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局部放電測試儀在線監測及其在大型電機中應用

  1電機局放在線監測方法

1.1國外發展情況

自50年代以來,國外圍繞這項技術已經展開了大量的研究工作,使該項技術有了很大的發展。據報道,國外已有上萬臺電機采用了局放在線監測技術,取得了很好的效果。其技術已經從窄帶系統逐漸過渡到寬帶系統及至超寬帶系統。

國外已成功地將多種技術應用于電機的局部檢測中,這些方法主要有以下幾種:

(1)中性點耦合監測方法

由于電機內任何部位的電弧放電都會在中性點接地線內產生相應的射頻電流,因而局部放電測試儀的監測點可以選擇在中性點接地線上。50年代美國西屋公司研制出了用于發電機局部放電測試儀的在線監測系統。工作原理是由定子繞組的中性點引出放電信號,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的時域波形。實際應用中噪聲信號和放電信號要由有經驗的操作人員來識別,因此難以推廣使用。

(2)便攜式電容耦合監測法

70年代加拿大OntaioHydro公司研制了一種局部放電測試儀在線監測裝置。監測放電信號時,將3個電容(每個375pF,25kV)搭接在發電機3相出線上,通過(30kHz至1MHz)引入示波器,并顯示出放電信號的時域波形。這種方法在加拿大的一些電廠得到應用,并取得了較好的效果。它的缺點仍然是依靠有經驗的操作人員來區分外部干擾信號和內部放電信號,致使這種監測方法的推廣受到了一定的限制。

(3)射頻監測法

射頻監測(RadioFreopuencyMonitoring)法實際上是Johnson提出的方法改進。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電機定子繞組中性線上拾取高頻放電信號,以發現定子線圈內部放電現象。目前已在很多發電機和大型高速交流電動機上采用,取得了較好的效果。1980年西屋公司開發了商用的射頻監測儀,其放大器中心頻率為1MHz,帶寬為5kHz,帶有報警電路。

(4)PDA監測法

PDA是局部放電測試儀分析儀英文名稱(PartialDischargeAnalyzer)的縮寫。PAD監測法由加拿大OotaioHydro公司于70年代提出,主要用于在線監測水輪發電機內部的局部放電測試儀。它利用繞組內放電信號和外部噪聲信號在繞組中傳播時具有不同特點來抑制噪聲,提取放電信號。PAD試驗法在國外水輪發電機的在線監測中已被采用。

(5)槽耦合器(SSC)監測法

由于汽輪發電機定子繞組的結構不同于水輪發電機,PDA試驗不能滿意地應用于汽輪發電機的在線監測。加拿大OntaioHydro公司和IrisPowerEnginrrring公司于1991年將TGA(TurbineGeneratorAnalyzer)用于汽輪發電機局部放電測試儀信號的在線監測。這種方法代價較高,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(StatorSlotCoupler簡稱SSC),利用SSC探測每槽的放電脈沖。對于已投入運行的發電機則必須改造定子繞組方可實施,而這往往是令發電廠難以接受的。

(6)電阻式測溫元件監測法

利用預先埋置在定子某些槽里的電阻式測溫元件(RTD)導線作為放電傳感器測量局放脈沖,對電機一次回路不會帶來任何影響。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別開來。但由于采用雙傳感器比值法比較區分信號和噪聲,將無法區分電機內的某些部位的局放信號和噪聲。

1.2國內研究情況

國內在局放在線監測方面的研究起步較晚,發展也比較緩慢。特別是由于局部放電測試儀過程比較復雜,到目前理論仍很不完善,對該方面的研究帶來了很大的困難。1990年上海市將“射頻監測儀”列為科技攻關項目,由上海**工業大學和當時的上??茖W技術大學大學同時中標。1992年5月完成研制,10月份通過鑒定。工大的射頻監測儀目前已應用于國內多臺電機上,科大的射頻監測儀在上海電廠也有很好的應用實踐。兩套系統完全達到了80年代初西屋公司的產品水平。其放大器中心頻率為1MHZ,寬帶5kHz,裝置選擇性好,抗干擾性強,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。

清華大學研制DJYC—1型電機局放在線監測系統利用單片機控制采樣系統,采用低速采樣和高速采樣相結合的方法,低速采樣結果用來收集放電信號的幅度和相應信息,高速采樣結果用來分析放電波形的細微特征,取得了一定的效果。

西安交通大學研制的電機局放在線監測系統采用寬帶系統,可以測得局部放電測試儀的各種特征量,結合現代數字處理技術,在放電類型的自動識別方面作了一定的嘗試。

上海交通大學研制的局放在線監測系統包含了一套窄帶系統和一套寬帶處理系統,寬帶系統采用高速長時間采樣,用DSP及計算機對大量數據進行處理,提取信號的特征值存于數據庫中,通過對電機的長期監測來判斷電機的絕緣損壞情況。窄帶系統用來作對比研究。

從技術上來講,國內研制的設備可以分為窄帶系統和寬帶系統。對于窄帶系統來說,它只對局放后期嚴重的火花放電比較敏感,并且不能區分機內和機外放電信號以及進行故障分類和定位。對于寬帶系統來說,帶寬越寬,采集的局放信息越豐富,但對系統的要求也越高。一方面要求有較高的采樣率和數字處理能力,另一方面干擾的鑒別也是關鍵。

1.3信號的傳播特性及測試系統的影響

(1)局放信號是高頻信號,由于定子線圈帶有較大的感抗,是個復雜的L-C-R網絡,信

號從局放點到達傳感器回產生很大的畸形和振蕩,從而嚴重影響測試結果。對于一般試品,BG7354-87規定了局部放電測試儀的測量和標定方法,但目前的局部放電測試儀標定方法對于大型發電機定子的放電量的標定是不合適的。IEEE電機工程學會的一個工作小組就這一方面的問題正在起草一個導則(P1434),提醒大家注意電機定子局放測試方面結果的不同解釋。

(2)除了局放信號在傳播中的衰減和振蕩對測試結果帶來嚴重影響外,不同的測試系統

局放信號的測試結果也影響很大。根據報道[3],在對一臺4kV電機的局放檢測中,4臺商用的寬帶局放測試系統都根據ASTM-D1868的推薦方法進行視在電荷標定,然而他們對同一局放信號的測試結果用PC(皮庫)表示為60PC到1000PC,對同一臺電機的測試結果相差了17倍。測試系統對測試結果的影響主要是由于不同測試系統的寬帶、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,在分析局放在線測試結果時,還應將測試系統及測試方法放在一起來考慮。不同測試系統的測試結果以及不同電機的測試結果間可比性不大。從這點意義上講,對于局放測試結果的解釋在一段時間內的趨勢變化往往更有價值。

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