DY-2型发电机定子绝缘局部放电在线监测系统

一、检测原理

据不完全统计1983～1995年期间，200MW国产汽轮发电机中定子绕组短路事故占事故总台次的75%，由定子绕组的绝缘问题而造成的停机事故约占全部停机事故的三分之一左右。据东北电网统计，发电厂高压电动机的定子故障占故障总数的43.2%。目前国内现场运行的监测装置普遍存在干扰问题，严重影响测量的准确度和正确报警。抗干扰这一关键技术只有当测量原理和测量方法在根本上得到创新后才有望得到解决。

1）外部干扰脉冲的排除方法

当发电机定子绝缘中出现局部放电时，放电脉冲信号将沿发电机三相高压母线向外传播。利用清大再创技术研究所的技术"电磁场型非接触式发电机局部放电传感装置"，可以在母线部位检测到这种脉冲信号，从而根据局部放电情况诊断定子绝缘的缺陷情况。该项专利技术能够区分从发电机传出的局部放电信号和从变电站传入的干扰脉冲，从而根据脉冲的传播方向排除干扰，其准确度在实验室达到100％。这种抗干扰原理是目前发电机局部放电检测领域最先进的抗干扰原理之一，能够从根本上排除来自变电站的干扰脉冲。

2）内部干扰脉冲的排除方法

来自发电机内部的脉冲干扰包括励磁系统中整流元件换向时的寄生脉冲和整流元件的关断脉冲，转子滑环与电刷接触不良产生的火化放电和转子接地电刷接触不良产生的火花放电等。对于安装于高压母线的传感器而言，空间脉冲干扰通过发电机外壳的天线耦合作用或接地线进入高压母线，而且传播方向与发电机的局部放电脉冲信号相同，也是一种内部脉冲干扰。

对于来自发电机本身的干扰脉冲，目前常见的检测系统未做专门处理。华北电力大学针对励磁系统整流元件产生的脉冲干扰、转子滑环火花放电脉冲干扰、发电机接地线（外壳接地线或中性点接地线）脉冲干扰和空间脉冲干扰的耦合机理和三相定子绕组脉冲响应规律进行了试验研究，提出了"三相响应幅值比较法"，可以有效地识别内部干扰脉冲。

3）正弦干扰的排除方法

发电机局部放电在线检测中经常会遇到谐波干扰、载波干扰和无线电波等正弦性干扰。华北电力大学开发的DY-2型发电机定子绝缘局部放电在线监测系统，通过选择较高的检测频带，避开了大部分正弦性干扰。并且进一步采用先进的"傅立叶级数法"消除正弦干扰，使得该系统的检测灵敏度大为提高。

二、系统构成

DY-2型发电机定子绝缘局部放电在线监测系统采用了一种非接触式在线监测方法，由非接触式局部放电传感器、电磁场方向法消除外部脉冲干扰、三相比较法消除内部脉冲干扰、傅立叶级数法消除窄带干扰、三相响应幅值法定位和常规信号局部放电故障诊断组成，如图2所示。

图2 非接触式发电机局部放电在线监测方法的组成

DY-2型发电机定子绝缘局部放电在线监测系统的硬件组成包括安装在发电机三相高压母线附近的三个新型非接触式电磁场传感器、前置放大器、滤波器、信号调理电路、数据采集系统和计算机，如图3所示。其中传感器采用非接触方式安装于母线出口附近，灵敏度较中性点高；三相母线均装设传感器，为排除来自发电机内部的脉冲干扰、确定局部放电源的位置创造了条件。

图3 DY-2型发电机定子绝缘局部放电在线监测系统的硬件组成

1．非接触式电磁场传感器：

用于检测局部放电脉冲沿发电机高压母线传播时产生的电磁场，不但起到检测局部放电脉冲信号的作用，而且起到判断脉冲传播方向的作用。其外形为圆柱型，安装在发电机母线的封闭外壳上，不接触高压母线，与母线之间存在足够安全空间，因而非常安全方便，如图4所示；每相母线仅需一只传感器；传感器中包含前置放大器，对感应到的局部放电脉冲信号进行放大处理；测量频带适中，不但能够满足抗窄带干扰的需要，而且可以较准确地测量局部放电信号的幅值和极性等信息。

1－母线；2－封闭外壳；3－传感器

(a) 安装示意图

图4 新型非接触式电磁场传感器的安装

2．现场工控机：

工控机带有数据采集卡，安装在发电机母线附近，尽量靠近传感器，完成数据采集和预处理。也可以采用笔记本电脑带数据采集卡，完成数据采集和预处理。若现场没有条件安装工控机，则该部分功能可以由主机完成。

3．主机：

安装在主控室，用于保存历史数据，监视现场工控机，设置现场工控机的相关参数，显示数据采集过程及各种常用局部放电分析图谱，包括N- 、U- 、N-U- 、N－U等谱图；显示诊断结果；发出报警响应等。

4．发电机定子绝缘故障诊断系统：

安装在主机上的软件系统，实现脉冲提取、抗干扰、局部放电模式显示、类型识别、严重程度分析和故障报警等。具有显示历史数据、局部放电发展趋势等功能；能够自动诊断局部放电类型，并且以更客观的隶属度表示出来；能够自动判断局部放电严重程度，按报警级别做出合适的报警响应，并将引发报警的事件记录入数据库。

三、系统特色

1．大部分局部放电发生在定子绕组的高压部分；本装置的传感器安装在发电机出口母线附近，距局部放电位置较近，因此灵敏度较高。

2．传感器与高压母线不接触，安全可靠；安装也很方便。

3．传感器依靠脉冲传播方向排除来自电力系统的脉冲型干扰，增加了专门排除内部脉冲型干扰的"三相幅值比较法"，抗干扰方法全面且新颖。

4．软件功能强大，具有局部放电自动模式识别、自动诊断严重程度，并且采用了多级别报警体制。

四、技术指标

1．传感器：

1）尺寸：直径10cm的圆盘，厚度小于10cm；深入封闭外壳3cm。

2）检测频带：0.1~20MHz。

3）灵敏度：能够检测出母线上15mv的脉冲信号。

4）抗干扰能力：对于来自电力系统其它设备、沿母线向发电机传播的脉冲干扰的消除率接近100％。

5）包含放大器和滤波器。放大器增益0～40dB可选；

6）电源：由信号电缆供电；

7）输出：10mV～5V，输出阻抗小于10欧姆；端口为标准BNC公口。

2．采集系统

1）6通道同时采集局部放电脉冲信号，采样频率1～20MHz（根据现场具体情况确定）；

2）采集局部放电信号时同时采集工频相位基准信号，保证脉冲信号的相位精确。

3）连续采集100个工频周期的局部放电信号，进行诊断，大量的数据保证了诊断更加准确。

4）长期带电运行，实现真正的在线监测。

3．软件系统

1）显示N- 、U- 、N-U- 、N－U谱图；

2）显示局部放电频度N和最大放电脉冲幅值U的趋势图；

3）显示脉冲所在ABC三相的相别；

4）显示局部放电类型诊断结果和严重程度诊断结果；

5）自动报警，通过手机短信的方式通知运行人员；

6）每日自动诊断1次；

7）事件数据库可以存储1年的数据量；

8）可打印报表