精品发电机绝缘监测装置原理及应用Word下载.docx
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3.2FJR―ⅡA型发电机绝缘过热监测装置主要技术指标…………………11
3.3FJR―ⅡA型发电机绝缘过热监测装置性能及特点……………………11
3.4FJR―ⅡA型发电机绝缘过热监测装置外型尺寸和重量………………12
3.5FJR―ⅡA型发电机绝缘过热监测装置工作原理………………………12
4结论………………………………………………………………………………15
4.1发电机在线监测装置测量原理总结………………………………………15
4.2发电机绝缘在线监测装置的改进建议……………………………………16
4.3发电机绝缘在线监测装置的应用选择……………………………………16
4.4发电机绝缘在线监测装置的管理建议……………………………………17
参考文献……………………………………………………………………………18
致谢…………………………………………………………………………………19
1前言
大型发电机是电力工业生产的重要设备。
随着电力工业的发展和技术进步，发电机正朝着大容量，高电压的方向发展。
发电机单机容量的提高，为提高发电机效率、降低成本、减轻电能生产对环境的影响提供了可能。
但同时也对发电机的安全、可靠运行提出了更高的要求。
大容量的发电机一旦发生故障。
将会造成停电事故，甚至危及电力系统的稳定运行。
事故的涉及面大、修理周期长，费用高、经济损失巨大。
因此，大型发电机的安全、可靠运行已成为电力系统的头等大事。
目前，国内外大型发电机的在线监测技术已经形成了从巡回测量到连续监测、从单参数监测到多参数监测的特点。
其中局部放电的在线监测是非常重要的方向。
这是因为局部放电与绝缘的劣化和击穿有密切的关系，局部放电是绝缘劣化的征兆，同时，局部放电又能对发电机绝缘起到加速劣化的作用。
另外，局部放电的监测是发电机的在线监测的众多方法中灵敏度最高的一种方法，因此人们大量的工作都集中在发电机的局部放电的在线监测上。
因此，研究发电机绝缘监测装置的原理对发电机安全、经济运行具有重要意义。
2国内外研究动态
2.1发电机局部放电监测方法国内外研究现状
局部放电检测技术都是以放电所产生的各种现象为依据，通过能表述该现象的各种物理量来表征局部放电的状态。
当绝缘介质内部发生局部放电时，伴随有许多现象，有些属于电的，例如电脉冲的产生、介质损耗的增大和电磁波辐射；
有些属于非电的，例如光、热、超声波、气体压力的变化和化学变化。
因此，检测方法可以分为电测法和非电测法两类。
2.2国内外主流发电机绝缘在线监测主要测量方法及原理
2.2.1电测法：
（1）中性点耦合监测法
局部放电现象必然在定子绕组中产生很多高频分量。
电弧放电辐射的电磁波频谱很广，其中一部分将传入星形接线定子绕组的中性点接线中。
因中性点的对地电位很低，电机内部任何地方的电弧放电将在中性点接地线内产生相应的射频电流，所以局部放电的监测点可选择中性点接地线上。
当发生局部放电时，放电电流信号由中性点接地线流向接地点，将高频电流互感器装在中性点和接地电抗器之间，它具有较高的响应频率，可将电流信号耦合到监测回路，监测设备所采用的射频监测器就可以监测到放电电流的强弱，从而探测到局部放电的强弱，同时记录仪记录监测电流的变化，当局部放电加剧超过报警设定值，报警装置将发出报警信号。
50年代美国西屋公司的Johnson研制出了用于发电机局部放电在线监测的槽放电探测器（SlotDischargeDetector）。
工作原理是由中性点弓i出放电信号，通过一带通滤波器送入示波器，在示被器荧光屏上显示出信号的时域波形。
利用这种新方法检测到了一些发电机线槽内的线圈松动现象。
但实际应用中出于噪声信号的影响，需要有经验的操作人员才能识别局部放电信号，因此难以推广使用。
（2）无线电干扰电压法（RIV）
无线电干扰电压法，包括射频检测法（RFM），Schwarger发现电晕放电会发射电磁波，通过无线电干扰电压表可以检测到局部放电的发生，实际上是对中性点耦合法的改进。
国外目前仍有采用无线电干扰电压表检测局部放电的运用，在国内，常用射频传感器检测放电，故又叫射频检测法。
