局放的原理及其在發電機在線監測中的應用

摘 要：發電機定子絕緣發生的各種故障和局部放電有很密切的聯系，只要通過在線監測局部放電便可以清楚的知道定子絕緣的運行情況，發電企業在進行檢修工作時就有據可依了，根據監測的結果有針對性的開展檢修工作，減少設備損壞造成事故然后導致停機作業的現象。目前，在發電機等設備絕緣缺陷的監測工作中局部放電在線監測技術已經得到廣泛使用。

關鍵詞：局部放電 發電機 在線監測 應用

中圖分類號：TM311 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（b）-0140-02

電廠的核心設備便是發電機，而發電機的定子繞組絕緣長期運行在電、熱環境和機械應力之下，容易導致局部放電的發生。絕緣局部放電會讓絕緣擊穿、損壞，發生短路事故。監測局部放電可以讓我們了解發電機定子繞組絕緣的情況。守舊的發電機絕緣監測需要停機進行，很不方便，經過不斷的創新和發展發電機局部發電在線監測逐漸被廣泛使用，其不影響發電機的運行，還擁有可任何時候對發電機絕緣進行監測，分析絕緣情況等優勢。

1 局部放電的概括

局部放電產生的原因有很多，電壓和介質中的氣隙、氣泡便是原因之一。氣隙中的電場強度比電擊穿強度大時，氣體發生電離現象，電流流過，導致局部導通。電力系統中的發電機、電容器、變壓器、電動機等高壓電器設備都是嚴格按照絕緣耐壓標準來設計它們各自的電壓。正常情況下絕緣性能能夠承受實際工作時的電壓，由于在設計、安裝過程中沒有注意細節，導致高壓電氣設備絕緣介質中還存在一些介質或者氣泡，少量的水、氣體、懸浮顆粒還留在絕緣油中，金屬導體、半導體周圍還有一些尖銳不平的地方。這些地方最容易發生局部放電，因為這里耐壓強度低，所以容易在高壓交變電場的作用下發生局部放電。局部放電一般有跡可尋，固體絕緣體上會出現斑痕，絕緣油中有小氣泡出現。局部放電這個現象的時間短，產生的能量小，對發電機的危害性卻很大。很多因素都能導致發電機定子絕緣受損，如環境因素，電氣因素，機械因素等等。但是可以通過隨時監測局部放電的方法來有效控制或者避免定子絕緣受損[1]。

2 發電機局部放電信號監測系統原理

絕緣材料中的氣泡、絕緣材料不平的表面都能產生局部放電，局部放電主要以兩種形式出現：一種是電氣脈沖；另一種是放電。氣泡是產生局部放電的因素之一，很多地方都存在氣泡，如：絕緣材料和導體之間，各種絕緣材料中，絕緣材料和接地鐵芯之間。發電機局部放電在線監測系統需要監測的有三個方面：第一，利用傳感器監測瞬間變化的電荷大小，這個電荷不是放電的真實電荷。第二，放電過程中消耗的電量（W）。第三，放電重復率（n），單位時間內比標準值的局部放電大的平均脈沖個數，正常情況下取交流電壓下半周發生局部放電脈沖的次數。視在放電電荷、放電能量和放電重復率都可以通過對放電波形進行記錄、處理等工作來得到。發電機局部放電在線監測所得到的局部放電量并不是無用的，它有以下兩個功能：第一，橫向比較，根據局部放電量的大小與標準值相比較，評定發電機內部絕緣是否受損。第二，縱向比較，把最近監測的數據和以往監測的結果對比，觀察局部放電的變化走向，讓以后的局部放電監測更加有針對性的進行。

2.1 設局部放電的電氣模型

局部放電現象可以用電氣模型來解說。我們可以把單一的絕緣材料內部氣泡用等效電容來表示。局部放電過程中會產生很多問題，導致放電電流出現旁路現象，如，有機絕緣材料碳化或者絕緣材料內部半導體薄膜被擊穿等。從發電機局部放電的等效電路看，和絕緣材料的等效電路相似，都是電容、電阻的并聯電路。

