《发电机的在线监测与故障诊断》由会员分享，可在线阅读，更多相关《发电机的在线监测与故障诊断（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、发电机的在线监测与故障诊断1 发电机的在线监测随着我国电力1 ：业的迅速发展，发电机逐渐趋向丁人容鼙、高I 乜压截l = 1 9 9 9 年底，我国总装机容鼙已达到2 9 8 9 G W ，居世界第2 位。其中火电机组约l i 总容鲑的3 4 ，1 0 0M w 、 1 2 5 M W 、2 0 0 M W 、3 0 0 M W 等居多，均在1 0 0 台以上。其他还有1 1 0 M W 、3 3 0 M W 、3 5 0M w 、 5 0 0 M W 、6 0 0 M W 、6 6 0M W 的火电机组以及9 0 0 M W 级核l 乜机组。目前，我国国产的汽轮发电机的最人单机容量为6 0
2、0 M W 电压等级为2 0 k V ，而国外单机容量已经发展到1 6 0 0 M W ，l 乜压等级3 0 k V 。这种人型设备一口发生故障，不但危及发L 乜机本身，而且事故的突发性会导致整个电力系统停电，造成巨人的经济损火。电机故障一个土要原冈就是定子绕纽绝缘故障。对于高压电机，影响其绕组绝缘寿命的主要冈素，除了制造过程引起的绝缘缺陷、机械应力、热雨J 短时过电压的作I J 外，还有一个更重要的冈素即局部放l 乜。高压电机运行时，定子线圈的绝缘内部及表面都可能发生局部放电。电压等级越高，局部放电现象就越严重破坏性也越人，在一定条 ；，l ：- 卜导致绝缘劣化使L 乜机定f 线圈的介电性能
3、下降。所以，对人一!发电机绝缘的住线监测土要是监测发t 乜机定子绝缘的局部放电。为了保证发电机的安全运行，很有必要对发电机绝缘状态进行在线监测从而获得定子绝缘状态的相关信息，避免突发事故带米的直接和问接经济损火。1 1 在线监测的重要意义随着人型发电机额定电压和额定容量的提高，对绝缘结构及其运行的可靠性提出了更高的要求，绝缘的突发性事放将会带来巨大的经济损火。局部放电在线监测技术可以有效了解发电机绝缘的状态、及时的发现绝缘隐患、提高机组运行可靠性、降低维修费J j 、避免突发性事故停机造成的巨人经济损火。所以，人型发电机定子绝缘的局部放I 乜在线监测变得越来越重要。甲期的电机绝缘局部放电离线检
4、测有以I - ) L 个缺点：要求停机测量；需要一台人容蛙的无放电升乐变压器：电机在运行状态卜- 的某些类型的放电。在停机时不会出现。离线检测通常在人修时进行，作为例行检查。采朋这种方法，难丁在电机运行时及时有效地发现问题，对于火型发电机的突发事故难以预防。因此。人型发电机主绝缘的局部放电在线监测就显得尤为重要。当前，电力企业针对“计划检修”的弊端，提出了“状态检修”的全新概念。“计划检修”是按照预防性试验1 科的规定，到期必修，而不管电气设备的实际状况，具有很火的盲目性和强制性，容易造成“过度检修”浪费巨火的人力物力。同时这种检修可能引入新的绝缘隐患。“状态检修”是基丁殴备的运行情况。根据运
5、行状态卜各种绝缘参数的变化，通过分析比较米确定是否需要检修以及检修的项目。发电机的局部放电在线监测可以在运行状态卜获得绝缘状态信息，是实现“状态检修”的必要条什。1 2 大型发电机中的局部放电1 2 1 局部放I 乜的基本概念龟绝缘材料的制造或使J J 过氍中，会产生一些微小的缺陷，如气隙、分层或者杂质。这些缺| ：f ；的局部也场经_ f 变达到m 穿场强u 寸该区域就会放电这种放I 乜就称为局部放I 乜；绝缘中一个气隙的A 。- , - 效也路平I | 在外加l U 压卜- 的局部放电过程如I 鲥l 所示。一5 5 发I 乜机的红线监测1 j 故障诊断( a ) 绝缘中气隙的等效电路( b
