局放在线监测装置在390H发电机上的应用

薛凌霄　叶锴

摘 要： 390H发电机绝缘在运行过程中受到严重的电、热、机械及环境应力的作用，导致局部放电发展、绝缘劣化，严重时可引发灾难性事故，造成发电机停机。早期的发电机局部放电离线检测有以下几个缺点：要求发电机停机;需要一台大容量无放电的升压变压器;此外，发电机在运行状态下某些类型的放电，在停机时不会出现。离线检测通常在大修时进行，作为例行检查。采用这种方法，难以及时有效地发现问题，对于390H发电机突发性事故难以预防。因此，390H发电机的局部放电在线监测显得尤为重要。

关键词： 390H发电机;绝缘;在线监测

【中图分类号】TM31 【文献标识码】A 【文章编号】1674-3733（2020）08-0205-02

1 应用发电机在线监测技术的意义

采用局放在线监测装置及时有效了解发电机的运行状态，便于及早发现发电机内部的重大缺陷，避免事故的发生。且对机组运行可靠性进行提升，事故后也能降低维修费用，是“计划维修”向“状态维修”过渡的重要手段。

因此建议大型发电机都应配备局放在线监测装置。传统局放在线监测装置的监测形式是就地采集数据上传至上位机，只能在其工程师站进行观察，为便于电厂管理，可将其采集的信号转换为4～20mA模拟量接入DCS，并设置报警值以便电厂运行人员实时监视。发电机局放在线监测装置能及时发现发电机内部的隐患，实时关注发电机内部绝缘的变化情况，对于电厂安全稳定运行有着非常重要的意义。

2 发电机主要的几种故障局部放电

2.1 绕组绝缘内部放电

由于制造工艺上的原因或在长期运行中的电、热、化学和机械力的作用，发电机定子绕组绝缘体不可避免地会在层间出现气隙。在运行电压作用下，气隙中的场强很容易达到击穿场强，出现绝缘体内部放电。局部放电产生的局部过热，会造成高温聚合物裂解而使绝缘损坏。

2.2 槽部放电

槽部位置发生的局部放电主要有：A：绝缘棱角处，局部电场过高B：导体和绝缘间分层出现间隙（由于电场，化学或热作用）C：绝缘内部出现分层（由于绝缘过热）D：绝缘内部由于存在尖锐导体或气隙而引起树枝状放电E：导体股线疲劳断裂引起火花发电G：制造缺陷存在气泡，引起气隙放电F：振动摩擦防晕层脱落，造成槽放电。

槽放电是指线圈主绝缘表面、线棒表面和槽壁之间的放电。其产生的原因是线圈的绝缘体在运行温度下，受热膨胀较小使槽部表面不能和铁芯槽壁完全接触，存在间隙。在运行中因振动或摩擦使槽部防晕层脱落，当间隙中的电场超过间隙的击穿场强时，即发生槽放电。槽放电是比电晕放电能量大数百倍的间隙火花放电。

2.3 绕组端部放电

发电机定子绕组端部连接处，是绝缘的薄弱环节，尽管采取了一系列的措施（如防晕漆涂层和分级防晕层等），仍是绝缘事故的多发区。通常发电机绕组端部采用绑扎或压板结构固定，在运行中由于振动和摩擦使防晕层损坏时，会引起端部表面放电。由于发电机端部电场局部集中，一旦发生端部放电，将对发电机的绝缘产生很大的破坏作用。

2.4 导体和绝缘体间放电

与内部放电类似，由于制造工艺上的原因或在长期运行中的电、热、化学和机械力的作用，高压电机定子绕组不可避免地会在导体（铜棒）和绝缘间出现气隙，在运行电压作用下，气隙中的场强很容易达到击穿场强，使导体和绝缘间出现局部放电现象。这种放电产生的能量使绝缘碳化，逐渐出现树状放电轨迹，最终导致绝缘击穿。

2.5 电弧（火花）放电

定子线圈股线断裂引起的电弧（火花）放电。当发电机定子绕组在运行中受到电、热、机械力的作用，引起定子线棒股线的疲劳断裂。断裂股线两端由于振动时断时续，形成火花放电，并且随工频电流过零而不断熄灭、重燃，形成电弧放电。电弧放电的机理虽然与局部放电（其它四种放电）的机理有所不同，但其产生的危害也不可忽视。

3 局放在线监测装置在某电厂390H发电机的安装

3.1 390H发电机参数

该发电机类型为390H，容量468000kVA，有功功率397800kW，定子电压19kV，定子电流14221A，周波50Hz，功率因数0.85PF，接线方式为三相星形的全氢冷机组。

3.2 局放在线监测安装位置

为了实时监测发电机局部放電，以便更好监测发电机运行的绝缘状况，此公司在#1、2、3发电机安装局部放电（PD）在线监测系统（MICAMAXX Plus）。

局部放电耦合电容器的型号为CC20，每台发电机安装3台耦合电容器，每一相安装1台。传感器安装在发电机母线出口，固定在底座上，牢固可靠。传感器与底座垂直向上。套有绝缘热缩管的铜排一端连接传感器的高压侧，一端通过铜线鼻子连接到母线的螺柱上，保证安全距离。传感器接地线与外壁相连，信号线（TNC接头）引出出线小室至分析仪。分析仪机柜安装在PT柜左侧的墙壁上（汽机房6.45米层），采用壁挂式安装方法。分析仪外接220V/AC电源，机壳可靠接地。上位机安装在集控室内，方便查看、拷贝数据并监测#1、2、3发电机绝缘状况。

3.3 运行监视

运行通过巡视分析仪机柜正面的信号说明（发光二极管指示）来判断发电机绝缘的状态。Alarm警铃 （红色）：它与测量系统后面的状态输出相连接，显示测定值是否超过报警限制，并同时监测系统的硬件故障，如电源故障，内存太低等。Warning警告 （黄色的）：它与测量系统后面的状态输出相连接，显示测定值是否超过警告限制。System ok系统正常工作（绿的）：当没有报警或警告时“System ok”亮起。ACQ 信号采集激活：系统正在测量时亮起。Online在线：当系统准备好时亮起。Watchdog 电子狗：规律性的闪烁表明外部的硬件电子狗正在运行。+5V / +12V / -12V （绿色）-右边的发光二极管：这些发光二极管显示信号处理单元的电源供给情况。PD Peak：每个通道对应的LED显示灯表示信号经调节后的实时局部放电的幅值。

也可以通过上位机后台监视判断发电机绝缘状态。从专家分析软件数据实时分析状态或历史趋势图判别绝缘状态的走向。

也可以通过采集的信号转换为4～20 mA模拟量接入DCS，对设置对报警值来实时监视。

4 总结

4.1 目前的局部放电标定方法对于大型发电机定子的放电量的标定是不合适的;

4.2 不同的测试系统对局放信号的测试结果影响很大;

4.3 在分析局放在线测试结果时，还应将测试系统及测试方法放在一起来考虑。不同测试系统的测试结果以及不同发电机的测试结果间可比性不大。从这点意义上讲，对于局放测试结果的解释在一段时间内的趋势变化往往更有价值;

4.4 通过就地分析仪机柜、上位机专家软件、DCS报警功能可以较强对判断390H发电机绝缘状况;

4.5 390H发电机安装局放在线监测装置对于电厂安全稳定运行有着非常重要的意义。

参考文献

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[2] 陈卓，刘念，薄丽雅，等。大型发电机定子绕组局部放电在线监测方法的研究[J].电力自动化设备，2005，25（6）：45-48.

[3] 李树军：“局部放电信号的提取与传输”，高压电器，2000，1.