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1、发 电 机 绝 缘 状 态 射 频 监 测 与 模 糊 诊 断郭维芹（上海第二工业大学 201209 ）摘要：用射频技术与模糊诊断技术对发电机绝缘状态监测和评判，已经取得一定的实际应用效果，并在实践中逐渐显露出它对状态维修和促进发电设备的科学管理的贡献。关键词：绝缘；状态监测；模糊专家系统Base on The insulation monitoring with the Radio Frequency and Fuzzy diagnosis to GeneratorsGuo Wei-qin(Shanghai Second Polytechnic University, 201209,P.R.
2、China) Abstract: The deterioration of generator system insulation is the integrated symptoms of various kinds. The insulation monitoring to generators with the technology of Radio Frequency and Fuzzy diagnosis is a contribution to condition-based maintenance, which has been confirmed in practice. Ke
3、y words: insulation, condition monitoring, Fuzzy expert systems0. 引言根据电力工业改革与发展形势，按照技术进步和管理创新的要求，火电厂逐步实现设备的在线监测和状态检修势在必行。火电厂设备的在线监测和状态检修，必须发挥科技先导作用，提高技术水平和科技含量，建立起设备的在线监测和运行状态分析系统。发电机运行的高可靠性和合理状态的维修方式，已经成为关键和焦点。通常发电厂开展状态监测仅仅限于在振动、红外线测温等简单的工作，其他方面迟迟未开展或不重视。比如绝缘是发电机的重要参数，对发电机的绝缘状态不掌握，发电机的状态监测的信息是不全面的和
4、真实的。由于发电机制造和长期运行的原因，不可避免的会出现发电机线棒的局部放电。这种局部放电将导致发电机主绝缘的老化，甚至在运行中绝缘击穿，造成事故，一旦发生这样的情况，发电厂就将付出昂贵的代价来修复发电机。我国目前对发电机的电气预防性试验多数还停留在使用绝缘摇表、直流耐压试验的水平上，不能监测发电机的局部放电，更不能预测到危险及发电机安全运行的电气事故。因此，监测发电机线棒的局部放电，监测发电机主绝缘的状态，是设备状态检修的重要手段。 状态检修植根于状态监测技术仪器和可靠的状态诊断系统。射频监测技术用于发电机和电动机定子线圈的在线局部放电测试，主要应用在：线圈绝缘内部，线圈与定子铁芯和线圈端点
5、的局2部放电。1990 年起，上海第二工业大学课题组对发电机绝缘状态监测进行研究和开发，先后完成“SJY-1 射频监测仪的研制” 、 “发电机局部放电射频信号评判研究” 、 “发电机绝缘故障模糊诊断专家系统” 、 “大型汽轮发电机绝缘状态远程监测与诊断系统”等项目的研究与开发。四个项目科技水平全部国际先进，并在实际运用中取得很好的应用效果，显露出它对实施状态检修的贡献。设备状态检修是根据对设备的状态监测结果和科学的评估方法安排设备检修工作。先进的监测与诊断技术必然促进设备的科学管理。用射频技术与模糊技术对发电机绝缘状态监测与诊断，对设备采取状态维修，有效地克服传统的定期维修造成的设备“过修”或