6、 ) 气隙的放电过徉图l局部放电的等效电路及放电过程示意图1 2 2 电机中典型的局部放电类型1 2 2 1 绝缘内部放电现代高压电机定子绕组的对地绝缘，人多采J = 以云母为基材、刚环氧树脂浸渍I 矧化的绝缘结构。径其制造的过程中，如果1 ：艺控制不严格。浸渍不充分就会在绝缘中留下微小的气泡或气隙。在长期的运行过程中，由于受剑电、热、机械和环境应力的联合作用，也会在绝缘中产生气泡。因为绝缘材料的介电常数比空气人得多在外施交流电压的作H j - 卜。气泡上分配较大的电压，气泡首先击穿，形成绝缘内部放屯。内部放| 乜的电、热、机械和化学效应又进一步使气泡扩人和产生新的气泡，造成绝缘的有效厚度减小
7、，击穿电压降低最终导致绝缘击穿。1 2 2 2 绝缘端部放电人型发电机端部是绝缘事故的多发区盎诸多导致事故的放电中，端部放叱。I i 据重要的地位。端部放电是由丁高压电机定子线圈出槽口处也场集中往 i 口处的轴向场强最高。所以针对不同电压等级的电机线棒要采取不同的防晕措施，如果运行中由丁各种原因使得端部的防晕屡损伤、受潮或污染，就狼容易引起端部表面放电端部放电的模型如图3 所示。端部放电脉冲的频率分布在0 1 0 M H z 。1 2 2 3 绝缘槽部放电高压电机的槽部放电是指线棒主绝缘表面和铁芯槽壁之间的放电其产生的原冈是线棒褙部表面不能和铁芯横壁完全接触，j 乓间总有问隙，且通风惰口处的电
8、场分布不均匀当局部电场强度达到一定数值时，气隙中的气体发生局部电离而产生槽放电。梢放电是比电晕放电能量人数自倍的间隙火花放电局部温度可达摄氏数百其至上千度，使绝缘表面受剑严重 的破坏，在短期内可造成I m m 甚至更深的麻坑，且腐蚀位置随振动、接触等条什的变化而经常变动。这种放电对绝缘的危害比较严重。1 2 2 4 绝缘内断股( 电弧放l 乜) 放电另外还有一种放电，它并不是局部放电，但也是电机中放I 乜的一种常见类型：也弧放电。这种放电一般发生在线棒中的股线连接处，产生的热最足以使股间绝缘烧损。局部涡流损耗加人，井使导线融化、对地绝缘烧毁引起栩问短路和多处接地故障这种放I 乜对放I 乜机的危
9、害最人。1 3 在线监测的原理绝缘中的局部放I 乜楚一种频谱靛宽的瞬变脉冲信号1 e 频率范用从直流剑G H z 的高复；! 。发电机的定子线圈可以等设为个R C L 网络。产，上的局酃放电信号会沿着定子绕细传橘 一5 6 一万。传播特性1 卜常复杂。最后局部放I U 信号传播剑发t g t 1 C t j 中性点，或者沿着定子线I 糊传摘列母线端。只要枉中性点或者母线上接上相应的耦合单元就可以监测f J J l l ：常微弱的局部发放电信号。然后进一步对放电信号放人、处理分析和显示笛，实现定子绝缘的故障诊断。1 4 表征局部放电的主要参数局部放电是比较复杂的物理现象，必须通过多种表征参数才能
10、全面地描绘其状态同时局部放电对绝缘破坏的机理也很复杂，需要通过不同的参数米评定它对绝缘的危害。I 3 1 基本参数描述局部放电的最基本也是主要的参数之一是视在放电电荷玑另一个描述局部放电的参数是放电重复率。即在测鼙时间内每秒钟出现放电次数的平均值单位为次s 。除吼 和之外，表征局部放电的参数还有放电相位、放电能量、平均放电电流、起始放电电压羽I 熄灭电压等。1 3 2 放电谱图放电谱图是建立在基本参数之上的但与传统的基本参数不同的是，放电谱图需要观察的基本参数不是一个：频周期的信息，而楚一个比较长的时间段内的基本参数，这个时间段一股要火丁1 0 0 个l ：频周期。放电谱图依据不同的放电参数人
11、致可分成三类第一类是某些基本参数随时间变化的放电谱图，第一二类是某些基本参数随l ：频相位变化的放电谱幽。还有 第二类就是组合参数分布放电谱图( 既妒可1 谱图) 。1 3 3 统计参数近几年，以荷兰眈，厂人学高压实验室的E G u i s k i 为代表的学者利_ l j 上述的局部放电谱图提出了以其为基础的统计参数，也称为指纹参数。这些统计参数实际上是描述了谱幽的止、负、l ! 个周期的统计特征。引入统计参数的目的就是要将襞杂且仅仅是定性的各种分布谱图H j丁定量分析，J H j 几个定鼙的数值提取每个相应的谱图的特征。这样就为精确分析和判断电机定子线圈的局部放电信号提供了依据。同时也使局
