發(fā)電機(jī)定子局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)在五強(qiáng)溪電廠的應(yīng)用

蘇 鑫

（五凌電力有限公司五強(qiáng)溪水電廠，湖南 懷化 418000）

1 發(fā)電機(jī)定子局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

五強(qiáng)溪電廠裝備有5臺水輪發(fā)電機(jī)，發(fā)電功率皆為240 MW，結(jié)構(gòu)特點為無軸型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子中心憑借發(fā)電機(jī)的主軸進(jìn)行支架間連接。轉(zhuǎn)子支架結(jié)構(gòu)為圓盤形，中心體與扇形外環(huán)進(jìn)行焊接，在工作中由定子借助轉(zhuǎn)子為發(fā)電機(jī)提供勵磁磁場，以電磁感應(yīng)來完成發(fā)電。定子繞組連接方式為三相雙層四支路星形[1]。監(jiān)測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)包括電源模塊、顯示模塊以及功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲和處理系統(tǒng)。軟件結(jié)構(gòu)中包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)庫模塊、數(shù)據(jù)分析模塊及數(shù)據(jù)顯示模塊[2]。四大模塊之間相互連接可實現(xiàn)定子局部放電歷史信息及實時數(shù)據(jù)的調(diào)取及分析。發(fā)電機(jī)回路中設(shè)有耦合電容器，電容器可通過耦合作用來處理高頻局部放電信息。監(jiān)測系統(tǒng)各軟件單元配合發(fā)電機(jī)各參數(shù)性能來判定定子局部放電是否對發(fā)電機(jī)絕緣性能產(chǎn)生不可逆損害[3]。監(jiān)測系統(tǒng)會設(shè)定一個報警值，在各硬件設(shè)施的配合下對局放強(qiáng)度進(jìn)行分析。若每半年局放強(qiáng)度值成倍數(shù)型且幅度高于報警值，則說明定子絕緣性能遭到了較嚴(yán)重的損壞，而預(yù)警時間隨電壓等級的增加而延長[4]。發(fā)電機(jī)局部放電趨勢如圖1所示。

圖1 發(fā)電機(jī)局部放電趨勢圖

2 發(fā)電機(jī)定子局部放電監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用步驟

2.1 現(xiàn)場測試

現(xiàn)場測試即在系統(tǒng)投入實際應(yīng)用前，綜合現(xiàn)場情況對系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。例如，在現(xiàn)場中必定會存在干擾系統(tǒng)分析的信號，而干擾發(fā)電機(jī)定子局部放電監(jiān)測系統(tǒng)的信號便來自于現(xiàn)場不可控信號[5]。在現(xiàn)場測試中，應(yīng)以時域、幅度及相位為評判要點對干擾信號進(jìn)行記錄，并提前撰寫危險預(yù)案。同時，在定子監(jiān)測系統(tǒng)中會涉及低頻信號的采集，現(xiàn)場信號的信噪比有利于低頻信號的優(yōu)化分析。因此，現(xiàn)場測試包括停機(jī)測試、負(fù)載測試。停機(jī)測試即在斷開電網(wǎng)的前提下使發(fā)電機(jī)處于停止運行狀態(tài)，若在20 ms內(nèi)測得信號背景噪聲中無脈沖干擾，則可運行監(jiān)測系統(tǒng)。負(fù)載測試即保持發(fā)電機(jī)在額定負(fù)荷范圍內(nèi)運行，若在20 ms內(nèi)其信號頻譜圖無多余諧波，則可試運行監(jiān)測系統(tǒng)[6]。

2.2 分析放電譜圖

分析放電譜圖在于放電類型和故障位置的輔助分析。放電譜圖的分析主要是為后面放電趨勢的分析做準(zhǔn)備[7]。在監(jiān)測系統(tǒng)中，放電類型的評判對故障緣由的分析十分重要，槽間放電、端部放電及內(nèi)部放電對應(yīng)的故障類型都存在差異。同理，故障位置對于提高檢測效率也起著至關(guān)重要的作用。譜圖分析包括對信號時域、相位及幅度的分析。結(jié)合放電脈沖這3個特性的分析，便可較好實現(xiàn)在線監(jiān)測系統(tǒng)的故障分析功能。

2.3 分析放電趨勢

在發(fā)電機(jī)中，定子局部放電具有不可控性和隨機(jī)性[8]。若僅憑單次測量數(shù)據(jù)來判定定子絕緣性能，則是不具可信度的。五強(qiáng)溪電廠中設(shè)有5臺發(fā)電機(jī)組，因此監(jiān)測系統(tǒng)需測量5臺發(fā)電機(jī)組定子局部放電來評判定子絕緣性能[9]。以Qm來代表放電幅度，以NQN代表特定局部放電過程中有效相位窗口中各不同幅值脈沖總個數(shù)。Qm和NQN總趨勢分析皆為監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析重要途徑，其幅值則可分析放電強(qiáng)弱，而根據(jù)放電強(qiáng)弱便可分析絕緣性能。當(dāng)定子絕緣性能降低時，NQN值與Qm值增大，即局部放電現(xiàn)象越明顯。圖2為Qm和NQN變化與絕緣性能關(guān)系圖[10]。

圖2 Qm和NQN變化與絕緣性能關(guān)系圖

3 發(fā)電機(jī)定子局部放電監(jiān)測系統(tǒng)在五強(qiáng)溪電廠中的應(yīng)用

3.1 局放現(xiàn)象與定子絕緣故障分析

在應(yīng)用監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測局放時，局放檢測結(jié)果的分析對于定子絕緣故障的分析至關(guān)重要。局放現(xiàn)象與定子絕緣故障對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

