电机在线监测系统中局部放电的监测研究毕业论文.doc

目录摘要1Abstract2前言311局部放电的原因412局部放电的类型413 局部放电通常发生在以下位置514 局部放电将在三个方面破坏绝缘62 高压交流电机绝缘621 高压交流电机定子绝缘结构622 高压交流电机匝间绝缘623 定子对地绝缘624 同步机磁极绕组绝缘63 绝缘老化分析731 绝缘老化原因分析932 绝缘老化诊断鉴别方法933 绝缘的特征量934 绝缘老化处理技术1035电机绝缘趋势104 电机局放在线监测方法1241 国外发展情况1242 国内研究情况1243 信号的传播特性及测试系统的影响135 与传统测试方法的联系1551 与传统测试方法结果比较1552 不同测试方法应注意的问题156 数据解释及纠正策略1761 局放测试数据解释及对策1762 电机工况变动试验187 部放电的监测方法原理及应用1971成对耦合器监测法1972中线射频监测法2073定子槽耦合器监测法2074引出线上耦合器监测法2175 局放在线测试应注意的问题228 电机局部放电诊断实例分析2381. 电机离线时局部放电测量2382、电机局部放电诊断2483、电机局部放电诊断（实例）26结 论28谢 辞29参考文献3030摘要大型电机在电力系统各个生产部门起着关键的作用。而局部放电是发生在电机定子绕组上的常见故障，会造成绝缘的劣化，最终导致绝缘的击穿和短路事故。对局部放电的监测方法进行了整体概述，具体介绍了几种常用的在线监测局部放电的方法：成对耦合器监测法、中线射频监测法、定子槽耦合器监测法、引出线上耦合器监测法.长期以来，局部放电在线监测已是一种监测大型电机绝缘系统的有效手段。在线测试能在设备正常工作时进行分析和诊断，根据测试结果可有计划地安排、实施正确的纠正方案。本文系统介绍了局放的基本理论、在线测试方法、与传统测试的关系、测试数据的解释以及应采取的相应对策。关键词：电机，绝缘监测，故障诊断.AbstractAbstract：Largescale electrical machine plays a key role in power system and each production departmentPartial discharge is one of the common failures of stator winding，and it Call lead to deterioration of the insulation，resulting in insulation breakdown and short circuitThe methods of partial discharge monitoring are described，five commonly used methods in online partial discharge monitoring of electrical machine are introduced，Partial discharges(PD) have been used for a long time to measure insulation deterioration in the stators of large generators .The benefits of on-line monitoring allow for equipment analysis and diagnostics the PD theory ,the technology of on-line monitoring ,the relationBetween the on-line monitoring and traditional testing methods ,the interpretation of PD data and the corrective actions we should take.Key words：motor, insulation monitor, fault diagnosis前言电机在发生绝缘故障前往往会有征兆，其中局部放电(PD)与电机定子绕组绝缘状况有着密切地联系。