6、“失修” ，减少故障率和资源消耗，延长设备的服役寿命，保持设备安全、经济、可靠的运行能力。 1. 发电机绝缘状态的射频监测状态监测是状态检修技术的核心。设备检修的目的是消除设备故障或隐患。开展状态检修应以推广状态检测技术为先导。状态检修是建立在准确的状态诊断基础上的，而准确的状态诊断的前提是状态监测技术的应用，及完善和准确的状态监测数据。状态监测的主要效果在于设备缺陷的及时发现、避免设备事故。没有完善的状态监测手段，就没有状态检修。没有相当的状态监测的经验积累，也无法实施状态检修。发电机局放在线射频监测仪能对发电机绝缘状态监测和对绝缘故障早期预报。该方法利用高频电流互感器从发电机定子绕组中心线
7、上拾取高频放电信号，以发现定子内部放电现象，射频监测仪在线监测方案如图 1 所示。3SJY-1 射频监测仪是上海第二工业大学在 1992 年完成的上海市 14 项重点攻关课题与上海市火炬计划项目。该设备在抗干扰和接收器的输入动态范围等性能方面优于西屋产品，提高了监测的可信度；十年来的运行经验和研究，课题组对射频监测仪测试结果的解释，从原本限于监测定子线棒股线断裂拉电弧，发展到对发电机低能量的局放的评估，更有效地发现早期的绝缘缺陷，为发电机状态维修提供有意义的信息。1994 年以来，已有百余套 SJY-1 射频监测仪在全国二十几个省市的 100-600MW 汽轮发电机（包括为秦山核电 650MW
8、 机组及巴基斯坦恰希玛核电站配套） ，和刘家峡、八盘峡水电站上运行。使用实践证明，SJY-1 射频监测仪确实反映被监测的电气设备的绝缘状态，没有出现过误报和发生漏报，并及早发现发电机系统异常和故障许多起，如张家口发电厂、马鞍山万能达发电有限责任公司、永昌发电厂、上海吴泾热电厂、上海吴泾二电厂、渭河发电厂、巴基斯坦恰希玛核电站等，防止了发电机重大事故的发生，对发电机绝缘系统评估和监督有积极作用。经张家口发电厂等使用经验表明 SJY-1 射频监测仪在线监测的指示值，与离线做的 “电位外移”法的结果十分吻合，这为发电机绝缘状态的在线监督和评定，提供了很有价值的信息。随着绝缘状态监测仪的推广应用和运行
9、经验的不断积累，有望一定程度上逐步取代某些传统的对绝缘带有破坏性的电气预防性试验，这些试验需要离线做，且弊端较多。哈尔滨电机有限责任公司厂、上海汽轮发电机有限公司等把 SJY-1 射频监测仪列为配套产品。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。射频监测仪的使用中首先要认识其指示值变化及其发展趋势对发电机的绝缘状况的关系，通过对 SJY-1 射频监测仪现场使用的研究，首次给出了发电机的绝缘状态与射频的信号电平的函数关系，把发电机绝缘状态监测，划分为良好、中介过渡、注意、警告、危急几个区域，如图 2 所示。为运用射频监测技术科学评估发电机系统的绝缘状态打下基础 ，并接受了实践
10、的考证。许多实践证明，当 SJY-1 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，说明发电机系统的绝缘状况是良好的，就这点，它对发电机实施状态检修提供了很有价值的信息。图 2 SJY-1 射频监测仪指示值与发电机绝缘状态的关系图4当 SJY-1 射频监测仪检测信号高于 1000V，宜将数据与平时积累的数据比较，评判发电机系统中放电状况，因机而异。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，
11、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的水平（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，在状态检修的系统中，不可能要求只用某一个设备、或一个信号来判断发电机故障的类型，或决定发电机停机与否。但 SJY-1 射频监测仪能够分析发电机系统放电现象随时间的变化趋势，以此用来评价发电机绝缘的状况，供维护人员分析和判断。2. 发电机绝缘故障的模糊诊断状态监测获得的信息用于设备的故障诊断与状态评估。故障诊断是对运行中的设备查明导致系统的某种功能出现异常的性质与原因、劣化程度、
