发电机局部放电在线监测装置在发电厂中的应用

吴志佳

（广东联兴建设有限公司深圳分公司，广东 深圳 518067）

局部放电是发电厂的设备在运行过程中比较常见的问题，发电机作为发电厂重要的设备之一，在工作中很容易发生局部放电。发电厂发电机局部放电会对发电机组造成不利影响，局部放电会导致电力设备绝缘内部或者表面出现电火花，而随着时间延长最终损坏设备绝缘层，发电设备绝缘系统一旦损坏往往需要数月或者几年时间完成修复。局部放电一般发生在绝缘层间隙中，是电机绝缘层老化的一种标志，由于发电机运行的特质，且定期检修设备的周期较长，在生产过程中工作人员往往较难及时发现局部放电问题，因此应用有效的在线监测装置对发电机局部放电进行监控，是及时发现局部放电问题并及时解决问题的关键[1]。而不同的发电机局部放电在线监测装置的性能也存在一定偏差，且随着发电厂的不断发展，对早期监测装置进行强化、改良也是极为重要的内容。

1 发电机局部放电问题概述

1.1 局部放电解释

局部放电最常出现在高压电力设备绝缘内部或者表面，多表现为电火花放电。局部放电与电场强度具有密切联系，通常来说电场强度越大，越容易产生局部放电现象，发电机是比较常见的局部放电设备之一[2]。

1.2 发电机局部放电

发电厂的发电机是电力生产中极为重要的工具，在运行过程中承载的任务较重，也比较容易发生局部放电问题。局部放电发生的主要条件有两个：首先是电场强度足够大，形成高电压；其次设备绝缘内部存在间隙，间隙内的气体被电场击穿后，形成电路流通，导致局部放电[3]。发电机的局部放电容易发生在机器绝缘介质的空隙以及绝缘边缘位置，绝缘层与金属电极的边缘处也是比较常见的局部放电发生地，在发电机运行过程中，对上述内容进行监测，可以及时发现局部放电问题，并尽早采取处理措施。

2 发电机局部放电在线监测装置概述

2.1 发电机局部放电的特点

发电机局部放电具有一定特性，发电机局部放电特性及相关局部放电在线监测装置运行数据分析，可为保障机组的安全稳定运行保驾护航。首先局部放电具有脉冲特性，其一般发生在绝缘介质的空隙中，并且表现为脉冲形式存在的电信号，放电周期比较短，容易快速衰减。其次局部放电的电信号可以通过导体传播、电容感应、辐射的情况传输，不同传播方式的传输速度存在一定差异。此外局部放电的电极性具有一定特点，局部放电击穿点产生的电流可以以对地电流方向作为参考，与对地电流方向相同为正放电，反之为负放电[4]。

2.2 局部放电在线监测装置基本构成

局部放电在线监测装置主要由在线监测仪、通信电缆、电容传感器以及上位机组成，在线监测装置各部件的功能可以帮助分析被监测对象的局部放电特性，以便及时发现问题处理风险。局部放电监测装置通过电容传感器接收并过滤局部放电信号，而后将信号通过通信电缆传输至测量装置中，通过测量仪的测定了解相关数值。其中，电容传感器是局部放电在线监测装置中比较核心组成部分，传感器可以使发电机内部局部放电产生的高频信号通过，普通的工频交流信号无法通过，具有抑制工频信号抗干扰能力。测量装置是为了准确地测量局部放电数据的重要配件，局部放电信号通过传感器以及通信电缆传入信号输入端，进而通过测量装置进行测量，测量装置需要统计单位内局部放电信号的脉冲数、强度以及电极性等内容，并通过在线网络通信的方式与上位机连接，一旦局部放电数值超量及时发出报警信号[5]。局部放电监测装置的定向噪声分离技术也是关键技术，能够帮助消除系统噪声，消除干扰信号，确保局部放电监测装置输出数据的准确性（见图1）。