由于电机绝缘介质长期承受热、电、机械应力及环境影响，导致绝缘发生劣化，使得电机在运行时绝缘产生局部放电。反过来，局部放电又加速了绝缘的劣化，若局部放电继续扩大与发展，最终将导致绝缘被破坏。因此，对局部放电作连续地监测，是诊断绝缘状况的有效方法。目前, 交流电机正朝着高电压大容量方向发展, 由于电、热、机械和环境的应力作用,电机的绝缘结构逐渐发生老化,绕组产生松动,绝缘分层,甚至在绕组端部产生电的路径,由于绝缘结构的电气强度降低,往往导致绝缘故障。定子绕组绝缘故障是大型交流电机的主要故障之一, 所以对电机的在线监测必需进行绝缘监测。由于电机定子绕组的故障( 如绝缘磨损、接线开裂、股线断裂等)将会引起电机内部放电量的增加。本文主要就电机在线监测系统中局部放电的监测进行研究。世界范围内多年来的研究表明，局部放电信号的数量、幅度和极性可以直接反映电机绝缘系统的状况。利用局部放电现象评估电机的绝缘寿命仍是一门发展中的基础理论和应用技术紧密结合的前沿学科。目前，国内外对局放在线监测的方法研究较为深入，也已有大量的在线监测系统投入实际运行中。但是，在如何利用局放在线监测结果，结合传统测试手段，对故障定位以及如何解决潜在故障方面论述较少。本文从电机的绝缘故障开始考虑。研究了局部放电的原因，局部放电的后果。评价了国内外的绝缘监测方法，对方法进行了比较。不同的状况下需要不同的方法去监测。结合实例让理论更容易理解。对于许多故障, 局部放电仅仅是机械或过热的故障征兆, 因此一次单独的局部放电测量不能作为绝缘状况的绝对指示。有效的解释就是从长期的局部放电量大小看是否设备老化正在发展, 或者是与同类设备在相同局部放电测量系统下的测量值进行比较相同厂家、设计、材料、额定值.局部放电测量结果的描述基本上是一个比较过程, 一个绕组的局部放电活动倾向于长期观察, 如果局部放电量显著增加,说明定子绕组绝缘在迅速老化。另一方面, 用同样的测量方法对类设备的测量结果可以比较, 定子有很高的局部放电活动可能是劣化严重。如果有大量的测量数据对同类设备进行比较是很有用的. 1 局部放电的原因、类型、位置及后果11局部放电的原因大型电机定子绝缘材料主要是沥青云母或者是环氧云母。由于绝缘材料是充填和浇注的，会不同程度地包含一些杂质、水分、小气泡等异物，所以不可避免地会形成一些空穴，它们由不同或相同材料层组成，层间经常会有一些小的滑动，可能有的地方绝缘与导体粘着不牢，或者定子绕组中预先经过绝缘处理的导条在槽中放置不当，或者可能槽楔松动了，或者负载下的电磁力将造成微小的移动，擦掉了线圈在槽内部分的漆。长期受热、电、机械应力及环境影响，绝缘中这些薄弱环节在局部场强作用下，空穴内产生局部放电，这样最终导致绝缘击穿，引起电机损坏12局部放电的类型大型电机定子主绝缘局部放电可以归纳为三种类型：内部放电、端部放电、槽间放电。(1)内部放电：内部放电可以发生在绝缘层中间、绝缘层与线棒导体间或绝缘层和防晕层的气隙或气泡中。电机线棒在制造过程中由于工艺上的原因不可避免地会存在微小的气隙，而且电机在运行过程中由于温度、冷热循环及其他原因使这些气隙在纵向方向上逐渐扩大，尤其是主绝缘的许多气隙，常常连成一片，形成所谓脱壳。在这些气隙内部，在强电场的作用下，当工作电压达到气隙的起始放电电压时，就会发生局部放电。由于局部放电的热效应、化学效应以及带电粒子的高速碰撞都会使绝缘层表面侵蚀或使表面绝缘损坏，使绝缘的有效厚度降低，绝缘的电气强度降低，最后导致匝间绝缘或主绝缘的击穿。(2)端部放电：大型电机的端部很容易发生局部放电，在很多绝缘事故中，端部放电的比重很高。