12、趋势分析，评估带病安全运行的持续时间，确定故障发生的部位，以确定设备的最佳检修方式。“汽轮发电机绝缘故障模糊诊断专家系统”具有二级诊断功能：“一级诊断”为在线进行的，使用 SJY-1 射频监测仪对发电机的绝缘状况进行监测，当其信号指示值超标或出现异常时，将作为下一级诊断的起动；“二级诊断”为离线的，是提问式的交互式诊断。汽轮发电机是一种十分复杂大的系统。故障与征兆之间关系模糊复杂，用建立精确数学模型来进行故障诊断是十分困难的。发电机系统内的有些信息是确知的，如进出水、氢的温度及其温差、定转子和铁心的温度、氢气的湿度等；有些是非确知的，如定子、转子铁心的绝缘。非确知的即为模糊性、灰色性。绝缘从良
13、好到劣化中间过渡是一个模糊态，模糊性是发电机系统绝缘故障客观存在的属性。模糊集 Fuzzy Sets 的思想是以数学方法来处理模糊现象，是精确性向模糊性的一种逼近。因此，本成果结合射频监测仪的应用，把模糊集思想引入到发电机绝缘系统的故障诊断中，对发电机绝缘故障诊断这一复杂系统找出合适的描述方法，以模拟人类专家在进行对发电机故障判断的经验，把人们长期结累的经验作为规则模型化，给出解决发电机故障诊断这类复杂大系统问题的快速而有效的途径，其目的是试图以计算机代替人类专家对复杂的发电机系统进行故障诊断，实施发电机绝缘故障模糊诊断。基于专家经验及知识处理的专家系统诊断方法，系统中的专业知识使用 IF-T
14、HEN 形式的规则来表示。其知识库由大约数百余条规则，和对发电机系统有关的射频信号及近五十个征兆，以及5定子绝缘故障等二十几类绝缘故障事实组成。对发电机绝缘故障多数不确定状态采用确定性因子、对自然语句中模糊量词进行量化、对射频信号使用隶属函数建模等，给出解决发电机故障诊断这类复杂大系统问题的快速而有效的途径，是当前被认为很有前途的办法。 专家系统框架和方法已经确立，它还需在运行中完善，在完善中发展。3实施状态监测与诊断中的几个问题1）领导重视和观念更新是实施状态检修成败的关键。状态检修不仅仅是一项新的技术，而是一种新的管理理念，符合以“网厂分开、竞争上网”为主要内容的日益深化电力体制改革的需要
15、，符合最终达到降低成本，提高经济效益的目的。2）状态监测要注重数据和经验的积累。没有完善的状态监测手段，就没有状态检修。没有相当的状态监测的数据和经验的积累，也无法实施状态检修。3）发电机状态监测设备必须具有良好的售后服务。发电机故障诊断是一项跨越多个专业的技术，涉及射频检测技术、发电机技术、电气绝缘、高电压技术、传感技术、模式识别与技术诊断、电子技术、信号处理技术、模糊数学、计算机与现代通信技术诸多领域。而且状态监测的设备目前多数是解读式的，对于一个需要诊断的设备或系统，其决策模型往往是复杂的，有许多因素是不确定的模糊量。因此，当现场出现异常情况，监测设备的制造商的服务到位是十分重要的。4）
16、状态检修要有从事状态检修的专业技术人员。我国目前的状态检修，多数是以状态监测和人工故障诊断为基础，因此，专业技术人员的综合素质、背景知识、成熟经验、技能更新，对诊断结果产生极其重要的影响。能胜任此项工作的人员，需要有一定的基础知识和经验积累、能刻苦钻研和具有责任心。因此，状态检修专业人员综合素质的技术培训、组织学习交流、积累分析经验，实施数据共享，是开展状态检修的重要环节。4结论1）状态维修发电设备维修管理的必然趋势，符合以“网厂分开、竞争上网”为主要内容的日益深化电力体制改革的需要。状态维修植根于状态监测技术和可靠的状态监测仪器。用 SJY-1 射频监测仪等设备评估发电机系统的绝缘状况，对防止发电机重大绝缘故障的发生，和发电机状态监测有积极作用。2）运用模糊集构造发电机绝缘故障专家系统，和应用现代通信技术和网络技术做成发电机远程诊断系统，是状态监测和状态维修的发展趋势。6參考文献1汪耕 李希明等编著，大型汽轮发电机设计、制造与运行，上海科学技术出版社，2000 年 11 月 。(2Gabe Paoletti
