發電機局部放電在線監測裝置在發電廠中的應用

吳志佳

（廣東聯興建設有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518067）

局部放電是發電廠的設備在運行過程中比較常見的問題，發電機作為發電廠重要的設備之一，在工作中很容易發生局部放電。發電廠發電機局部放電會對發電機組造成不利影響，局部放電會導致電力設備絕緣內部或者表面出現電火花，而隨著時間延長最終損壞設備絕緣層，發電設備絕緣系統一旦損壞往往需要數月或者幾年時間完成修復。局部放電一般發生在絕緣層間隙中，是電機絕緣層老化的一種標志，由于發電機運行的特質，且定期檢修設備的周期較長，在生產過程中工作人員往往較難及時發現局部放電問題，因此應用有效的在線監測裝置對發電機局部放電進行監控，是及時發現局部放電問題并及時解決問題的關鍵[1]。而不同的發電機局部放電在線監測裝置的性能也存在一定偏差，且隨著發電廠的不斷發展，對早期監測裝置進行強化、改良也是極為重要的內容。

1 發電機局部放電問題概述

1.1 局部放電解釋

局部放電最常出現在高壓電力設備絕緣內部或者表面，多表現為電火花放電。局部放電與電場強度具有密切聯系，通常來說電場強度越大，越容易產生局部放電現象，發電機是比較常見的局部放電設備之一[2]。

1.2 發電機局部放電

發電廠的發電機是電力生產中極為重要的工具，在運行過程中承載的任務較重，也比較容易發生局部放電問題。局部放電發生的主要條件有兩個：首先是電場強度足夠大，形成高電壓；其次設備絕緣內部存在間隙，間隙內的氣體被電場擊穿后，形成電路流通，導致局部放電[3]。發電機的局部放電容易發生在機器絕緣介質的空隙以及絕緣邊緣位置，絕緣層與金屬電極的邊緣處也是比較常見的局部放電發生地，在發電機運行過程中，對上述內容進行監測，可以及時發現局部放電問題，并盡早采取處理措施。

2 發電機局部放電在線監測裝置概述

2.1 發電機局部放電的特點

發電機局部放電具有一定特性，發電機局部放電特性及相關局部放電在線監測裝置運行數據分析，可為保障機組的安全穩定運行保駕護航。首先局部放電具有脈沖特性，其一般發生在絕緣介質的空隙中，并且表現為脈沖形式存在的電信號，放電周期比較短，容易快速衰減。其次局部放電的電信號可以通過導體傳播、電容感應、輻射的情況傳輸，不同傳播方式的傳輸速度存在一定差異。此外局部放電的電極性具有一定特點，局部放電擊穿點產生的電流可以以對地電流方向作為參考，與對地電流方向相同為正放電，反之為負放電[4]。

2.2 局部放電在線監測裝置基本構成

局部放電在線監測裝置主要由在線監測儀、通信電纜、電容傳感器以及上位機組成，在線監測裝置各部件的功能可以幫助分析被監測對象的局部放電特性，以便及時發現問題處理風險。局部放電監測裝置通過電容傳感器接收并過濾局部放電信號，而后將信號通過通信電纜傳輸至測量裝置中，通過測量儀的測定了解相關數值。其中，電容傳感器是局部放電在線監測裝置中比較核心組成部分，傳感器可以使發電機內部局部放電產生的高頻信號通過，普通的工頻交流信號無法通過，具有抑制工頻信號抗干擾能力。測量裝置是為了準確地測量局部放電數據的重要配件，局部放電信號通過傳感器以及通信電纜傳入信號輸入端，進而通過測量裝置進行測量，測量裝置需要統計單位內局部放電信號的脈沖數、強度以及電極性等內容，并通過在線網絡通信的方式與上位機連接，一旦局部放電數值超量及時發出報警信號[5]。局部放電監測裝置的定向噪聲分離技術也是關鍵技術，能夠幫助消除系統噪聲，消除干擾信號，確保局部放電監測裝置輸出數據的準確性（見圖1）。