电机绕组端部的出槽口处属于套管型绝缘结构，一般要采取防止电晕放电的措施，即分段涂刷半导体防晕层。在实际运行中，由于电机的端部振动、振动引起的固定部件的松动、槽口机械应力集中等原因会使防晕层部分脱落，从而使端部发生局部放电。端部放电比内部放电更剧烈，破坏作用更大，甚至可能发生更为危险的滑闪放电。(3)槽间放电：在电机的运行过程中，由于铁芯的振动，导致线棒的固定部件如槽楔、垫条的松动和防晕层的损害。线棒和铁芯接触点过热造成的应力作用，会损伤防晕层。由于这些原因使得定子线棒的低阻层和槽壁或槽底接触不紧密而存在气隙，从而产生高能量的电容性放电。槽间放电就是发生在线棒防晕层和槽壁或槽底之间的放电，放电形式. 是电晕放电、火花放电甚至是电弧放电. 13 局部放电通常发生在以下位置:1) 电机绕组端部并头套处,绕组端电介质本身的孔隙中,这些地方因污染或间隙等方面的设计问题造成表面放电,称绕组端子放电;2) 定子绝缘表面和铁心之间的孔隙中,称槽放电;3) 铜导体和对地绝缘的孔隙中;4) 槽中电介质本身的孔隙中.当外施电压为交变电压,则局部放电具有重复发生和熄灭的特征14 局部放电将在三个方面破坏绝缘:1) 放电途径上被加速的离子和电子对放电点周围绝缘的碰撞.2) 局部放电点周围材料因局部放电产生化学反应,尤其是有机材料会产生这些反应.3) 局部放电产生辐射(局部放电是非常快的现象,脉冲上升和持续时间都以ns 计算) ,紫外线足以破坏有机复合物.局部放电会破坏聚脂和环氧树脂之类的绝缘材料,而云母却能抵抗局部放电的影响. 因此,环氧/ 云母复合材料就局部放电影响而言,其寿命相对较长.2 高压交流电机绝缘21 高压交流电机定子绝缘结构：由于电压等级、绝缘材料和电机容量不同，对运行可靠性影响很大。定子的绝缘结构种类是繁多的。交流高压电机分3000伏 、6000伏、10000伏(10500伏)三种电压等级。绝缘等级有A级、B级、F级三种。目前A级绝缘定子绕组已经淘汰，大量的应用B级和F级绝缘。由于各制造厂工艺习惯、工艺装备和绝缘材料来源不同，所以目前生产的B级绝缘高压定子绝缘结构，基本上分三种类型：复合式绝缘结构。直线部分采用5438B级胶粉云母带热压成型，端部采用黄玻璃漆布带(或沥青云母带、自粘性硅橡胶带等)连续半叠绕。原因是B级胶绝缘在固化后弹性较差，嵌线困难，而且端部易受机械损伤，所以端部采用其他绝缘材料，但是复合式绝缘结构的端部电气强度和防潮性能较差。目前国内大多数制造厂还采用复合式结构。全部粉云母端部软下线结构。整个线圈对地绝缘用B级胶粉云母带，直线部分热压成型，端部不固化，外包一层热缩性树脂带，软下线，下线后两端浸漆处理。全部粉云母整体浸漆绝缘结构。线圈直线部分和端部对地绝缘都用粉云母带，线圈不固化直接下线，下线后定子整体浸漆。目前国外(美国、德国、日本等)生产的高压交流电机全部为F级。22 高压交流电机匝间绝缘 3千伏级：一般采用双玻璃丝包线和三玻璃丝包线，层间垫云母带一层，刷环氧酚醛漆热压成型。6千伏级：采用双玻璃丝包、双玻璃丝包高强度漆包线，外半叠绕一层云母带，并刷环氧酚醛漆热压成型。10千伏级：比6千伏级多包一层云母带。23 定子对地绝缘 由于绝缘工艺、绝缘材料、电压等级不同，绝缘结构和绝缘处理方法也不同。24 同步机磁极绕组绝缘 极身绝缘、匝间绝缘、绝缘垫圈几个部分的绝缘材料和处理方式，与直流电机主极绝缘完全相同。3 绝缘老化分析电机长期运行中，由于受电、热、机械力的作用和不同环境条件的影响电机绝缘会逐渐老化，最终丧失其应有的性能，使电机不能继续安全运行。由于电机绝缘性能下降或破坏所造成的电动机事故很多：原江都一站的8台电动机中有7台发生过绝缘击穿，江都四站4号机组运行中定子绕组因绝缘老化而被击穿，谏壁站1994、1996年相继发生过电动机绝缘击穿造成相间短路以及因吸收比不够不能启动的故障。茭陵站电动机于1995、1998年也相继发生过因绝缘老化造成定子线圈击穿的事故。