较常用射频传感器有电容传感器、罗柯夫斯基（Rogowski）线圈电流传感器和射频天线传感器等。
美国西屋公司开发的RFM系统御。
美国AEP公司开发的CSR。
200系统，ABB公司歼发的PRPDA系统、PAMOS系统都是基于此种方法。
RIV是通过高频电流传感器、罗柯夫斯基线圈或RC阻容高通滤波器来监侧发电机中性点上电弧的高频信号，以发现定子线圈内部放电现象。
目前已在很多发电机和大型高速交流电动机上采用，取得了较好的效果。
由于这些大型交流电机运行时具有褶当强的背景噪声，而且其励磁绕组滑环上、轴承接地电刷或电机高压母线上也会产生电弧，通过电磁干扰产生假信号，使得RFM往往会发出假报警，减少了RFM的置信度，甚至真的信号也被忽略。
所以必须采用较高精度的消除或抑制干扰信号技术。
采用罗柯夫斯基线圈电流互感器是以一个直接绕在绕组中性点接地线上的空心螺管式感应线圈代替高频电流互感器，这种线圈测高频时响应频率很宽，称罗柯夫斯基（Rokowskl）线圈。
使用时。
可根据电机绕组结构型式、定子尺寸以及背景射频噪声来选择射频监测器中心频率和频带宽度。
实际应用表明，此种线圈频带较宽，适用于宽带捡测。
该方法的优点是传感器安装在低压点上，对系统的影响少，同时由于所有的局放信号都会经过中线，所以可以监测到发电机整个范围内的局部放电。
缺点是信号的灵敏度比较低，局放信号从局放点传播到中线时已经有了很大的衰减和变形，使信号处理的难度增加。
（3）PDA监测法
在电机供电电缆上夹装高（射）频电流传感器（RFCT），采用汇流条式系统的电机，传感装置更为复杂。
采用局部放电分析仪PDA（RadioDischargeAnalyzer），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。
由加拿大OntaioHydro公司丌发的局部放电分析仪PDA是便携式的。
装有耦合电容器的电机，各耦合器都通过同轴电缆线连接到电机外部的固定接线盒内，所以采用PDA监测一台电机很方便，平均只需5一lOmin。
这种方法主要用于水轮发电机局部放电的在线监测。
由于汽轮机发电机中的电力噪声大，发电机内部没有有效的回路环母线束识别每个传感器的放电信号，因此这种方法对于汽轮发电机不适用。
（4）便携式电容耦合监测法
70年代加拿大OntarioHydro公司研制了一种局部放电在线监测装置。
监测放电信号时，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IMHz）弓I入示波器，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。
它的缺点仍然是要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。
在1976年，首次采用了80pF的电容作为传感器。
研究发现采用80pF的电容传感器。
其等效电路的下限截止频率在40MHz左右，而干扰信号分量一般都远远小于该频率，因此采用SOpF的电容传感器，信号的信噪比较高。
可以避免误警现象。
而且，电容容量小。
传感器的体积小，容易安装且寿命商。
保证了被测试系统的安全性。
这种监测方法适用于那些噪声源于外部的高压电机，如高压电动机、水轮发电机、同步调相机和容量较小的汽轮发电机等。
其优点是耦合器不用安装在电机内部。
局放信号与外部噪声信号便于区别：
缺点是不便识别源于电机内部的噪声，不适用于大型汽轮发电机的监测。
（5）槽耦合器（SSC）监测法
为能在大型汽轮发电机有效地检测到局部放电脉冲，加拿大OntaioHydro公司等采用了在定子槽内安装耦合器的办法。
这种定子槽耦合器SSC（StatorSlotCoupler）是一种特制器件——用于检测局放信号的“天线”。
它装在靠近相端的定子槽的槽锲下面，与定子槽等宽，材料为环氧玻璃层压薄板，薄板的上面固定了一根检测线，其两端各接有一根输出同轴电缆，薄板的下平面为接地砸。
定子槽耦合器从频率10-100MHz范围有很好的频率响应，它能检测措定子槽的任何高频信号的真实脉冲波形，通常每台发电机装6个SSC。
