（浙江浙能北海水力发电有限公司 青田 323907）
摘要：绝缘介质在足够强的电场作用下，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。局部放电这种放电现象以仅造成导体间的绝缘局部短接而不形成导电通道为限。对发电机定子而言，每一次局部放电对绝缘介质都会有影响，长期连续的局部放电，对绝缘部件的累计损坏效应则会使绝缘强度下降，进而造成发电机定子绕组绝缘故障，影响发电机正常运行。
关键词：局部放电；在线监测；技术原理；性能要求
An analysis of on-line partial discharge monitoring technology for hydrogenerator stator
ChenJunchao yingxuejie
（Zhejiang zheneng Beihai hydropower Co.，qingtian 323907，China）
Abstract：Under the action of electric field strong enough，partial discharge occurs in the insulation medium，but does not run through the conductor of applied voltage.This phenomenon is called partial discharge.Partial discharge（pd）the phenomenon of partial discharge is limited to causing only partial short connection of insulation between conductors without forming conductive channel.Each partial discharge will have an impact on the insulation medium.If the partial discharge continues for a long time，the cumulative damage effect on the insulation components will reduce the insulation strength，which will lead to insulation failure of the stator winding of the generator and affect the normal operation of the generator.
Keywords：Partial discharge；Online monitoring；Technical principles；The performance requirements
引言
某水电站装机3台单机200MW混流式水轮发电机组，外加一台生态小机组。电站担负浙江省电力系统调峰、调频、调相及事故备用，同事兼顾防洪，具有综合利用效益。电站1号机组投产发电已有近十年时间，发电机即将进入缺陷高发时期。绝大多数发电机电气故障都是发电机绝缘缺陷造成的，绝缘是电气设备一个重要指标。发电机绝缘优劣程度，很大程度决定了发电机健康水平。而绝缘介质在足够强的电场作用下，会发生局部放电现象。长期连续的局部放电，对绝缘部件的累计损坏效应则会使绝缘强度下降，进而造成发电机定子绕组绝缘故障。电站3台常规机组主要技术参数如下：
1 提出解决方案
在线监测发电机定子的异常局部放电状况，是一种评价发电机定子绝缘优劣的灵敏方法，用于判定定子绕组绝缘质量。发电机定子增设局部放电在线监测设备系统，可以有效的监测发电机定子的局部放电情况。发现异常放电情况系统能及时报警，并能精确找出局放部位。设备管理人员可以有针对性地安排停机检修，避免发电机绝缘系统遭受到损坏而产生突发停机事故，减少因此造成的成巨大经济损失。
2 发电机局部放电在线监测技术原理
局部放电信号是一个高频脉冲信号。监测发电机定子局部放电现象伴随的产生高频脉冲信号，可利用特殊的传感器去捕捉局部放电产生的高频信号，将局部放电高频信号进行噪声分离后，进行数字化分析处理后可以得出发电机定子局部放电的形式、大小、位置等重要信息。以两个分支（同相）为例，外部噪声（高频电信号）经过的相同的物理长度（B1 + L1 = B2 + L2）后同时到达仪器输入端1和2。对于局放信号，假设发生在支路1，那么局放信号经两条路径（L1，B1-B2-L2）分别到达仪器。由于L1 < B1 ＋B2 + L2，所以信号先到达仪器输入端1，后到达2。同理，如果局放发生在支路2，那么信号先到达输入端2，后到达1。根据这个原理仪器能够区分出来局放信号和外部噪声信号，同时仪器还能根据时间先后判别局放是发生在哪一个支路上。
4 局放监测系统技术参数与性能要求
4.1传感器技术参数要求：
1）传感器采用可靠性高且具有良好电气绝缘性能材料制成。其在发电机正常运行电压下不受干扰和不发生电晕，防止放电痕迹和表面放电，能通过发电机耐压试验，且在该试验电压下其本身无局部放电现象。
2）传感器硬件上具备噪声分离技术，能有效区分定子绕组局部放电信号与其它电噪声信号，可实时对发电机定子绕组局部放电情况进行实时的在线监测，并可以判断出局部放电发生的原因及位置，到达设定值时进行提示和报警。
3）根据研究，发电厂现场的电噪声频率大都分布在20MHz以下，而局放的频率范围在50～250MHz之间，选择监测频率范围应在40～350MHz的传感器，监测定子绕组局放信号可获得较高的信噪比。
4）根据局部放电现象这个特点，传感器选用80pF±3pF环氧云母电容器。
5）较小的电容值可最大程度保留高频信号特征，避免电容过大后使得高频信号发生畸变，从而影响局放信号的提取。
6）根据容抗公式XC = 1/2πfC，80pF电容对于50HZ的交流信号容抗约为40MΩ，而50Hz交流电很难通过。定子绕组局放产生高频信号（假设频率83MHz）却很容易通过它，高频局放信号的容抗约24Ω。因此可以看出80pF电容器相当于高通、低阻滤波器，它极大的抑制了50Hz工频信号，增强了抗干扰能力。