绝缘是电机中的重要组成部分绝缘介质是决定电机寿命的重要因素之一。对电动机的绝缘老化进行分析。判断绝缘老化程度，确定电动机残存寿命，采取适当的处理手段，可以避免减少电动机运行年限而造成浪费.31 绝缘老化原因分析致使 电机绝缘老化的因素，主要是热、氧化、电压、湿度、机械作用力等。表 1 电机绝缘劣化因素及产生的劣化征象(1)热老化。在热的作用下，高分子化合物分子链易破裂，降低了树脂的粘结强度，使绝缘变硬、变脆和绝缘机械性能下降。 (2)氧化老化。氧化老化与温度有密切关系，而且受风的影响。风能补充新鲜空气，加速氧化反应 由于氧气的吸入，使机械强度下降，氧化老化的程度。可由吸入氧气的体积来确定。(3)电老化。在电晕作用下会产生臭氧和氧的几种氧化物。使之产生化学反应和腐蚀作用。由于电晕生成一些高速电子和离子，对有机绝缘材料起侵蚀作用。(4)湿度老化。水分使由电晕产生的几种氧化物变为硝酸、亚硝酸而腐蚀金属，使纤维及其他绝缘变脆。(5)机械老化。电动机在运行中产生机械振动，引起交变机械负荷。对绝缘的槽部、端部及槽口处产生挤压、拉伸、破碎，定子线圈产生位移以及端部下垂，导致绝缘损坏。致使绝缘老化的各种因素都是互相联系、相互影响的。热老化伴随着氧化作用。而氧化作用叉深受湿度的影响，由热分散出来的物质，经过氧化而生的物质，促使进一步老化，叉因湿度中的水分和湿度的作用，促使热老化以及其他老化的加剧。使绝缘寿命缩短.交流电机绝缘劣化过程32 绝缘老化诊断鉴别方法(1)外观及解剖检查。外观检查是用眼看、手按和小木锤轻轻敲击的办法，可以发现绝缘严重发胖、流胶、龟裂和失去弹性等现象，如果绝缘内部分层和脱壳，可根据敲击的声音作出判断。(2)从电动机运行状况分析。通过电动机累积运行时问和开、停机次数进行老化分析。电动机累积运行时间增长。绝缘老化逐年严重，绝缘强度也跟着降低。(3)定子耐压试验。33 绝缘的特征量(1)局部放电量、放电位置设备内部绝缘(油、纸)若存在杂质、气泡，它会导致其内部放电，日长月久就可能导致放电部位扩大，最后击穿。因此及早的监测其放电量和放电位置，并及时维修处理，可避免大事故发生。但开始发生放电时，其放电量很小，难以测量及定位。(2)介质损耗因数介质损耗因数是表明设备绝缘状态的重要参数之一，当测得设备的大时，说明设备绝缘受潮，电导电流增大或内部有局部放电。设备正常时其值在0.10.8之间。(3)泄漏电流对于一些设备不能测量值时，也可用测量泄漏电流方法确定设备绝缘受潮或损坏程度。（4）设备电容值设备中若进水时，其电容值会增大，但漏油时，其电容值会减少。规程规定当电容值的偏差超出额定值-510范围，应停电检查。上述4 项特征参数中，局部放电是反映绝缘状态最灵敏的量，其次值、电容值、漏电流也可反映绝缘状况。34 绝缘老化处理技术同步电机绝缘老化故障发生后，处理方法有多种。最彻底的方法是对整台电动机进行更换，这不仅能彻底解决电动机的绝缘问题，也能全面消除电动机其他痼疾和隐患。但此方法一次性投资很大。减少了电动机运行年限而造成浪费。定子绕组整体更换，既能排除故障隐患。恢复电机性能，节约资金，缩短工期，叉能根据需要对电动机提高绝缘等级，改善防晕性能，扩大单机容量。是较为经济合理的方案。线圈局部修复处理，经济实用，对整台电动机绝缘水平未普遍劣化的绕组故障，可优先采用。为提高现场大容量同步电动机的使用寿命和可靠性，提高在使用条件下的电动机绝缘结构的性能也是十分重要的。对于中、小型电动机，可以运回检修厂进行维护，对于不能运回的大容量的电动机。由于受现场条件限制，目前检修手段不能满足改善绝缘结构性能的要求，利用有机溶剂和水对电动机线圈进行清洗，也能取得一定的效果。对一台现场大容量高压同步电动机，进行清洗干燥、浸漆、喷覆盖漆等处理的方法，浸漆前、后作了介质损耗和交、直流耐压试验 结果表明，对现场不能运回的大型电动机就地利用该检修工艺，是改善电动机绝缘结构性能的有效方法。