定子槽耦合器的特点是对局部放电和噪声能产生不同的脉冲响应。
实测表明，定子绕组产生的局部放电脉冲以l-5ns宽的脉冲被SSC检测出来。
而各种内部与外部噪声则以大于20ns宽的脉冲被检测出柬，因为噪声经绕组传播时定子绕组起到了自然滤波的作用。
脉冲宽度的这种明显差别，很容易就把定子局部放电和所有噪声区别开来。
这种方法适用于大型汽轮发电机的监测，它能把局部放电和所有噪声区别开。
但此法要求在电机内部槽锲下面埋设特制的SSC，在撰台器的制作与埋设上所付代价较大，目前，大约150台发电机与重要的电动机（如核反应的冷却泵用电机）装有这SSC。
（6）电阻式测温元件监测法
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一250MHz）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。
这种监测方法的优点是利用原埋置于定子槽里的RTD导线作为局部放电传感器。
而不用另装其他装置。
适用于大型汽轮发电机。
但在定子绕组某些部分其局部放电与噪声脉冲难以区分。
缺点是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。
2.2.2非电测法：
（1）声测法
发电机定子绝缘介质中发生局部放电时。
其瞬时释放的能量将放电源周围的介质加热使其蒸发，效果就像一个小爆炸。
此时放电源如同一个声源，向外发出声波。
出于放电持续时间很短，所发射的声波频谱很宽，可达到数MHz。
要有效检测声信号并将其转化为电信号，传感嚣的选择是关键。
常用的声传感器有用于气体中的电容麦克风、电介体麦克风和动态麦克风；
用于液体中类似于声纳的所谓水中听诊器；
用于固体中的测震仪和声发射传感器。
在声电传感器中，工作频带和灵敏度是两个最为重要的指标。
若传感器工作频带过窄，脉冲相应时间过长容易造成信号混叠，故必须保证传感器一定的工作频带。
而在宽频传感器中，要求传感器几何尺寸必须小于声波波长，但是，减小传感器体积会导致传感器测量面积减小，进而降低测试灵敏度：
反之，若为了增大灵敏度而增大传感器几何尺寸又会导致传感器工作频带减小。
实际设计中，往往结合现场条件，折中考虑这两方面的要求。
较之电测法，声测法在局部放电源定位方面有独到的优点。
但是，山于声波在传播途径中衰减、畸变严重，声测法基本不能反映放电量的大小。
这使得实际中一般不独立使用声测法，而将声测法和电测法结合起来使用。
实际设计中。
最简单的声测法以一个麦克服和放大器来操作。
当发电机定子绝缘有大量的局部放电发生时，从扬声器可听到劈啪声。
劈啪声的相对音量用以对PD源定位。
在20Hz～20kHz的听觉范围，此法可监测局部放电。
声传播（AE）法是在诊断材料和工艺系统的状态及控制过程中发展起来的。
它也适用于发电机定子绝缘系统，因为这种方法能定位电磁干扰情况下的局部放电，以及当已知转换功能时，显示和确定局部放电源。
并在用时间范畴、频率范畴和识别临界值范畴分析AE脉冲特征的基础上，建立发电机定子绝缘局部放电的声谱图。
超声波频率>
20kHz，在固体介质中有纵、横两种传播类型，传播过程中的声速、声能的衰减等参数在很大程度上取决于所传播介质内部的微观变化，与超声波与光波的传播相似。
在介质中传播对会产生反、拆、绕射，可用来检测材质的变化。
事实上，它早已用于金属工业、医疗领域和复合材搴粤的检测。
并且，也开始用于发电机定子绝缘的局部放电检测。
但由于超声波在发电机定子线棒中的传播路径相当复杂，超声波信号的分析存在一定困难。
（2）光测法
局部放电产生的光信号可以反映放电的特征。
不同类型的放电产生的光波波长不同，小电晕光波长≤400nm星紫色，大部为紫外线；
强火花放电光波长自<
40Fim扩展至>
700nm，呈桔红色，大部为可见光；
固体、介质表面放电光谱与放电区域的气体组成、固体材料的性质、表面状态及电极材料等有关。
光信号的优点在于不易受电磁于扰。
对放电伴生的光信号研究光电检测技术的原理是将光电探测器接收的来自局部放电的光脉冲信号转为电信号，再放大处理。
