汽轮发电机的在线监测.docx

1、汽轮发电机的在线监测汽轮发电机的在线监测我国发电机设备长期以来实施“计划检修”缺乏针对性，容易造成设备的“过度检修”。目前，先进的工业国家都转至“状态检修”也就是“需修时修”。设备状态监测和诊断是实施状态检修、预知维修的重要基础，而状态检修和预知维修必须依靠状态监测仪器的实用性、可靠性和对测试结果的解读能力上。发电机容量大小、机组新旧、不同的冷却方式、在线监测装置的可靠性等都会影响到在线监测装置的配置。因此，如何合理应用和配置在线监测装置是一项比较复杂的策略性选择。在线监测装置的作用是对渐变过程进行监视，以对汽轮发电机状态进行科学预知，但它不能代替突发事故时的各种瞬时记录仪。因此，世界各国对其

2、有各种不同的观点：以美国GE、德国SSW为代表认为，即使是大型汽轮发电机，也无需太多的在线监视，因为发电机可靠性在出厂时制造厂已有判断，运行单位只要严格按规程运行、可靠性就有保障，GE举例，他们对定子端部绕组振动是经过充分研究的，无需逐台振动监测，SSW也举例，SSW定子绕组采用GVPI工艺，无需局部放电监测，美国GE、德国SSW认为，过多的在线监视不仅增加了投资，对运行也加重了负担。另一方面，以法国EDF为代表，谈到了法国核电900MW、1300MW的经验时指出了大机组新机就安装经过选择的在线监测装置（如SEVM定子端部绕组振动监测器）对状态检修的好处，显然是截然不同的观点。下面简要分析目前

3、使用的几种在线监测装置：一、 直读型在线监测装置1、 HPA（氢气纯度分析仪）一套自动测量氢气中其它气体含量的设备有防爆要求，当氢纯度95%时可越限报警和自动补、排氢气，也可预警氢侧密油超量、密封油过热等异常情况。2、 SCW（定子冷却水导电率仪）通过测量定子冷却水的导电率以防止冷却水含有杂质，使水导电率保持在0.51.5s/cm。对定子接地、树脂离子器失效、空心导线积垢堵塞、聚四氟引水管闪络、水化学性能监督有预警作用。3、 HLM（氢气漏入水中监测器）在定子密封水箱中装置压力表，当氢漏量超过规定值时，自动开启排气阀，并通过气体流量表记录排气量。由于机内氢压高于定子水压，因此当定子内部水系统回

4、路组件有问题时（如空心导线裂纹、水接头漏水、汇流母管接头及虹吸管漏水、密封垫失效等），HLM就会预警，该装置显示出其简单可靠。4、 HDM（氢气露点仪）测量机内氢气湿度并以露点显示。可以预示转子护环应力腐蚀、冷却器漏水、密封瓦漏油、氢气干燥器失效等故障。5、 HLOM（漏氢监测仪）在预定的可能泄漏位置取样检测，并以声、光、电型式给出预警信息，以避免氢爆发生。二、 解读型在线监测装置这类在线监测装置由于装置比较复杂或预示面广且重要，其测试结果一般要专家解读，特别是根据监测结果做决策时更需要专家会诊。1、 SEVM（定子端部绕组振动监测器）利用光导（高电位点）和加速度计（低电位点）监测定子端部绕组

5、的振动。它可以预示定子槽楔松动、定子线棒磨损、相引线断裂、固定螺杆松动等问题。2、 RSTD（转子匝间短路监测器）可预示由转子匝间短路引起的转子振动、转子 接地，由转子匝间短路造成的护环烧损等事故。3、 STOM（转轴扭振监测仪）该设备有扭振测量、扭振保护、扭振应力分析三种主要功能，它可预报的故障类型有轴疲劳积累、次同步振荡、大轴裂纹及转子不平衡负荷等故障。4、 GCM（发电机工况监测器）可预示故障类型是定子铁芯过热、定子绕组绝缘系统过热、转子绝缘过热及高压引出线过热等故障。5、 RFM、PDM（无线电频率监测器或称局部放电仪）用变压器在中性点的RFM可测10kHZ30kHZ（俗称窄带），电容