35电机绝缘趋势由于材料和工艺的进步，我国高压交流电机绝缘已经用环氧基浸渍漆平-B级胶粉云母带组成的热弹性绝缘(所谓热弹性绝缘是指：使绝缘结构的热膨胀系数和铜的热膨胀系数几乎相等，因而使绝缘是和铜一起膨胀和收缩，绝缘结构能始终附着在铜线表面没有相对位移，因而不会产生空隙)。全部代替了以往的沥青胶+黑云母带的A级绝缘结构，并向定子整体浸漆发展。这样不仅提高了绝缘等级和绝缘电气强度，而且缩小了电机体积，节约了大片云母材料，进一步提高了绝缘可靠性。直流电机绝缘发展趋势是提高绝缘等级并使绝缘薄膜化，其措施是：首先采用芳香族和杂环族树脂纤维和薄膜(如聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺亚胺等)来作为电机匝间绝缘和主绝缘。其次采用耐热浸渍漆(如二苯醚和改良硅有机漆)。这些芳香族和杂环族薄膜具有电气强度高、耐温高、强度好、抗腐蚀及耐辐射等优点，采用薄膜绝缘后，不仅绝缘等级可以提高到F级和H级(薄膜材料本身为H级绝缘，在制造大型直流电机中，考虑到浸渍漆，加热炉和其他配套材料易解决，所以一般做成F级)，使绝缘厚度大大减小，电机体积缩小，因此电机的技术指标和性能，有很大改进。许多工厂在采用H级薄膜代替原来B级绝缘方面，已经做了不少工作，效果显著，取得了一定的经验。国内各电机制造厂目前已经开始试制F级薄膜绝缘的大型电机。4 电机局放在线监测方法41 国外发展情况自50年代以来，国外围绕这项技术已经展开了大量的研究工作，使该项技术有了很大的发展。据报道，国外已有上万台电机采用了局放在线监测技术，取得了很好的效果。其技术已经从窄带系统逐渐过渡到宽带系统及至超宽带系统。国外已成功地将多种技术应用于电机的局放检测中，这些方法主要有以下几种：（1）中性点耦合监测方法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。50 年代美国西屋公司研制出了用于发电机局部放电的在线监测系统。工作原理是由定子绕组的中性点引出放电信号，通过一带通滤波器送入示波器，在示波器荧光屏上显示出信号的时域波形。实际应用中噪声信号和放电信号要由有经验的操作人员来识别，因此难以推广使用。（2）便携式电容耦合监测法70 年代加拿大Ontaio Hydro公司研制了一种局部放电在线监测装置。监测放电信号时，将0 个电容（每个375pF，25KV）搭接在发电机3相出线上，通过电容检出放电信号，此信号通过一带通滤波器（30KHz 至1MHz）引入示波器，并显示出放电信号的时域波形。这种方法在加拿大的一些电厂得到应用，并取得了较好的效果。它的缺点仍然是依靠有经验的操作人（3）射频监测法射频监测（Radiao Frequency Monitoring）法实际上是Johnson 提出的方法改进。该法利用高频电流传感器、罗柯夫斯基（Rokowski）线圈或RC 阻容高通滤波器从发电机定子绕组中性线上拾取高频放电信号，以发现定子线圈内部放电现象。目前已在很多发电机和大型高速交流电动机上采用，取得了较好的效果。1980 年西屋公司开发了商用的射频监测仪，其放大器中心频率为1MHz，带宽为5kHz，带有报警电路。（4）PDA监测法PDA是局部放电分析仪英文名称（Partial Discharge Analyzer）的缩写。PDA监测法由加拿大Ontaio Hydro公司于70年代提出，主要用于在线监测水轮发电机内的局部放电。它利用绕组内放电信号和外部噪声信号在绕组中传播时具有不同特点来抑制噪声，提取放电信号。PDA试验法在国外水轮发电机的在线监测中已被采用。（5）槽耦合器（SSC）监测法由于汽轮发电机定子绕组的结构不同于水轮发电机，PDA试验不能满意地应用于汽轮发电机的在线监测。加拿大Ontaio Hydro公司和Iris Power Engineering公司于1991年将TGA(Turbine Generator Analyzer)用于汽轮发电机局部放电信号的在线监测。