电机绝缘在线监测技术在南水北调宝应泵站中的应用

张德友

电机绝缘在线监测技术在南水北调宝应泵站中的应用

张德友

一、宝应泵站概况

南水北调宝应泵站工程位于江苏省扬州市宝应县范水镇境内,作为南水北调东线一期工程的水源工程，其主要作用是与江都抽水站共同组成第一级抽水站，以满足南水北调规划确定的东线一期工程抽江水500m3/s北送的要求，并可抽排江苏省里下河地区涝水。

宝应泵站一期工程设计规模100 m3/s，选用3500HDQ-7.6型立式导叶液压全调节混流泵，配TL-3400/48立式同步电动机4台套，设计扬程7.6m，单机设计流量33.4m3/s，配套电机功率3400kW，总装机容量13600kW。

二、当前主要电机绝缘检测技术概况

运行中的高压电机长期受电场、化学、机械以及导体发热和外部环境等条件的影响,将逐步老化,导致绝缘性能下降并出现绝缘缺陷,若不及时发现并采取有效措施,必将引发设备的绝缘事故,造成重大经济损失。

目前,对高压电机进行维护的依据是“电气设备预防性试验规程”,即在设备停电的情况下进行定期计划维修和试验。这是现阶段保证电力设备安全运行的重要手段。但是，定期停电进行预防性试验存在不足，主要表现在以下几方面：漏报，不能及时发现设备内部绝缘隐患；早报或误报，定期停电试验不能真实反映设备的绝缘状态，使得加强监测尚可继续运行的设备提早退出运行；检修费用高，每年在预防性试验期间，要投入大量人力、物力，并因停电试验造成较大的经济损失。

20世纪70年代以来，随着电子技术、传感器技术以及计算机信息处理等技术的发展，绝缘在线监测在国内外得到较大发展，由带电测试阶段逐步发展到在线监测及智能诊断。

三、宝应泵站电机绝缘在线监测技术

宝应泵站引进了加拿大IRIS公司生产的“电机在线局放监测仪”及相应的软件技术（水利部“94.8”项目），该设备技术具有国际领先水平，不仅可以改善目前我国电机绝缘监测状况，而且还可极大地提高电机绝缘监测的自动化水平，提高了电机运行的可靠性，实现现场电机状况的遥测和预警，在我国水利系统具有广泛的市场和很好的推广前景。

1.宝应泵站电机绝缘在线监测技术基础

电机绝缘性能主要反映在其局部放电的特性，局部放电脉冲具有如下特性：上升时间极快的小电流脉冲，即超窄脉宽的脉冲；在放电原点处，脉冲的上升时间大约只有1-5ns；局部放电脉冲的频率f大约在50～250 MHz之间。因此，监测局放信号必须在高频段监测，至少在50～250MHz，具体见图1、图2是局放脉冲和噪声脉冲的分布图。

由图2可以看出噪声脉冲的频率通常小于20 MHz，在高频谱范围内监测局放信号可以获得较高的信噪比（信噪比=局放信号/噪声信号），如果噪声信号不能被仪器自动分离,则监测的结果将难以应用，如果噪声信号能够被仪器自动分离，则监测的结果可以应用。

2.宝应泵站电机绝缘在线监测技术原理

加拿大IRIS公司设计和生产的耦合器和局部放电仪成功地分离了噪声信号和局部放电信号，母线耦合器是80 pF的环氧云母电容器，简称EMC。应用中，将3只母线耦合器的高压端直接安装在电机定子三相线圈进线端，分别监测电机定子三相的局部放电信号；PDTracTM局部放电监测仪将母线耦合器的低压端及湿度传感器通过电缆接入PDTrac，从PDTrac的以太网接口通过一个网络集线器（Hub）直接连接到控制室的主机上,在控制室的主机上安装了IRIS电力工程公司的PDPro及PDView软件，安装成功后，在软件上进行了各种参数的设置；用笔记本电脑通过 PDTrac面板上的RS232口分别与四台PDTrac相连，通过IRIS电力工程公司的相应软件设置四台PDTrac的IP地址，其具体结构见图3。

