发电机局部放电在线监测系统在象达电站的应用尹 健1,顾丹峰2(1 云南省电力投资有限公司,云南昆明 650021; 2 (云南保山苏帕河水电开发有限公司,云南保山 678000)摘 要:象达电站发电机组采用西安交大科技园博源电气公司的BYG- 型发电机局部放电甚高频在线监测系统。
本系统在分析了近年来国内外大型电机绝缘放电监测技术发展的基础之上,针对水轮发电机组汇流母线排(封闭式三相共箱母线)走线方式的特点,选择发电机每相高压出线处为系统监测点,利用安装双传感器定向耦合实现干扰脉冲抑制。
该系统分别在象达电站2台发电机主引出线上安装近、远端两路传感器(6只 每台机组),耦合放电信号,经过信号的选通、滤波处理后进入监测系统,利用软件进行时延幅值判别,提取放电信号,并进行二维、三维谱图分析。
关键词:高压引出线;局部放电;传感器;监测系统中图分类号:TM02 文献标识码:B 文章编号:1006-3951(2010)04-0103-04DOI:10 3969 j.is sn.1006-3951.2010.04.0320 引言云南苏帕河象达水电站是苏帕河流域第二级电站,装有2台混流式水轮发电机组,单机容量为20MW,年利用小时数4200h。
由于电站位于多雨、潮湿的龙陵县境内,在停机期间可能使发电机组受潮,大大降低发电机的绝缘,使发电机的绝缘劣化,其绝缘劣化产生局部放电(以下简称PD:Partial Dis charge),是电力设备发生故障最敏感的先兆信息。
局部放电在线监测可以及时捕捉机组绝缘劣化的发展趋势和先兆信息,可进行机组预知维修,减少停电和维修时间,提高电站设备运行的有效性,最大程度地完成电站商业经营目标。
因此,对象达电站水轮发电机组的绝缘状态进行在线监测及诊断非常必要。
1 局部放电在线监测技术国内外发展趋势发电机局部放电在线监测,早在50年代美国西屋公司就研制出一种定子放电检测器,由于电机内任何部位的电弧放电都会在中性点接地线内产生相应的射频电流,因而局部放电的监测点可以选择在中性点接地线上。
70年代该公司研制出用罗柯夫斯基线圈在中性线获取绝缘放电信号,测量频率提高到20k~50MHz。
据有关报道,国外已有上万台电机采用了局部放电在线监测技术,取得了很好的效果。
发电机的绝缘放电主要发生在机组定子线棒的绝缘处,在工程实际应用中,从运行的发电机组中性线取得的放电信号会衰减几十甚至上百倍,测量频率越高,衰减越严重。
其次,三相放电信号混合叠加在一起,难以准确对其进行识别和分析,发电机外部母线及相连其他设备的放电亦会引入测量系统,使得内部放电与外部干扰难以区分。
近年来,国内研制的发电机监测设备按监测局放信号频带范围的大小,可以分为窄带系统和宽带系统。
对于窄带系统来说,它只对发电机绕组局部放电后期严重的火花放电比较敏感,不能区分发电机内部和发电机外部放电信号,难以进行故障分类和定位;而宽带系统采集的局放信息越丰富,对系统的要求也越高。
用甚高频技术在线监测PD,抗干扰效果好。
由于甚高频的干扰信号衰减很快,较远的干扰源不论是从空间还是从导线传播到测量点,干扰已经变得很小,而且,甚高频带可以测得上升时间很短的脉冲,这就给定向耦合时延鉴别抗干扰方法提供了条件。
本系统采用双传感器定向耦合信号,频带选在5~100M甚高频段,并利用软件进行脉冲时延及幅值鉴别并结合软、硬件滤波抑制干扰识别放电信号。
B YG- 型PD装置采用双传感器定向耦合软件时延鉴别技术,结合采用数字滤波去除窄带干扰,用开窗剔除固定相位或周期性干扰,用动态阈值消除背景噪声。
这样就可以基本上克服干扰的影响,使测得的数据更可靠。
103第26卷第4期 云南水力发电YUNNAN WA TER PO WER收稿日期:2009-03-09修回日期:2000-11-02作者简介:尹 健(1980-),男,云南大理人,助理工程师,主要从事水电工程项目管理和机电技术管理工作。
PD 系统装置采用新一代的虚拟仪器,即PC-DAQ 系统。
在硬件平台(仪器模块+计算机),由软件来实现各种功能,可以同时监测两台发电机,定时自动启动进行巡回监测,每次监测结束系统自动关闭,及时记录、显示测量结果。
通过电站以太网络,实现数据传送,在上位机工程师站可以显示各种图谱信息,察看测试结果。
2 系统结构原理2.1 系统硬件构成象达电站在每台发电机组的高压出线端,距离发电机定子引出线约1m 的位置,每相各安装一个耦合电容器,每相母线在距第一个电容器约8m 的位置安装第二个耦合电容器,每回路每相安装的一对耦合电容器,耦合从发电机内部传来的高频局部放电信号,同时隔离工频高压。
电容器低压端通过采样电阻接地,电阻两端的脉冲电压即局部放电信号,将其输入信号采集卡,进行信号采集,耦合电容器与检测阻抗组成传感器。
