 Hydor公司和Iris Power Engineering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，然后由同轴电缆放电信号引至电机外部的分析仪器。SSC外形很像一长方形温度探测器，它实际上就是一个宽频带耦合天线，对脉宽仅为纳秒级的局部放电脉冲也可以探测到。当来自于外部的噪声信号传至SSC时，其中的高频成分将严重衰减，因此根据SSC探测到的信号特征可区分外部噪声信号和内部放电信号。目前这种带SSC控测器的TGA试验方法仍有待进一步完善。

目前国内已有几个单位研制了大型发电机的局部放电在线监测仪，有的还投入现场运行。今后的发展方向是开发智能型在线监测系统，以解决在线监测中遇到的发电机规格、品种、结构不同，厂房内电器等布置相异，噪声背景不一样，工作人员素质不同等复杂问题。

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