3.2 監(jiān)測系統(tǒng)的具體應(yīng)用

3.2.1 發(fā)電機(jī)電暈監(jiān)測

發(fā)電機(jī)電暈故障可歸為定子繞組絕緣層的電場不均勻分布，如局部場強(qiáng)過高。發(fā)電機(jī)電暈在情況嚴(yán)重時，其絕緣性能會降低，致使發(fā)電機(jī)無法正常運行[11]。在發(fā)電機(jī)定子線棒結(jié)構(gòu)中會增加防電暈結(jié)構(gòu)，針對局部放電類型進(jìn)行設(shè)計，分為直線端和端部兩種方式。直線端方法是在防暈帶實施涂漆操作，端部防暈采用高阻防暈，即在線棒超出槽口部位進(jìn)行彎曲，以高電阻加固電流隔離操作。但在發(fā)電機(jī)實際運行過程中，電暈情況依然存在。這說明防電暈設(shè)計無法根治局部放電對發(fā)電機(jī)的損害。監(jiān)測系統(tǒng)可通過對局部放電信號的檢測并綜合多臺電機(jī)放電次數(shù)及放電幅值進(jìn)行定子絕緣性能的評判，若有異常，或絕緣性能弱于其余機(jī)組，監(jiān)測人員能及時分派工作人員進(jìn)行檢修，必要時可進(jìn)行定子線棒的更換[12]。

3.2.2 定子線棒松動情況監(jiān)測

發(fā)電機(jī)在高速運轉(zhuǎn)中，定子線棒因其繞組方式會發(fā)生松動，由于不同材料捕獲電子能力不一，且不同結(jié)構(gòu)同材料的捕獲電子能力也存在差異，因此在定子線棒松動時，也會有定子局部放電情況發(fā)生[13]。監(jiān)測系統(tǒng)可通過比較正負(fù)電荷放電情況來判定定子絕緣性能。若放電趨勢呈現(xiàn)正放電，則代表線棒表面與鐵芯存在電壓差，即線棒發(fā)生松動。線棒發(fā)生松動，那么發(fā)電機(jī)的正常工作必定受到影響。定子在發(fā)電機(jī)的主要功能是激勵磁場的供給，若其結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，則磁場效應(yīng)會遭到損害，進(jìn)而影響發(fā)電機(jī)性能，并縮減發(fā)電機(jī)使用周期。監(jiān)測人員通過檢測系統(tǒng)能實時監(jiān)控定子運行狀態(tài)，及時止損[14]。

表1 局放現(xiàn)象與定子絕緣故障關(guān)系對應(yīng)表

3.2.3 定子臟污檢測

在正常情況下，定子局部放電與定子溫度也存在一定關(guān)系。若定子表面附有金屬顆?；蚴翘挤鄣染哂袑?dǎo)電性能或影響絕緣材料電阻率的材料，則絕緣材料電阻率會隨溫度的升高而降低。因此，監(jiān)測系統(tǒng)可通過溫度傳感器實現(xiàn)定子性能的檢測[15]。一般絕緣系統(tǒng)中的氣隙會隨著溫度增加而縮小，那么其局部放電現(xiàn)象會隨之減弱。但如果其局部放電現(xiàn)象隨著溫度升高而呈現(xiàn)攀升狀態(tài)，那么監(jiān)測人員便可考慮定子是否發(fā)生臟污[16]。

3.2.4 螺旋桿局部放電監(jiān)測

如果在發(fā)電機(jī)運行過程中，監(jiān)測到定子C相放電異常，在排查傳感器及監(jiān)測系統(tǒng)無異常的前提下，先進(jìn)行停機(jī)監(jiān)測，即排查干擾信號的影響。在重啟時如果定子C相仍放電異常，則可考慮螺桿感應(yīng)發(fā)生局部放電，從而致使磁場電壓升高。在實際工作中，定子可看作多個分布電容的復(fù)雜組合?；诖耍ㄗ又械膽腋÷輻U、絕緣板及金屬槽盒在導(dǎo)體的連接下與地面形成了串聯(lián)回路。在此結(jié)構(gòu)中，回路間電流脈沖信號相互影響產(chǎn)生旁路現(xiàn)象[17]。如果金屬槽盒的距離和懸浮螺桿距離過近，則金屬槽盒電容回路的放電脈沖信號便可旁路到懸浮螺桿回路。這極有可能導(dǎo)致C相放電異常。如果監(jiān)測到螺旋桿局部放電異常，可考慮定子結(jié)構(gòu)是否發(fā)生變化，金屬槽盒和螺旋桿之間的間距是否過小，若過小則應(yīng)增加兩者間隙[18]。

4 結(jié) 論

電子技術(shù)的不斷發(fā)展將會促進(jìn)人工智能技術(shù)的發(fā)展，隨之而來的是管理系統(tǒng)的改革。分析目前監(jiān)測系統(tǒng)需求多元化發(fā)展現(xiàn)狀可知，局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)的采樣率將會逐漸提高，以便細(xì)化發(fā)電機(jī)故障分析。定子局部放電對發(fā)電機(jī)性能有著巨大危害，需加強(qiáng)監(jiān)測。五強(qiáng)溪電廠作為我國重點建設(shè)單位，需充分發(fā)揮科技力量，促進(jìn)監(jiān)測系統(tǒng)不斷完善，對于定子局部放電現(xiàn)象，從監(jiān)測階段發(fā)展至更精確的識別診斷階段，以提高我國發(fā)電質(zhì)量，緩解我國供電壓力。