耦合传感器采集的信号经过前置端子箱放大,并传送至发电机局部放电在线监测系统机柜,由机柜内各控制单元对机组局放信号进行处理、分析,见图1。
图1 象达电站的PD 系统结构图2.2 系统软件本系统采用图形化的编程语言Lab VIE W 作为虚拟仪器软件的开发平台,与其他语言(C VI,VB,VC ++等)相比,Lab VIE W 是一种真正意义上的可视化图形编程语言,而且具有开发难度低、开发周期短的优点。
发电机组局部放电在线监测系统软件主要包括采集软件、数据库软件和分析软件,能实现发电机局放信号的在线数据采集,局放数据的处理及存储、对局部放电信息的谱图显示以及对历史局放信号的查询。
该软件可以实现机组局部放电过程的自动化监测,简化工作人员的操作,现场运行人员,也可以通过手动操作,实现适时、历史查询、并进行分析。
3 电站现场测试及结果分析3.1 现场干扰分析在系统正式投运之前,要对现场各种干扰信号作测试分析,分析干扰信号的幅值、时域特性、相位等信息,以便选择滤波频带和阈值,采取最佳的抗干扰措施。
由于本系统频带为5M~100MHz,所以测得的信号的信噪比相对于低频测量系统有很大的提高。
对发电机组局部放电在线监测系统的干扰主要来自随机的脉冲型干扰。
因此,下面对脉冲型干扰在时间和幅值上与放电信号进行分析、对比。
3 1 1 停机测试发电机停机,并与电网断开,测得20ms 内信号背景噪声,并无脉冲干扰。
3 1 2 负载测试发电机额定负荷运行时,测得的20ms 内信号如图2所示。
图2 额定负载时测到的原始信号图从图2中可以看出发电机负载时有很多大脉冲干扰,从其中抽取放电和干扰时域展开波形图(图3)加以分析。
图3 20ms 内测到的放电及干扰信号时域分析图104 云南水力发电 2010年第4期从图3(a)中可以明显地看到,近、远端传感器耦合到的放电信号在到达测量系统的时间以及幅值上都有明显的差别(近端信号幅值大于远端信号幅值),而从图3(b)中可以看到干扰脉冲信号在达到测量系统的时间以及幅值上则相差不多,因而系统可以利用时延及幅值鉴别来剔除干扰信号,识别放电信号。
3.2 放电谱图分析三维谱图在一幅图中显示了放电次数(N)、放电量大小(Q)以及放电所发生的相位( )。
脉冲相位分析有利于帮助确认放电类型及故障位置。
象达电站1号和2号机组已于2006年11月底全部进入商业运行。
在运行期间,对这两台机组均进行了多次的机组PD在线监测,1号机某次测量的结果分别如图4所示。
1号机监测到轻微的PD放电信号,最大幅值约为2500m V,放电谱图如图4所示。
虽然2号机监测到的放电信号更小,最大幅值约为1000 mV,但两台机的放电相位均位于、!象限,现场分析可能为发电机组内部放电类型,该结果得到了机组安装公司的传统检验结果的验证。
3.3 放电趋势分析因为发电机组局部放电是一个随机的过程,不能通过一次放电量的大小来判断机组定子绝缘的状况,通过监测放电趋势的方法是较为有效的手段。
图4 1号机组放电谱图Qm和NQN为两个统计参数,Qm为1秒钟内出现过10次的放电幅度,Qm和定子绝缘某点绝缘劣化的程度相关。
NQN的大小等于有效相位窗口范围内的各种幅值大小的某一特定局放脉冲个数的总和, NQN正比于绝缘劣化的总量,进行Qm,NQN趋势分析是发电机局部放电在线监测的一个重要分析方法。
图5解释了这两个参数的概念。
图6为象达电厂1号机组的局部放电的Qm和NQN趋势:图5 Qm和NQN的物理涵意图105尹 健,顾丹峰 发电机局部放电在线监测系统在象达电站的应用从图6中观察可以发现,虽然在不同的测量时间和工况下测量到的机组A 、B 、C 三相局部放电Qm 和NQN 有一定波动,但是在一定时间段内,Qm 和NQN 测量值保持在一个稳定的范围内,证明机组绝缘状况良好。
同时,同一机组的A 、B 、C 三相的局部放电Qm 和NQN 测量值不同,说明同一机组的不同相序的绝缘水平是有差别的,这与机组制造、装配工艺有很大关系。
4 结论1)发电机组局部放电在线监测系统可有效地进行发电机局部放电在线监视,并对机组定子绕组绝缘状况进行跟踪。
图6 1号机组局部放电Qm 和NQN 趋势图2)利用PD 装置开放性的数据库,可不断完善机组的放电趋势评判,丰富机组的特征数据库。
3)在电站工程运用中的监测效果很好,但在安装时要考虑合适的线缆传输阻抗、输入传感器参数以及传感器的安装位置,以保证发电机的局部放电信号在传播过程中产生的衰减和振荡不影响PD 装置的监测和分析结果。
4)将实时性很强的电站综合自动化监控系统,与针对性很强的智能型监测系统相结合,能有效地提高电站的综合管理水平,提高电站的经济效益。
5)发电机局部放电在线监测系统有利于电站发电机组的安全运行,降低检修费用,提高设备的利用率和企业的自身效益。
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