12、部放电的模式只能依靠少数有经验的专家米识别的情况得到改变。统计参数有偏斜度繇、峭度J 白、局部峰个数尸P 、放电不对称皮Q 、相位不对称度、 互相关因子等、1 5 国内外主要的在线监测方法1 5 1 在线监测的技术难点1 ) 传感器的安装不能破坏发电机的结构：2 1 抗干扰是在线监测技术的核心问题：3 ) 在线监测的报警闽值很雉设定，需要积累K 期的经验；4 ) 在线监测装置的稳定性诈常重要；5 ) 住线监测装置应该可以智能化t ：作，傻瓜化操作。方便运行人员使H J 。 1 5 2 当前主要的在线检测方法1 5 2 1 加拿人开发的汇流环上成对耦合电容器监测法( P D A )这种监测装置是
13、将耦合电容器安装在各相汇流环的合适位置上，以便消除来自t 乜机内部的干扰信号。通常电机的每相有一对耦合电容器。或者每对并联支路有一对祸合I 毡容器，一台电机至少二对耦合器。荇个耦合器通过同轴电缆连接刨电机外部的接线盒内。这种监测方法适合丁水轮发电机组。一5 7 图2 汇流环上成对耦合电容器监测法( P D A )I 5 2 2 中性线上高频电流耦合法高频电流传感器安装在发电机的中性线上来检测发电机内部的局部放电信号。这种方法 传感器安装比较容易，而且和发电机实现了电气隔离。图3 中性线上高频电流耦合法1 5 2 3 电机母线耦合器监测法耦合电容器直接安装往发电机的母线上。这样可以获得每相的放电
14、信号和放电的相伍信 息每个母线上可以安装二个耦合电容器一个靠近发电机( 近端) 一个靠近变压器( 远 端) ，来区分放l 乜脉冲和干扰噪声。剀4 电机母线上直接耦合I 乜容法1 5 2 4 基丁定子槽耦合器监测法( s S C )一5 8 ( a )2lr b )图5 定子槽耦合器监测法( S S C )( a ) 1 一上层绝缘2 一槽上部垫条3 抬楔4 一定子铁心5 一上层衬垫弹性波纹板6 一定 子耦合器7 一定子线棒或线圈扯侧面绝缘( b ) l 接地面2 绝缘扳3 一检测线4 一同轴 电缆这种耦合器安装在靠近相端的定子槽下面。这种方法的响应频率很高，它能检测到沿定 子槽传橘的真实放电信
15、号波形，每台发电机通常装有6 个S S C 。S S C 重要的特点是能够对放电信号和干扰噪声产生不同的脉冲响应。这样可以把干扰和放电区分开来。但这种方法要求往电机内部槽楔下面埋设特制的的S S C ，将破坏电机的正常结构，所以一般很难采用，除非出厂时安装。1 5 2 5 定子槽里的t 乜阻式测温元件导线( R T D ) 监测法这种方法是把埋置在定子某些横里的电阻式测温元件( R T D ) 导线作为局部放电传感 器。这种局放传感器频率特性很宽便于将局放脉冲与噪声脉冲区别开米。此法属实验阶段尚无推J 。应用的报道。1 S 2 6 臭氧浓度在线监测在空冷发电机中，绝缘表面放电和槽放电都会产生一
16、些气体。其中之一是臭氧随着局部放电强度的增加，发电机的臭氧浓度也会不断增加。可以刚化学和电子传感器来测量臭氧浓度同时，臭氧浓度受到温度、湿度和气流速度的影响。也和机组负载和功率因数有关。将传感器放置在机壳内，或者冷却空气出口，通过在线监测臭氧的浓度，可以间接的监测局部放电的强度。1 5 3 在线监测新技术1 5 3 1 超高频局部放电测量方法随着计算机技术的发展和高速数据采集系统的出现，测量高频的局部放电信号成为可能。传统的局部放电测越方法的频率较低，常受到干扰信号的影响，导致不能准确的测量局部放电信号。试验证明，绝缘中的局部放也信号是高速瞬变的随机信号，具有宽J “的频谱 最高频率可以达到G H z ，所以可以采心高速的测麓设备测量高频的放电信号，避开干扰频段，获