6、器接在高压出线端的RFM称为RFCC2，用电容器接在分相封闭母线上的RFM称为RFCC3。在出线端定子槽内装天线称SSC，SSC可监测定子绕组的高频放电（10MHZ1000MHZ），还有其它的只好通称PDM。RFM（包拮RFCC2、RFCC3）可预测的故障有定子主绝缘故障、定子其它绝缘如电晕放电、端部手包绝缘放电、电连接断裂、定子绝缘整体老化、定子端部绕组表面放电等。SSC除上述外，还能预示定子槽楔松动及端部绕组松动故障。6、 发电机故障录波分析仪是一种突发事故时的各种参数瞬间记录。当机组出现故障和异常工况时，对机组的重要电气量进行录波和分析，记录故障和异常运行的重要变化过程，再现故障的异常运

7、行的电气变化过程。作为分析继电保护的动作行为、分析故障和异常运行的重要依据。在发电机组正常运行时能提供所需的运行参数，实现测量监视、显示、打印、制表以及数据远传等在线监测功能。三、 发电机工况监测器-华北电科院FJR-A型概况FJR-A型发电机绝缘过热监测装置的检测原理和主要技术性能：1、 检测原理FJR-A型装置在线检测需接通氢气管路，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仪器内部。冷却气体介质在受到离子室内射线的轰击，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1012倍）

8、，经电流表测试。 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，冷凝核随气流进入仪器内。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。 电离子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，仪器及时发出声、光报警信号，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-A型发电机绝缘过热监测装置的电

9、气方框图如下所示：离子室 微电流 V1 mA 放 大 转换加 热 +15 V 过滤取样电子阀 微 型变压器 电源 控 制 控制阀 隔 离 + 5 V 信号灯 连AC220V50HZ 变压器 电 源 接 电 缆 监测部分 液晶显示 故障报警 打印机 微型控制器 控制健2、 主要技术性能（1） 工作条件：环境温度： 0-50相对湿度： 85%电 源： AC 220 V 50HZ容 量： 检测器100 VA监测器 30 VA 使用方式： 连续运行 安装位置： 在6米平台发电机下部（2） 主要技术指标工作压力：满足5.3x105Pa为额定氢压及以 下的汽轮发电机组检测流量： 4-6 L/mim取样流量

10、： 5-10L/mim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100110%报警整定值： 75%1%检测灵敏度：机内绝缘局部过热面积为 12cm2时，电流下降百分率不 大于30% 。3、 UB-型无电源进油自动闭路器（即油水分离器）及其安装图为了保证FJR-型发电机绝缘过热监测装置能正常运行，必须防止油进入该仪内，则需在管道回路中加装UB-型无源进油自动闭路器。如下图所示： 发电机本体 风扇 进气管高压区（正压） 出气管坡度约100防积油 低压区（负压） 进气阀 出气阀 氢气干燥器阀1 阀4 取样排气 FJR-型发电机 UB 绝缘

11、过热监测仪 UB阀2 阀5 阀阀3 6 960mm 放油管 6 m 平台四、 无线电频率监测仪大型发电机局放在线监测技术的实施技术主要可以分为窄带监测法和宽带监测法。目前应用的局放检测系统各有自已的长短优缺，但都有几个共同的不足，如：（1） 对放电信号的分析、判断和决策均需由专业人员完成，不便于一般人员使用和故障判断。（2） 目前所谓的宽带系统其宽带均不超过几百kHZ，与真正的宽带相差甚远。（3） 设计中未考虑发电机放电的历史趋势评判，也较少配制特征数据库。（4） 缺乏有效的抗干扰和噪声的技术手段、信号检测灵敏度只靠提升电路的动态指标来实现。（5） 系统难于克服漏报和误报。以下分别介绍上海（电

12、流传感器即C.T型）和北京（耦合电容型）二种局放在线监测技术。1、 上海 ： （1） 上海交大HSB-型发电机局放在线监测系统 系统结构：系统采用高频宽带电流传感器、宽带前置放大电路，窄带信号检波和报警单元，包括DSP信号高速采集模块的工控机和高性能服务器等，组成宽带的系统硬件配置方式如下图所示：发电机 #1BTG盒 信号报警 工况信号 信号 信号 数据 参考相位 高速 预 专家 查询 采集 处理 传送 系统 显示 工况机 宽带 前置 同轴电缆 窄带 光 特征数据库 放大 宽带信号 信号 缆 电路 窄带 本地 数据 特征 检波 报警 传送 提取 电路 窄带检测单元 服务器系统信号：系统的信号源