近年来，采用光测法在发电机局部放电特征及定子绝缘介质老化机理等方面的研究做了大量工作，但是，由于传感器必须侵入设备，且设备透光性能不好或者根本不能透光，光测法只能测试表亟放电和电晕放电，故在现场中光测法基本上没有直接应用。
现在。
随着光纤技术的发展，将光纤技术和声测法相结合提出了声光测法。
该方法采用光纤传感器，局部放电产生的声波压迫使得光纤性质改变，导致光纤输出信号改变，从而可以测得放电。
（3）化学检测法
当电力设备绝缘中发生局部放电时，各种绝缘材料会发生分解破坏。
产生新的生成物，通过检测生成物的组成和浓度，可以判断局部放电的状态。
化学检测方法一般检测气体、液体绝缘介质。
在大型气冷发电机中，应用化学检测法对流通、冷却气体进行采样、检测，进而判断绝缘状态。
但是，至今为止，化学检测法仍只能定性检测是否有局部放电产生，基本不能反映放电的性质、强度和位置。
在众多非电量检测中，声测法和化学检测法受到人们普遍关注。
声测法能够有效地定位放电源，化学检测法在气体、液体绝缘介质中应用广泛。
但非电量检测法较之电量检测法，灵敏度不高且很难或者不能对放电性质、放电强度进行判断，故常和电测法结合应用，作为电测法的辅助检测手段。
就目前实际工程应用而言，发电机的局部放电监测主要运用电测法。
近几十年来。
数字化局部放电测量系统不断发展。
早期的数字化测量系统如英国J.Austin等设计的数字计算机测量系统，日本T.Tanaka和T.Okamoto等设计的微型计算机局部放电测量系统，之后又有一些利用单片机或数字信号处理芯片组成的数字化测量系统。
但是直到PC机的普及，一些新的基于PC机的功能强大的数字化测量系统的真正出现。
如澳大利亚NewSouthwaIeS大学R.E.James，B.T.Phung等研制了基于16位ISA插槽的局部放电测量系统iill。
法国CharlesHantouchc，DominiqueForyune等研制的高速A/D转换保存蜂值的数字化系统。
目前，由瑞士HAEFELY＆TcIt旺公司生产的TE571型局部放电分析仪是性能较好的一种数字化局部放电测量仪。
它根据IEC-270国际标准设计，能实时的采集、处理、存储以及显示数据，其优点在于采用荷兰Delf大学高压实验室的E.Culski等人的最新研究成果。
对工频电压的相位进行分窗。
并以相位窗为单元记录数据，从而得到图谱，通过图谱对放电统计参数进行处理，构造数据库进行识别。
但是由于该系统提取信号的方式相当于在定子线圈的两端接上耦合电容，一旦电容被击穿。
将会引起定子线圈的短路，给电厂带来更大损失，风险性更大，所以一般不被电厂采用。
面国内的局部放电仪与国外相比有很大差距，主要有宁夏电子仪器厂研制的JFZ-1，上海电动工具所和扬州无线电仪器厂研制的JF-8201、JF-8601以及武汉高压所和北京无线电仪器厂研制的JDY-II、JDY-lII。
从实际应用看，大部分局放装置是对国外产品的简单模仿，存在抗干扰能力查，故障判据简单等问题。
3国内某600MW机组发电机绝缘在线检测装置参数
云南滇东能源公司目前装机总容量为6×
600MW机组，其发电机为东方汽轮机厂生产，采用FJR―ⅡA型发电机绝缘过热监测装置。
3.1FJR―ⅡA型发电机绝缘过热监测装置工作条件
环境温度：
0～50℃
相对湿度：
≤85％
电源：
AC220V50Hz
容量：
100VA
使用方式：
连续运行
安装位置：
在6米平台发电机下部
3.2FJR―ⅡA型发电机绝缘过热监测装置主要技术指标
工作压力：
满足5.3×
105Pa为额定氢压及以下的汽轮发电机组
检测流量：
2～6L/min
取样流量：
5～10L/min
取样容积：
100L以上
零点漂移：
正常运行24小时，零点漂移不大于表计全量程的±
3％
电流指示：
正常运行时100～110％
报警整定值：
75％±
1％
检测灵敏度：
机内绝缘局部过热面积（包括绝缘漆退色）为12cm2时，电流下降百分率不小于30%
绝缘水平：
电源输入回路对外壳的绝缘电阻＞500MΩ
交流耐压：
1500V
记录纸更换周期：
每年1～2次
3.3FJR―ⅡA型发电机绝缘过热监测装置性能及特点
该装置具有适应性强，液晶显示，智能化程度高的特色。
（1）适用于不同容量，不同冷却方式的发电机组。
（2）具备故障判断、故障曲线显示、故障追踪和储存功能。
