局放的原理及其在发电机在线监测中的应用

局放的原理及其在发电机在线监测中的应用

摘要：发电机定子绝缘发生的各种故障和局部放电有很密切的联系，只要通过在线监测局部放电便可以清楚的知道定子绝缘的运行情况，发电企业在进行检修工作时就有据可依了，根据监测的结果有针对性的开展检修工作，减少设备损坏造成事故然后导致停机作业的现象。目前，在发电机等设备绝缘缺陷的监测工作中局部放电在线监测技术已经得到广泛使用。

关键词：局部放电发电机在线监测应用

电厂的核心设备便是发电机，而发电机的定子绕组绝缘长期运行在电、热环境和机械应力之下，容易导致局部放电的发生。绝缘局部放电会让绝缘击穿、损坏，发生短路事故。监测局部放电可以让我们了解发电机定子绕组绝缘的情况。守旧的发电机绝缘监测需要停机进行，很不方便，经过不断的创新和发展发电机局部发电在线监测逐渐被广泛使用，其不影响发电机的运行，还拥有可任何时候对发电机绝缘进行监测，分析绝缘情况等优势。

1 局部放电的概括

局部放电产生的原因有很多，电压和介质中的气隙、气泡便是原因之一。气隙中的电场强度比电击穿强度大时，气体发生电离现象，电流流过，导致局部导通。电力系统中的发电机、电容器、变压器、电动机等高压电器设备都是严格按照绝缘耐压标准来设计它们各自

的电压。正常情况下绝缘性能能够承受实际工作时的电压，由于在设计、安装过程中没有注意细节，导致高压电气设备绝缘介质中还存在一些介质或者气泡，少量的水、气体、悬浮颗粒还留在绝缘油中，金属导体、半导体周围还有一些尖锐不平的地方。这些地方最容易发生局部放电，因为这里耐压强度低，所以容易在高压交变电场的作用下发生局部放电。局部放电一般有迹可寻，固体绝缘体上会出现斑痕，绝缘油中有小气泡出现。局部放电这个现象的时间短，产生的能量小，对发电机的危害性却很大。很多因素都能导致发电机定子绝缘受损，如环境因素，电气因素，机械因素等等。但是可以通过随时监测局部放电的方法来有效控制或者避免定子绝缘受损[1]。

2 发电机局部放电信号监测系统原理

绝缘材料中的气泡、绝缘材料不平的表面都能产生局部放电，局部放电主要以两种形式出现，一种是电气脉冲，一种是放电。气泡是产生局部放电的因素之一，很多地方都存在气泡，如，绝缘材料和导体之间，各种绝缘材料中，绝缘材料和接地铁芯之间。发电机局部放电在线监测系统需要监测的有三个方面：第一，利用传感器监测瞬间变化的电荷大小，这个电荷不是放电的真实电荷。第二，放电过程中消耗的电量（W）。第三，放电重复率（n），单位时间内比标准值的局部放电大的平均脉冲个数，正常情况下取交流电压下半周发生局部放电脉冲的次数。视在放电电荷、放电能量和放电重复率都可以通过对放电波形进行记录、处理等工作来得到。发电机局部放电在线监测

所得到的局部放电量并不是无用的，它有以下两个功能：第一，横向比较，根据局部放电量的大小与标准值相比较，评定发电机内部绝缘是否受损。第二，纵向比较,把最近监测的数据和以往监测的结果对比，观察局部放电的变化走向，让以后的局部放电监测更加有针对性的进行。

2.1 建设局部放电的电气模型

局部放电现象可以用电气模型来解说。我们可以把单一的绝缘材料内部气泡用等效电容来表示。局部放电过程中会产生很多问题，导致放电电流出现旁路现象，如，有机绝缘材料碳化或者绝缘材料内部半导体薄膜被击穿等。从发电机局部放电的等效电路看，和绝缘材料的等效电路相似，都是电容、电阻的并联电路。

2.2 测量局部放电

局部放电不是单一的，还有许多不同的物理表现，声波脉冲、电气脉冲、无线电频率脉冲等，另外，还有一些冷却系统中的空气、氢气等介质发生的化学反应。发电机局部放电都会产生少量电流，电流在经过绝缘材料内的阻抗时就会有电压脉冲产生。所以，探测局部放电主要的就是监测电压脉冲和电流脉冲。测量时应该注意的是，选择离局部放电远的电路进行测量。电压脉冲的测量工作可以利用高压电容完成，另外还可以利用发电机接地阻抗上安装的高频电流互感器对电流脉冲完成测量任务。因为高压电容、高频电流互感器输出的信号

是电压、电流脉冲，我们只要采用相应的示波器、脉冲高度分析仪等设备便能对输出的信号进行测量[2]。

2.3 局部放电的波形介绍

局部放电的波形是非常有特点的，电压波形的第一和第三象限才会出现局部放电的波形。第一象限中电压波形为正则局部放电是负放电，相反的，第三象限电压波形为负则局部放电是正放电。如果初电压有往正方向上升的趋势，绝缘材料中的电容部件处于充电状态，直至达到局部放电的初电压，此时，便会出现电压正弦波为90度角。当电压往负方向走时，电容又不能突然改变，所以原来放电的电容维持不变，电压正弦波为180度角。局部放电为负方向就叫做负放电，正方向就叫做正放电。

2.4 局部放电脉冲的极性分析

当局部放电正放电的幅度大于负放电时，局部放电多半发生在绕组绝缘表面；当局部放电正放电的幅度大于负放电时，则是线棒脱壳导致。当正负幅度差不多时，局部放电多半发生在绝缘内部的空隙中。

3 发电机局部放电在线监测系统结构介绍

发电机局部放电（PD）在线监测系统的运行，首先对脉冲信号进行采集，把采集得到的数据进行处理，然后得到测量的发电机一段时间里的放电量、放电重复率和电压相位，最后根据测量到得这些变

量结果对发电机绝缘进行检测，查看其是否出现故障，如果出现故障方便及时解决。发电机局部放电（PD）在线监测系统功能强大，它由前置系统、电流传感器、抗干扰处理专装置、快速数据采集仪等设备组合而成。前置系统有前置降噪和远距离输送驱动的功能。目前，局部放电在线监测的发展重点主要在于安装局部放电传感器、准确快速的采集数据、保障运行的稳定性能、抗干扰作用等。

4 监测发电机局部放电的方法

发电机局部放电表现出来的形式是高频，以这种形式出现会有很多不足之处，如，传输过程中伴随着各种各样的噪音，速度衰减得快。如何监测到局部放电的准确数据，我们应该从这几方面着手：首先，控制或者消除外部环境的噪音；然后，确定传感器的安装位置和灵敏度；再次，系统对于信号衰减的影响程度。发电机局部放电监测方法多种多样，因根据不同的实际情况来选择不同的监测方法，才能更好的达到诊断的目的。发电机局部放电在线监测方法常用的有以下几种：第一，射频监测法，主要运用的设备有高频电流传感器和线圈RC 阻容高通滤波器。第二，定子槽耦合器(SSC)监测法，局部放电脉冲有无摆动的、上升时间快、单极性的、频率很高等特点，但是噪声脉冲的特点是是摆动、上升时间慢，所以要想得到很好的局部放电脉冲信号采用定子槽噪声分离技术是非常有用的。第三，PDA 监测法，把耦合电容器安装在发电机每相中，并且是没相中安装一对，因为绕组内局部放电信号、外界噪声信号传播方式不同，所以我们用它们来