4.2局放监测仪技术参数要求
1）局放仪与传感器为同一品牌厂家，保证了系统的兼容性与维护方便。局放仪应配置通讯模块，根据电站情况可接入监控系统，提供报警信号与其它方式报警（声音、灯光等）。局放仪处理数据可上送至上位机利用配套的分析软件进行图表化的展现局放数据。
2）用于传感器采集出局放数据的分析存储，能独立稳定运行，可提供预警或报警信号（声光报警）。
3）实时24小时自动监测（现场与远程），无需人为干预。
4）局放仪具有通讯功能单元，可与其它系统进行通讯，可通过通讯光纤将数据上送监控信息与上位机。
4.3上位机技术参数要求
1）系统配置上位机一台，形式为台式电脑。
2）上位机附带安装局放监测系统分析软件，可以分析处理从发电机运行期间采集局放数据。
3）上位机可具有扩展性，可兼容其他机组的局放信号与其他在线监测系统，方便进行统一集中监测管理。
4.4监测系统软件技术要求
1）软件能对局放监测系统连续采集数据进行实时分析，根据设定的采样周期（周期能根据需要设定），原始数据智能化存储，系统本身可保存3年及以上的数据。
2）系统应具有专用的数据库备份功能，可对整个数据库或用户所检索到的数据进行备份，并提供备份数据回放功能。可将测量出的数据与数据库中对应数据比较，给出准确的评估结论。
3）局放监测系统可分析解读监测数据，能在采集到数据中以数据表格、趋势图等形式给出局部放电脉冲的各相放电量和放电次数。局部放电信号图形化可进行二维和三维图谱分析，能判断放电模式和对放电源进行定位，数据界面应直观明了，查询方便。并能对机组局部放电在线监测信号历史资料进行整理分析，给出趋势分析，生成报告。
4.5局放监测系统性能要求
1）局放监测系统安装调试完成后，能正常工作的不少于30000小时。
2）局放监测系统应能有效分离噪声信号，结合测量得到的放电量及其极性，可深入分析造成发电机绝缘恶化的原因。
3）局放监测系统应具备通讯硬件接口功能，可直接输入或通过通讯方式接入运行参数：电压、有功功率等数据将送入其它系统进行整合，以便于更加有效地分析测试结果并掌握在相同运行条件下数据的变化规律和发展趋势。
4）局放监测系统具有延展性可接入监控通信系统，可将数据上送上位机进行便于运行人员数据查询。
5 设备的安装实施要求
5.1 传感器的就位安装：
1）局部放电容易在高压区域发生放电，因此传感器安装在发电机定子绕组出口，能获得最大的局放信号。
2）根据电站发电机定子绕组4Y的分支特点：每相安装4个传感器，均安装在发电机定子引出线的汇流环或定子引出线与汇流过渡导体上，1号发电机机组共安装12个传感器。
3）安装要求事项：
①传感器应固定在定子基座上，上端用高压电缆连接在汇流环上。
②传感器在下部引出信号电缆通过传感器终端盒至局放仪。
③传感器的安装不能导致发电机的绝缘系统性能降低。
④信号电缆应有保护管或布置槽盒、桥架内。
⑤传感器就位安装位置不影响和妨碍发电机和正在运行的其它设备的运行。
5.2局放仪安装要求
局放仪就位在发电机水车室外墙体上，高度为正常人身高可视高度（大约1.5m）安装要求事项：
①局放仪的安装应使其免受现场电磁、潮湿、温度等环境因素的影响，且不能影响现有设备的正常运行。
②从1号发电机配电盘1J1P内取一路交流220V电源供给局放仪。
③传感器信号统一接入传感器终端盒再接入局放仪。
④局放仪和接线盒外壳有接地螺栓，需要接入电厂接地系统。
5.3上位机安装要求
上位机就位于运行监控操作盘上。安装要求事项：
①安装上位机时应附带安装局放监测系统分析软件，用于分析处理从发电机运行期间采集局放数据。
②安装上位机预留扩展插槽，可兼容其他机组的局放信号与其他在线监测系统，方便进行统一集中监测管理。
③上位机所有的监测数据接入电站监控系统。
6系统试验与调试
6.1传感器试验：
传感器安装前应对传感器进行交接试验，并做好记录；传感器安装完毕后，进行定子整体耐压试验，试验电压不得低于发电机额定的1.5倍。
6.2局放系统整体调试：
局放系统安装完毕后，应进行整体调试。使用局放信号模拟发生器进行模拟定子局部放电现象（40～350MHz信号不少于10组）对局放系统进行测试，系统应能监测到与模拟局放信号，监测所得局放信号应与模拟信号一致。通过此项测试的局放系统方可进行初步验收。
7 结语
根据电力设备预防性试验规程，电站发电机定子泄漏电流试验每年一次，在发电机运行过程中，对定子的泄漏电流及绝缘的在线监测手段几乎没有，就不能很好的掌握设备实时的绝缘状态。而且局部放电在开始阶段，有可能也是偶然发生，仅仅通过预防性试验，达不到监测局部放电等绝缘缺陷的要求。通过此次改造，设备管理人员在上位机就可以很方便的查看定子局部放电数据，跟踪设备运行情况，为设备的稳定运行提供有力保障。
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作者简介：
陈俊超（1991—），男，浙江缙云人，助理工程师，主要从事水电厂一次设备检修维护及高压试验工作。
注：陈俊超，13735901260，0578-6616201，1182812663@qq.com，浙江省青田县巨浦乡范村浙江浙能北海水力发电有限公司，323907。
应雪杰（1994—），男，浙江青田人，助理工程师，主要从事水电厂一次设备检修维护及高压试验工作。
注：应雪杰，18867812015，0578-6616201，1135961150@qq.com，浙江省青田县巨浦乡范村浙江浙能北海水力发电有限公司，323907。
廖慧芬，女，浙江遂昌人，助理工程师，主要从事水电厂一次设备检修维护及高压试验工作
注：廖慧芬，13906780054，0578-6616201，1244036593@qq.com，浙江省青田县巨浦乡范村浙江浙能北海水力发电有限公司
论文作者:陈俊超,应雪杰,廖慧芬
论文发表刊物:《电力设备》2019年第9期
论文发表时间:2019/10/14
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