13、为发电机中性点，在发电机中性线上安装高频宽带电流传感器（CT），在传感器附近配置宽带前置放大电路，传感器的输出信号经宽带前置放大电路进行宽带放大和阻抗匹配后，再利用50同轴电缆将信号送往距现场较远的后级窄带处理单元分别处理。窄带处理单元：采用了传统的用晶振带通滤波器对信号检波的方法，但比起以前的系统增加完整的窄带报警参数整定功能，而且还将检波后的窄带信号送往信号高速采集模块，在信号高速采集模块数字化后的窄带信号送到服务器上的局放信号特征数据库供专家系统分析用。宽带处理单元：将宽带前置放大器送过来的宽带信号和窄带检波后送过来的窄带信号经隔离后送到DSP高速采样系统。由工控机和服务器对信号进行抗干

14、扰处理和提取特征参数后存入局放信号特征数据库，专家系统根据特征数据库中的宽带和窄带历史数据作出发电机绝缘状态的诊数。窄带系统和宽带系统是两套独立的系统，除共享传感器和信号前置放大器外，可独立工作。同时两套系统又作为一个整体，协同工作，增加了系统的可靠性，保证做到系统的漏报率为零，同时也降低了系统的误报率。发电机工频电压的相位有助于区分局放信号的来源，将厂内发电机的AC供电电源信号也引入采样系统进行同步采样，这样以工频电源电压为同步参考信号，用来区分局放信号来源的A、B、C相线。服务器：采用双CPU的高性能服务器，服务器内的大容量SQL数据库中可以永久保存的发电机局放特征数据，为系统的长期监测提

15、供依据。数据采集卡上内嵌DSP处理器、工控机内的高速CPU和服务器内的高速双CPU协同工作，分担运算任务，为系统提供强大的数据处理能力。系统采用Client/Server结构，工控机和服务器之间通过光纤局域网络相连接，一方面提高了系统的抗干扰能力，同时通过该网络可以方便地组成对多台发电机同时进行局放在线监测的分布式监控系统。如下图所示： 1G 2G 3G 4G 宽带前置 宽带前置 宽带前置 宽带前置放大电路 放大电路 放大电路 放大电路 同轴电缆 工控机信 工控机信 工控机信 工控机信号高速采 号高速采 号高速采 号高速采集和预处 集和预处 集和预处 集和预处 理 理 理 理 光缆 光缆收发和

16、集线器 惠普服务器 数据及报警显示系统软件：采用模块化结构，包括DSP应用模块、信号预处理模块、数据传输控制模块、特征提取模块、局部放电特征分析和绝缘评估专家系统模块、查询和显示模块。DSP应用模块主要是控制宽带、窄带和工频相位参考信号的采集，同时实现幅度变换、周期校正等功能。信号预处理模块主要是抑制各种干扰。数据传送模块主要是通过光缆实现数据和控制信息的双向传递。特征提取模块主要是提取局放信号的NQN值、最大放电量、局放电流平均值等特征参数，同时也将数字化的窄带信号存储在数据库中。局部放电特征分析和绝缘评估专家系统模块主要是从相关数据库中提取当日采样统计数据，结合数据库中的历史进行处理分析。

17、查询和显示模块主要是供用户查询数据库中的特征数据和历史记录。 （2）、上海二工大的SJY1射频监测仪信号评判SJY1射频监测仪是上海二工大多年来对美国西屋公司的无线电频率监测仪进行探讨和研究，并结合发电机运行的实际情况开发出来的，其基本原理与上海交大HSB1型发电机局放在线监测系统原理类同。下面只介绍SJY1射频监测仪信号评判：SJY1射频监测仪作为一个预示事故的仪器，它可较早地预报发电机的隐患，十多年来对运行经验和研究，对SJY1射频监测仪信号评判的范围，从原本限于监测定子线棒股线断裂拉电弧，扩展到对发电机低能量的局放的评估，更有效地发现早期的电气和绝缘缺陷。射频监测仪的使用中首先要认识其信

18、号指示值变化及其发展趋势对电机的状况的关系，通过对SJY1射频监测仪现场使用的研究，探讨其关系，首次给出了发电机的状态与射频的信号电平的函数关系，把发电机状态监测，划分为良好、中界过渡、注意、警告、危险几个区域，如下图所示：10v 100v 500v 1000 2000 3000 5000 10000 33.3 50 66.7 75 80 90 100%绝缘状态良好 合格 中介区 注意 警告 危险当SJY1射频监测仪检测信号低于300v或在此附近摆动，而且测量值与发电机的负荷无关的情形下，发电机系统的放电总量是微小的，说明发电机系统的状况是良好的。当SJY1射频监测仪检测信号高于1000v时，