（3）具有声光报警和自动取样功能。
（4）具备时间显示和时间记忆的功能。
（5）调试简单，维护方便，安全可靠。
3.4FJR―ⅡA型发电机绝缘过热监测装置外型尺寸和重量
560×
470×
340mm重量：
50kg
外部联接管材及阀门：
Φ18～Φ25不锈钢管和管径匹配的不锈钢阀门（现场自备）。
3.5FJR―ⅡA型发电机绝缘过热监测装置工作原理
FJR－ⅡA型装置在线检测需接通冷却气体管路，将联接管路与发电机本体构成密闭循环系统。
在发电机风扇压力作用下，使机内的冷却气体流经装置内部。
冷却气体介质在受到离子室内α射线的轰击，使冷却气体介质电离，产生正、负离子对，又在直流电场作用下，形成极为微弱的电离电流（10—12A）。
电离电流经放大器（约1010倍）放大后，送电流表显示。
如果发电机运行中，其部件绝缘有局部过热时，过热的绝缘材料热分解后，产生冷凝核，冷凝核随气流进入装置内。
由于冷凝核远比气体介质分子的体积大而重，负离子附着在冷凝核上，负离子运行速受阻，从而使电离电流大幅度下降。
电离电流下降率与发电机绝缘过热程度有关。
经试验确定，当电流下降到某一整定值时，代表着绝缘早期故障隐患的发生和存在，装置及时发出报警信号。
运行人员可根据报警信号频度，结合其它检测仪表指示，综合判断故障隐患的发生和发展，有计划地提早采取相应措施，避免因绝缘过热故障的扩大而导致后期烧毁发电机的重大事故，以此提高发电机的运行安全性。
FJR－ⅡA型发电机绝缘过热监测装置的电气框图由图一所示；
报警过程流程图参见图二所示。
图一发电机绝缘过热监测装置电气框图
图二报警过程流程图
4结论
4.1发电机在线监测装置测量原理总结
发电机在线监测是区别于我们所熟悉的常规离线绝缘测试方法如介损、泄漏电流测试等，而在发电机运行工作电压下对发电机绝缘进行的连续测量。
目前发电机的绝缘在线监测主要是发电机局部放电的在线监测。
局部放电在线监测是在发电机内（或出线回路上）永久性地安装传感器，这些传感器可以连接到某种便携式的局放测试仪，对局部放电进行定期监测，或连接到某种固定式的局部放电监测系统进行持续监测。
目前在线监测主要指后者。
局部放电与发电机定子绕组的绝缘状况密切相关。
应用在线监测系统，可以对运行中的发电机持续地进行局部放电监测。
连续测取比离线监测能测取到更真实的反映发电机绝缘状况的数据。
发电机绝缘的在线监测方法按所取信号的种类可分为非电测法和电测法。
非电测法，是通过声学、特征气体等非电参量进行监测的方法。
这些方法的优点是无需测取电量，测量中不受电气干扰。
缺点是判断依据存在准确性方面的问题，也不能定量。
主要有：
（1）超声波检测。
局部放电同时产生声脉冲，其频谱约为Hz，但其声信号非常微弱。
超声波检测即将其声音信号转换为电信号后放大输出。
（2）特征气体检测。
如臭氧浓度检测法，由于臭氧是发电机电晕的特征气体，通过对臭氧浓度的测试来判断发电机电晕的状况。
在国外省的机组中，在发电机风洞里就设置了臭氧（03）检测装置，以确定发电机在运行中的局部放电强度。
目前，这种方式是作为局部放电电测法的一种补充方法。
欧洲的一种观点认为：
与局放电测法相比，03检测能独自对发电机端部电晕进行定量评估。
结合电测法，是分析发电机局部放电最有效的办法。
这种方法在国内还没有应用。
（3）离子式过热诊断法。
早期在上世纪60年代国外就开始应用，这种方法是将发电机冷却用的循环氢气采样引入到测定器内，利用发电机绝缘因局部放电后产生的热解离子，通过检测离子浓度的方法来检测发电机的绝缘状态。
这种方式应用很少。
（4）气相色谱法。
这种方法是从发电机中采集气体，利用气相色谱分析法来推定采得的气体中的有机物成分，这种方式也只能由于氢气冷却的发电机，根据循环氢气中的所含混合其他的成分和数量，来推断绝缘的状态。
后两种化学方法不适合水轮发电机使用。
电测法即在线监测发电机运行过程中局部放电的电量参数，如绝缘局部放电时产生的脉冲电流（脉冲电流法，即ERA法）或局部放电时产生的电磁辐射波（无线电干扰电压法，即RIV法）等。
脉冲电流法可
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