这种方法代价较高，要求在定子每槽的槽楔下面埋有一特制器件定子槽耦合器（Stator Slot Coupler简称SSC）利用SSC 探测每槽的放电脉冲。对于已投入运行的发电机则必须改造定子绕组方可实施，这往往是令发电厂难以接受的。（6）电阻式测温元件监测法利用预先埋置在定子某些槽里的电阻式测温元件（RTD）导线作为放电传感器测量局放脉冲，对电机一次回路不会带来任何影响。这种局放传感器频率特性很宽（3-30MHz），便于将局放脉冲与噪声区别开来。但由于采用双传感器比值法比较区分信号和噪声，将无法区分电机内的某些部位的局放信号和噪声。42 国内研究情况国内在局放在线监测方面的研究起步较晚，发展也比较缓慢。特别是由于局部放电过程比较复杂，到目前理论仍很不完善，对该方面的研究带来了很大的困难。1990 年上海市将“射频监测仪”列为科技攻关项目，由上海第二工业大学和当时的上海科学技术大学同时中标。1192 年5月完成研制，10月份通过鉴定。工大的射频监测仪目前已应用于国内多台电机上科大的射频监测仪在上海电厂也有很好的应用实践。两套系统完全达到了80年代初西屋公司的产品水平。其放大器中心频率为1MHz，带宽5kHZ，装置选择性好，抗干扰性强，但由于通带过窄，获得的信息少，灵敏度低且不具备局放综合特征分析能力。清华大学研制的DJYC-1型电机局放在线监测系统利用单片机控制采样系统，采用低速采样和高速采样相结合的方法，低速采样结果用来收集放电信号的幅度和相位信息，高速采样结果用来分析放电波形的细微特征，取得了一定的效果。西安交通大学研制的电机局放在线监测系统采用宽带系统，可以测得局部放电的各种特征量，结合现代数字处理技术，在放电类型的自动识别方面作了一定的尝试。上海交通大学研制的局放在线监测系统包含了一套窄带系统和一套宽带处理系统，宽带系统采用高速长时间采样，用DSP及计算机对大量数据进行处理，提取信号的特征值存于数据库中，通过对电机的长期监测来判断电机的绝缘损坏情况。窄带系统用来作对比研究。从技术上来讲，国内研制的设备可以分为窄带系统和宽带系统。对于窄带系统来说，它只对局放后期严重的火花放电比较敏感，并且不能区分机内和机外放电信号以及进行故障分类和定位。对于宽带系统来说，带宽越宽，采集的局放信息越丰富，但对系统的要求也越高。一方面要求有较高的采样率和数字处理能力，另一方面干扰的鉴别也是关键。43 信号的传播特性及测试系统的影响（1）局放信号是高频信号，由于定子线圈带有较大的感抗，是个复杂的LCR网络，信号从局放点到达传感器会产生很大的畸变和振荡，从而严重影响测试结果。对于一般试品BG7354-87 规定了局部放电的测量和标定方法，但目前的局部放电标定方法对于大型发电机定子的放电量的标定是不合适的。IEEE 电机工程学会的一个工作小组就这一方面的问题正在起草一个导则（P1434），提醒大家注意电机定子局放测试方面结果的不同解释。（2）除了局放信号在传播中的衰减和振荡对测试结果带来严重影响外，不同的测试系统对局放信号的测试结果也影响很大。根据报道，在对一台4KV 电机的局放检测中，4 台商的宽带局放测试系统都根据ASTM-D1868 的推荐方法进行视在电荷标定，然而他们对同一局放信号的测试结果用PC（皮库）表示为60PC到1000PC，对同一台电机的测试结果相差了17倍。测试系统对测试结果的影响主要是由于不同测试系统的带宽、输入阻抗、输入传感器及传感器的安装位置造成的。基于上述原因，在分析局放在线测试结果时，还应将测试系统及测试方法放在一起来考虑。不同测试系统的测试结果以及不同电机的测试结果间可比性不大。从这点意义上讲，对于局放测试结果的解释在一段时间内的趋势变化往往更有价值。5 与传统测试方法的联系51 与传统测试方法结果比较表 2 局放在线测试和传统测试方法之间的关系表2说明了局放在线测试和传统测试方法之间的比较关系。