PDTracTM局部放电监测仪是通过PDTrac来采集并存储数据的，PDTrac最长可以存储两年运行的数据。通过安装在控制室主机的软件可以连接PDTrac仪器并下载PDTrac内存储的最新或历史数据，通过软件还可以得到电机每相的放电值Qm（局部放电脉冲幅度在每秒10个脉冲处的峰值）、放电量NQN（局部放电脉冲活动的总数）及每相局部放电图。

宝应泵站的“PDTracTM局部放电监测仪”可以提供局部放电脉冲幅值分析图（二维图像），还可提供两个综合性数据:放

电值Qm、放电量NQN。可以通过测量得到的局部放电图及Qm值、NQN值与IRIS公司的数据库中的数值进行比较，从而查找出电机当前的局部放电指标，反映出电机的绝缘特性。

3.宝应泵站电机绝缘在线监测技术特点

目前，加拿大IRIS公司生产的“电机在线局放监测仪”具有国际领先水平。该产品安装使用方便，并能与计算机监控系统方便对接，数据传递精度高，能在不停机的情况下确定电机的绝缘特性，给出电机维修的优先级，预测电机可能出现故障的时间，有计划地对电机进行维修。同时，先进的专家分析软件系统能轻易地让非专业人员熟练地诊断潜在的问题并制定有效的维护和运行策略，可以方便地实现对电机运行绝缘监测的遥测、遥控及无人值守。其具体的技术特点有：

（1）不停机测试

局部放电绝缘监测仪可以在不停机的情况下对电机进行实时监测，使得监测到的数据更加真实可靠，同时有效提高设备运行的安全可靠性和经济效益。

（2）采用先进的噪声分离技术

局部放电绝缘监测仪采用了准确无误的噪声分离技术，用以克服现场环境中的各种噪声的干扰，确保了监测结果的精确性和可靠性。

（3）采用预先报警技术

局部放电绝缘监测仪还采用了预先报警技术。当报警发生后，现场维修人员可以通过察看局部放电脉冲幅值图，并应用现成的解释规则确定报警的原因。

（4）应用预知维修

预知维修实际上是一种计划性的维修。对电机进行停机维修并不是根据所运行的小时数，或从最近一次维修到目前所间隔的时间，而是当在线监测预示到某些故障即将来临时，才对电机进行维修。预知维修应用于电动机和发电机可以带来以下好处：第一，如果监测结果表明电机处于良好状态，两次停机的间隔可以延长，从而提高了设备的利用率，也有助于避免停机维修期间的不良操作；第二，如果早期发现故障隐患，可以在方便的时间安排停机维修；第三，更换绕组和类似有关大修是根据需要而定，不是根据时间而定。

图1 电机局部放电特性

图2 电机局部放电脉冲和噪声脉冲分布

图3 电机绝缘在线监测系统

四、宝应泵站电机绝缘在线监测技术分析

宝应泵站电动机局部放电传感器直接连接到电动机的高压接线端，其传感器为专用的环氧树脂—云母母线耦合器。连续性局部放电监测仪是指在电机运行时就一直对电枢绕组的绝缘进行监测。连续绝缘监测仪可方便地实现数据存储、遥测，还具有自动警报功能。专家系统分析软件一般采用先进的统计分析方法和广泛的知识库来确定电机否有轻微或严重的故障。专家系统分析软件可让监测数据和分析结果以图形显示。因此现场非专业运行人员就可方便、客观地对电机绝缘状态进行评估和诊断，并制定出有效维护和运行策略计划。

对于当前运用越来越多的高压电机和电气设备，采用绝缘在线监测技术非常必要，尤其对于运行了一定时间的老电机、老设备，加装绝缘在线监测设备对于提高设备运行的安全性非常有效。但在引进国外先进的绝缘在线监测技术时也要加重对其消化吸收，尤其要开发出适合国内用户的中文操作界面和系统；同时通过改进，降低相应监测设备的价格，使得绝缘在线监测技术可以大面积推广应用■

（作者单位：江苏省淮沭新河管理处223005）