19、需将数据与平时积累的数据比较，因机而异，评判发电机系统中放电状况，譬如：负荷的跟随情况，射频信号幅值是比较恒定的还是随机变化的，信号是缓慢升高的还是突变的等等，还应综合传统测试方法及发电机的工况变动试验，以综合评判故障发生在发电机内部还是外部，相对而言，该信号变化的趋势给评判可提供更为丰富的信息。1000v确非发电机定子内部放电判断的绝对的界限，不是射频信号一旦达到某一个水平（规定值）就停机，凡属预报性仪器，其最重要的是可靠性，所反映的信息是真实的，另外，在状态维修的系统中，不可能要求只用某一个在线监测仪、或一个信号来判断发电机故障的类型，更重要的是根据这个信息结果和常规的试验的方法来综合的判

20、断。 2、 北京科奇天朗电子仪器制造中心的JDY-型发电机故障放电监测仪JDY-型发电机绝缘故障放电监测仪是以绝缘放电测试理论为依据而研制开发的一种新型发电机绝缘放电在线监测仪器。其主要依据发电机绝缘在形成故障过程中所产生的局部放电和局部放电所具有的特征为判断依据，进行定量测量、定性分析，同时示波器显示放电波形和相位，以利综合判断及采取措施，该仪器采PC做为量值，具有数字化、智能化等先进技术，经串行接口与计算机进行数据传输。（1）、技术性能 *监测点：发电机中性点。 *测量范围：0.01x103-0.99x108pc *监测方式：连续自动监测，每八小时自动打印实 时监测结果。 *显示方式：数字

21、显示pc值。 *校准脉冲：输出幅度100V 衰减范围0-99dB 脉冲前沿0.01us/v *选频范围：90-130kHZ *开窗测试：门测范围0-180o ，0-360o 门测相移0-180o *报警定值：108pc *供电电源：220V 50HZ（2）、工作原理本仪器的测试原理为脉冲电流法，发电机发生绝缘放电时，在监测耦合回路（检测匹配阻抗）引起电荷转移，产生频脉冲，此脉冲经传输电缆耦合至主机的前置放大器部分，在微电脑电路的控制下，进行放大及各种信号的处理，最后以数字值（pc）的方式连读显示和数据储存，在必要时进行打印，打开示波器等一系列操作。仪器总体简图如下所示： 校正脉冲 椭园处理检测

22、阻抗 前置放大 示波器 信号处理耦合 显示器 微电脑 打印机电 容 计算机发电机中性点其中有：检测阻抗变换电路、前置放大电路、滤波和频带门形成电路、信号处理电路、脉冲信号电路、微电脑电路和示波器椭圆显示电路等部分。（3）、中性点处的安装将检测阻抗盒和高压耦合电容器固定在绝缘板上，并安装在发电机的中性点附近（距离300mm-500mm）。将检测阻波盒上初级始端经高压耦合电容器与发电机中性点连接好，请注意中性点连接与金属接地留有一定的绝缘空间距离（100mm）。安装图如下所示：接主机 接主机 接地信号源 放大器定标输入 至放大器 初级末端 初级始端 定标输出 检测阻抗盒 耦合电容 电压互感器 （消

23、弧线圈） 中性点五、 平圩发电机解读型在线监视现状1、 工况监测仪：平圩二台发电机工况监测仪是美国西屋公司进口设 备，安装调试时正常，因在管道上少安装了油水分离器， 至使该仪器的离子室受油的污染，导至该设备不能正常投 入运行，最终长期退出在线监视。解决办法：可以请北京华北电科院到现场来，对 离子室和相关的管道用油溶液进行清洗，再购买他们的VB-型无源进油自动闭路器（即油水分离器）安装在回路中、恢复原装置运行。购买北京华北电科院FJB-A型发电机绝缘过热监测装置进行更换。估计10万元/每台。2、 无线电频率监测仪平圩二台发电机的无线电频率监测仪是美国西屋公 司进口设备，目前的情况是该设备的二台主机均有问题， 送哈尔滨大电机研究所修理，拼凑把#1发电机的无线电 频率监测仪的主机修好，#2发电机的那一台由于购买不 到备件无法修复。至今#1、#2机的无线电频率监测仪均退 出在线运行。解决办法：#2发电机利用2004年大修购买北京科奇天朗电子仪器制造中心研制的或上海笫二工业大学研制的安装于#2机，恢复其在线监测功能。#1发电机可把原有的恢复起来，也可视#2机的国产无线电频率监测仪运行情况再定。也不排除购买进口的设备。 2002/11/08