局部放電檢測儀在大型電機中的應(yīng)用

1.1國外發(fā)展情況

自50年代以來，國外圍繞這項技術(shù)已經(jīng)展開了大量的研究工作，使該項技術(shù)有了很大的發(fā)展。據(jù)報道，國外已有上萬臺電機采用了局放在線監(jiān)測技術(shù)，取得了很好的效果。其技術(shù)已經(jīng)從窄帶系統(tǒng)逐漸過渡到寬帶系統(tǒng)及至超寬帶系統(tǒng)。

國外已成功地將多種技術(shù)應(yīng)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(jiān)測方法

由于電機內(nèi)任何部位的電弧放電都會在中性點接地線內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的射頻電流，因而局部放電的監(jiān)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(fā)電機局部放電的在線監(jiān)測系統(tǒng)。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(yīng)用中噪聲信號和放電信號要由有經(jīng)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(jiān)測法

70年代加拿大Ontaio Hydro公司研制了一種局部放電在線監(jiān)測裝置。監(jiān)測放電信號時，將3個電容（每個375pF,25kV）搭接在發(fā)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(yīng)用，并取得了較好的效果。它的缺點仍然是依靠有經(jīng)驗的操作人員來區(qū)分外部干擾信號和內(nèi)部放電信號，致使這種監(jiān)測方法的推廣受到了一定的限制。

（3）射頻監(jiān)測法

射頻監(jiān)測（Radio Freopuency Monitoring）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(fā)電機定子繞組中性線上拾取高頻放電信號，以發(fā)現(xiàn)定子線圈內(nèi)部放電現(xiàn)象。目前已在很多發(fā)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(fā)了商用的射頻監(jiān)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(jiān)測法

PDA是局部放電分析儀英文名稱（Partial Discharge Analyzer）的縮寫。PAD監(jiān)測法由加拿大Ootaio Hydro公司于70年代提出，主要用于在線監(jiān)測水輪發(fā)電機內(nèi)部的局部放電。它利用繞組內(nèi)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(fā)電機的在線監(jiān)測中已被采用。

（5）槽耦合器（SSC）監(jiān)測法

由于汽輪發(fā)電機定子繞組的結(jié)構(gòu)不同于水輪發(fā)電機，PDA試驗不能滿意地應(yīng)用于汽輪發(fā)電機的在線監(jiān)測。加拿大Ontaio Hydro公司和Iris Power Enginrrring公司于1991年將TGA（Turbine Generator Analyzer）用于汽輪發(fā)電機局部放電信號的在線監(jiān)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（Stator Slot Coupler簡稱SSC），利用SSC探測每槽的放電脈沖。對于已投入運行的發(fā)電機則必須改造定子繞組方可實施，而這往往是令發(fā)電廠難以接受的。

(6)電阻式測溫元件監(jiān)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(qū)別開來。但由于采用雙傳感器比值法比較區(qū)分信號和噪聲，將無法區(qū)分電機內(nèi)的某些部位的局放信號和噪聲。

1.2國內(nèi)研究情況

國內(nèi)在局放在線監(jiān)測方面的研究起步較晚，發(fā)展也比較緩慢。特別是由于局部放電過程比較復雜，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(jiān)測儀”列為科技攻關(guān)項目，由上海第二工業(yè)大學和當時的上海科學技術(shù)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(jiān)測儀目前已應(yīng)用于國內(nèi)多臺電機上，科大的射頻監(jiān)測儀在上海電廠也有很好的應(yīng)用實踐。兩套系統(tǒng)*達到了80年代初西屋公司的產(chǎn)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(jiān)測系統(tǒng)利用單片機控制采樣系統(tǒng)，采用低速采樣和高速采樣相結(jié)合的方法，低速采樣結(jié)果用來收集放電信號的幅度和相應(yīng)信息，高速采樣結(jié)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(jiān)測系統(tǒng)采用寬帶系統(tǒng)，可以測得局部放電的各種特征量，結(jié)合現(xiàn)代數(shù)字處理技術(shù)，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(jiān)測系統(tǒng)包含了一套窄帶系統(tǒng)和一套寬帶處理系統(tǒng)，寬帶系統(tǒng)采用高速長時間采樣，用DSP及計算機對大量數(shù)據(jù)進行處理，提取信號的特征值存于數(shù)據(jù)庫中，通過對電機的長期監(jiān)測來判斷電機的絕緣損壞情況。窄帶系統(tǒng)用來作對比研究。

從技術(shù)上來講，國內(nèi)研制的設(shè)備可以分為窄帶系統(tǒng)和寬帶系統(tǒng)。對于窄帶系統(tǒng)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(qū)分機內(nèi)和機外放電信號以及進行故障分類和定位。對于寬帶系統(tǒng)來說，帶寬越寬，采集的局放信息越豐富，但對系統(tǒng)的要求也越高。一方面要求有較高的采樣率和數(shù)字處理能力，另一方面干擾的鑒別也是關(guān)鍵。

1.3信號的傳播特性及測試系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)，信

號從局放點到達傳感器回產(chǎn)生很大的畸形和振蕩，從而嚴重影響測試結(jié)果。對于一般試品，BG7354-87規(guī)定了局部放電的測量和標定方法，但目前的局部放電標定方法對于大型發(fā)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(jié)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(jié)果帶來嚴重影響外，不同的測試系統(tǒng)

局放信號的測試結(jié)果也影響很大。根據(jù)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(tǒng)都根據(jù)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(jié)果用PC（皮庫）表示為60PC到1000PC，對同一臺電機的測試結(jié)果相差了17倍。測試系統(tǒng)對測試結(jié)果的影響主要是由于不同測試系統(tǒng)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(jié)果時，還應(yīng)將測試系統(tǒng)及測試方法放在一起來考慮。不同測試系統(tǒng)的測試結(jié)果以及不同電機的測試結(jié)果間可比性不大。從這點意義上講，對于局放測試結(jié)果的解釋在一段時間內(nèi)的趨勢變化往往更有價值。