2.2 測量局部放電

局部放電不是單一的，還有許多不同的物理表現，聲波脈沖、電氣脈沖、無線電頻率脈沖等，另外，還有一些冷卻系統中的空氣、氫氣等介質發生的化學反應。發電機局部放電都會產生少量電流，電流在經過絕緣材料內的阻抗時就會有電壓脈沖產生。所以，探測局部放電主要的就是監測電壓脈沖和電流脈沖。測量時應該注意的是，選擇離局部放電遠的電路進行測量。電壓脈沖的測量工作可以利用高壓電容完成，另外還可以利用發電機接地阻抗上安裝的高頻電流互感器對電流脈沖完成測量任務。因為高壓電容、高頻電流互感器輸出的信號是電壓、電流脈沖，我們只要采用相應的示波器、脈沖高度分析儀等設備便能對輸出的信號進行測量[2]。

2.3 局部放電的波形介紹

局部放電的波形是非常有特點的，電壓波形的第一和第三象限才會出現局部放電的波形。第一象限中電壓波形為正則局部放電是負放電，相反的，第三象限電壓波形為負則局部放電是正放電。如果初電壓有往正方向上升的趨勢，絕緣材料中的電容部件處于充電狀態，直至達到局部放電的初電壓，此時，便會出現電壓正弦波為90度角。當電壓往負方向走時，電容又不能突然改變，所以原來放電的電容維持不變，電壓正弦波為180度角。局部放電為負方向就叫做負放電，正方向就叫做正放電。

2.4 局部放電脈沖的極性分析

當局部放電正放電的幅度大于負放電時，局部放電多半發生在繞組絕緣表面；當局部放電正放電的幅度大于負放電時，則是線棒脫殼導致。當正負幅度差不多時，局部放電多半發生在絕緣內部的空隙中。

3 發電機局部放電在線監測系統結構介紹

發電機局部放電（PD）在線監測系統的運行，首先對脈沖信號進行采集，把采集得到的數據進行處理，然后得到測量的發電機一段時間里的放電量、放電重復率和電壓相位，最后根據測量到得這些變量結果對發電機絕緣進行檢測，查看其是否出現故障，如果出現故障方便及時解決。發電機局部放電（PD）在線監測系統功能強大，它由前置系統、電流傳感器、抗干擾處理專裝置、快速數據采集儀等設備組合而成。前置系統有前置降噪和遠距離輸送驅動的功能。目前，局部放電在線監測的發展重點主要在于安裝局部放電傳感器、準確快速的采集數據、保障運行的穩定性能、抗干擾作用等。

4 監測發電機局部放電的方法

發電機局部放電表現出來的形式是高頻，以這種形式出現會有很多不足之處，如：傳輸過程中伴隨著各種各樣的噪音，速度衰減得快。如何監測到局部放電的準確數據，我們應該從這幾方面著手：首先，控制或者消除外部環境的噪音；其次，確定傳感器的安裝位置和靈敏度；再次，系統對于信號衰減的影響程度。發電機局部放電監測方法多種多樣，因根據不同的實際情況來選擇不同的監測方法，才能更好的達到診斷的目的。發電機局部放電在線監測方法常用的有以下幾種：第一，射頻監測法，主要運用的設備有高頻電流傳感器和線圈RC阻容高通濾波器。第二，定子槽耦合器（SSC）監測法，局部放電脈沖有無擺動的、上升時間快、單極性的、頻率很高等特點，但是噪聲脈沖的特點是是擺動、上升時間慢，所以要想得到很好的局部放電脈沖信號采用定子槽噪聲分離技術是非常有用的。第三，PDA監測法，把耦合電容器安裝在發電機每相中，并且是沒相中安裝一對，因為繞組內局部放電信號、外界噪聲信號傳播方式不同，所以我們用它們來控制或者消除噪聲[3]。

5 結語

繞組溫度、電壓、環境濕度、負載大小都是能夠影響發電機局部放電的因素。局部放電在線監測系統應該全面、詳細的對局部放電數據進行分析、總結。目前，發電機局部放電在線監測技術還在不斷的向前發展，但是已經得到社會、企業的認可，被廣泛應用在發電機狀態維修中，能夠很好的評價發電機運行的安全性。

參考文獻

[1]宋伶俐，靳春林.大型發電機局部放電在線監測系統分析[J].湖北電力，2009，25（2）：34-35.

[2]鄭松遠，唐新文，吳建輝.局部放電在線監測技術在水輪發電機上的應用[J].水電站機電技術，2008，12（6）：29-30.

[3]蔣遠東，陳慶國，王發興，等.大型發電機定子局部放電在線監測系統的研究[J].中國測試技術，2008，23（2）：134-135.