圖1 局部放電在線監測儀

3 發電機局部放電在線監測裝置實際應用

3.1 局部放電在線監測裝置在發電廠的應用意義

發電機局部放電在線監測裝置對于發電廠的正常運行具有極為重要的作用，通過分析發電機局部放電數據可以發現發電機局部放電異常情況。據了解，發電機局部放電在線監測裝置在發電廠中具有保證電力生產安全、降低意外風險的作用，可以更好地保證發電廠的順利運行[6]。發電廠在發電過程中各設備運行往往處于較強電場條件下，特別是發電機設備運行。根據相關調查顯示，發電機在運行中容易受到內部因素和外在環境的影響發生局部放電，比如發電機內部絕緣層老化或者絕緣層損壞，都容易增加絕緣層的間隙，在高強度電場作用下，容易產生電火花；而電廠基建施工的灰塵、周圍環境水滴等也易加大絕緣層周邊局部放電的風險，環境中灰塵或水滴導致的局部放電可能造成污閃，致使發電機短路，產生嚴重危害。而通過發電機局部放電監測裝置發現局部放電問題，可以在危害產生之前展開停機檢查，及時更換發電機組的相關部件，降低局部放電對發電廠造成的風險，不僅保證了電力生產的安全，也減少了風險的發生，及后續維修的損失。

3.2 發電機局部放電在線監測裝置應用實例

發電機局部放電在線監測裝置的應用有很多需要實際考慮的內容，只有對局部放電在線監測裝置的工作原理、連接方式、數據結構、監視功能以及常見問題等實際情況進行有效分析，才能保證應用的可靠性。傳感器是發電機局部放電在線監測裝置中的核心設備之一，根據局部放電的特點，電壓越高、電場越強，局部放電的可能性越高，所以通常傳感器可以安裝在高壓側或者母線上，實現對局部放電的監控。而安裝在母線上的傳感器為了保證能有效發揮作用，也需要確保絕緣強度大于發電機交流耐壓測試最大耐壓值，避免傳感器在監測過程中被電流損壞。以廣州昊致電氣自動化有限公司W-PD60發電機局部放電在線監測裝置為例進行分析，該局部放電在線監測裝置可根據實際應用選擇多種類型的局部放電傳感器，可同時安裝15種傳感器用以進行局部放電數據的測量，任何一處發生異常都會發出警報，適用于50/60工頻及各種頻率的電力設備。除了傳感器外，信號傳輸同樣是局部放電在線監測裝置實際應用中需要重點分析的內容，依舊以W-PD60為例，該在線監測裝置選用了Mod－Bus RTU協議接口進行信號傳輸，共設定了231個有效裝置地址，通過ModBus、專用二進制命令以及ASCⅡ碼文本等實施數據傳輸，保證數據可自動傳輸，支持通過以太網與電話網連接方式，確保傳輸的有效性。發電機局部放電在線監測裝置的實際應用中還需要考慮常見問題，為了確保監測裝置對數據測量的準確性，裝置通電后以及測量前都會進行自我校驗，自我校驗的過程中可能報錯，屆時需要根據不同報錯編碼進行對應的維修。在線監測裝置的問題和報錯一般需要尋找廠家的專業技術人員進行處理，比如局部放電在線監測裝置的保險絲更換需要由專業人士進行操作，通常可以聯系生產廠家技術人員進行更換，以保證設備性能。

3.3 發電機局部放電在線監測裝置的改造

發電機局部放電在線監測裝置并非一勞永逸，由于使用年限的增加以及產品更新換代等因素，為了保證局部放電在線監測裝置的可靠性，對其進行改造和改良也是極為重要的內容。以陽江核電有限公司的發電機局部放電裝置改造為例，陽江核電1-4號發電機使用的局部放電在線監測裝置為IRIS一代設備，5、6號機使用的IRIS局部放電在線監測裝置為二代設備，兩種型號的設備在實際應用中都存在一些需要處理的問題。一代設備現已停產備件不足，并且使用年限較長；二代設備在實際應用中散熱性較差，需要解決散熱問題。為了解決上述問題，確保局部放電在線監測裝置的有效性，需要對相應的在線監測裝置進行升級與改造，具體解決方案為：將一代局部放電在線監測裝置全面升級為二代產品，為二代局部放電在線監測裝置安裝空調降溫（見圖2）。

圖2 發電機局部放電在線監測升級改造

4 結束語

發電機在工作過程中容易因為環境因素以及絕緣層老化等問題產生局部放電問題，局部放電對發電機的正常運轉具有較強的不良影響，嚴重的可能導致電機短路損壞需要消耗大量資源維修。采用局部放電在線監測裝置可以有效發現發電機內部的重大缺陷，避免事故的發生，在實際使用中通過設置警報數值，以方便電廠工作人員更加及時了解發電情況，并且加強在線監測裝置的更新換代，能夠進一步確保局部放電在線監測裝置的穩定性。發電機局部放電在線監測裝置有利于及時發現發電機內部的隱患，并且關注發電機內部絕緣變化情況，對電廠平穩運行具有極為重要的意義。