图1 局部放电在线监测仪

3 发电机局部放电在线监测装置实际应用

3.1 局部放电在线监测装置在发电厂的应用意义

发电机局部放电在线监测装置对于发电厂的正常运行具有极为重要的作用，通过分析发电机局部放电数据可以发现发电机局部放电异常情况。据了解，发电机局部放电在线监测装置在发电厂中具有保证电力生产安全、降低意外风险的作用，可以更好地保证发电厂的顺利运行[6]。发电厂在发电过程中各设备运行往往处于较强电场条件下，特别是发电机设备运行。根据相关调查显示，发电机在运行中容易受到内部因素和外在环境的影响发生局部放电，比如发电机内部绝缘层老化或者绝缘层损坏，都容易增加绝缘层的间隙，在高强度电场作用下，容易产生电火花；而电厂基建施工的灰尘、周围环境水滴等也易加大绝缘层周边局部放电的风险，环境中灰尘或水滴导致的局部放电可能造成污闪，致使发电机短路，产生严重危害。而通过发电机局部放电监测装置发现局部放电问题，可以在危害产生之前展开停机检查，及时更换发电机组的相关部件，降低局部放电对发电厂造成的风险，不仅保证了电力生产的安全，也减少了风险的发生，及后续维修的损失。

3.2 发电机局部放电在线监测装置应用实例

发电机局部放电在线监测装置的应用有很多需要实际考虑的内容，只有对局部放电在线监测装置的工作原理、连接方式、数据结构、监视功能以及常见问题等实际情况进行有效分析，才能保证应用的可靠性。传感器是发电机局部放电在线监测装置中的核心设备之一，根据局部放电的特点，电压越高、电场越强，局部放电的可能性越高，所以通常传感器可以安装在高压侧或者母线上，实现对局部放电的监控。而安装在母线上的传感器为了保证能有效发挥作用，也需要确保绝缘强度大于发电机交流耐压测试最大耐压值，避免传感器在监测过程中被电流损坏。以广州昊致电气自动化有限公司W-PD60发电机局部放电在线监测装置为例进行分析，该局部放电在线监测装置可根据实际应用选择多种类型的局部放电传感器，可同时安装15种传感器用以进行局部放电数据的测量，任何一处发生异常都会发出警报，适用于50/60工频及各种频率的电力设备。除了传感器外，信号传输同样是局部放电在线监测装置实际应用中需要重点分析的内容，依旧以W-PD60为例，该在线监测装置选用了Mod－Bus RTU协议接口进行信号传输，共设定了231个有效装置地址，通过ModBus、专用二进制命令以及ASCⅡ码文本等实施数据传输，保证数据可自动传输，支持通过以太网与电话网连接方式，确保传输的有效性。发电机局部放电在线监测装置的实际应用中还需要考虑常见问题，为了确保监测装置对数据测量的准确性，装置通电后以及测量前都会进行自我校验，自我校验的过程中可能报错，届时需要根据不同报错编码进行对应的维修。在线监测装置的问题和报错一般需要寻找厂家的专业技术人员进行处理，比如局部放电在线监测装置的保险丝更换需要由专业人士进行操作，通常可以联系生产厂家技术人员进行更换，以保证设备性能。

3.3 发电机局部放电在线监测装置的改造

发电机局部放电在线监测装置并非一劳永逸，由于使用年限的增加以及产品更新换代等因素，为了保证局部放电在线监测装置的可靠性，对其进行改造和改良也是极为重要的内容。以阳江核电有限公司的发电机局部放电装置改造为例，阳江核电1-4号发电机使用的局部放电在线监测装置为IRIS一代设备，5、6号机使用的IRIS局部放电在线监测装置为二代设备，两种型号的设备在实际应用中都存在一些需要处理的问题。一代设备现已停产备件不足，并且使用年限较长；二代设备在实际应用中散热性较差，需要解决散热问题。为了解决上述问题，确保局部放电在线监测装置的有效性，需要对相应的在线监测装置进行升级与改造，具体解决方案为：将一代局部放电在线监测装置全面升级为二代产品，为二代局部放电在线监测装置安装空调降温（见图2）。

图2 发电机局部放电在线监测升级改造

4 结束语

发电机在工作过程中容易因为环境因素以及绝缘层老化等问题产生局部放电问题，局部放电对发电机的正常运转具有较强的不良影响，严重的可能导致电机短路损坏需要消耗大量资源维修。采用局部放电在线监测装置可以有效发现发电机内部的重大缺陷，避免事故的发生，在实际使用中通过设置警报数值，以方便电厂工作人员更加及时了解发电情况，并且加强在线监测装置的更新换代，能够进一步确保局部放电在线监测装置的稳定性。发电机局部放电在线监测装置有利于及时发现发电机内部的隐患，并且关注发电机内部绝缘变化情况，对电厂平稳运行具有极为重要的意义。