第一列的绝缘模型说明了内部铜导体，外部的绝缘表面和绝缘体内气隙的各种型式。第二列说明了绝缘状态。第三、四、五列指出了用传统测试方法得到的期望结果。这些测试方法有：1 绝缘电阻测试；2 极化指数测试；3 泄漏电阻测试。第六列包含了由局放测试得到的期望结果传统的测试方法对于前3种绝缘模型的测试结果是基本相同，很难区分的。对于第3种绝缘模型，绝缘内部已经有分层和裂缝现象，但传统的测试会给出“合格”或“还可以”等错误结论。从而导致绝缘系统在下次安排停机测试前损坏。而宽带的在线系统能检查到绝缘内部气隙的存在，从而减少事故的发生。对于“接近击穿”的状态，局放可能使绝缘材料部分碳化从而阻止部分局放的发生，因此会观测到局放程度降低的现象。在这种情况下，传统测试方法能更为精确地反映绝缘状态，但泄漏电阻测试可能导致绝缘击穿。52 不同测试方法应注意的问题（1）对于绝缘电阻和极化指数测试，一般电压都不超过5000V。这些低直流电压下参数不能代替高电压的绝缘性能试验。（2）温度和湿度对测试结果都会带来影响。对于传统的测试方法，应将测试结果换算到同一温度下。但目前国内外资料中表明绝缘电阻与温度关系的表达式也极不统一，这给测试结果的分析带来了困难。对于在线局放测试系统，不同温度下还没有严格的换算关系，所以应尽量保持在相同外部环境下比较测试结果。（3）泄漏电阻测试有可能使绝缘系统恶化或损坏，所以要注意限制测试电压。6 数据解释及纠正策略对于局放测试来说，测试结果的解释是很关键的。我们希望从测试的数据中能得出绝缘系统缺陷的具体位置以及当前绝缘的情况。为了得到确切的结果，我们可能还需要一些其他的辅助测试及检查。61 局放测试数据解释及对策表3用来总结数据和应采取的对策。根据局放脉冲的统计特性，如相位(放电量(重复率-n-q）、放电极性-重复率(n-q+、n-q-）等图谱，可进行故障诊断，确定放电类型和程度。表 3 局放数据解释及应采取的正确处理方法(1)如果正极性的局放脉冲比较明显，表明在绝缘材料外部有潜在的问题。可能是由绝缘污染而引起了表面放电和闪络，或是绝缘和铁心之间有气隙。这类潜在的问题花费较小的代价即可修复，从而阻止绝缘继续恶化，并可能延长设备寿命。研究资料表明，高达26,以上的电气故障在某种程度上都与绝缘材料外部的缺陷有关，所以如果能在故障发生前预先监测到故障先兆，是非常有意义的。（2）如果负极性的局放脉冲比较明显，则表明铜导体与绝缘体之间有气隙。这类故障不易修复，用传统方法也较难确定。所以一旦确定这类故障，应持续监测局放发展的情况并考虑安排停机维修。（3）如果正负极性脉冲平衡，基于所介绍的理论我们知道最可能的是绝缘材料内部的气隙放电。当然在铜导体和绝缘体的接合面处放电与绝缘和铁心间放电大小程度相等的可能性也是存在的。我们可以通过趋势观测以及其他辅助试验将二者区分开。表3同时也推荐了不同局放测试结果下应采用的对策。根据推荐，当观测到首次明显的局部放电特征时，36 个月的趋势要引起重视。在可能的情况下，应安装永久的局部放电传感器以便更好地监测电机绝缘系统的状态。同时可以在线进行一些参数变动的测试，以帮助进一步识别和确定局放的类型和位置。62 电机工况变动试验为了得到确切的结果，我们可以在作停机检修前做一些辅助测试。这些试验主要包括温度变化试验、负载变化试验和湿度变化试验等，见表4。在温度变化试验中，应尽可能使电机接近满负荷，在测试期间尽可能地保持负荷稳定，同时电压也要是衡定的。随着温度的增加记录局部放电。如果正极性的放电增加，则可能与槽放电或线匝端部表面闪络有关。如果负极性的增加，则根本原因可能与铜棒半导体区域有关。在负载变化试验中，保持电压与温度的稳定，以轻载启动，并随着负载的增加记录局部放电。如果正极性的增加，则最有可能是线棒松动或是线匝端部闪络。最后，分析在线测试结果的趋势时，应记录湿度和温度。如果放强度随着湿度而变化，则原因可能是表面放电。 表 4 电机工况变动试验与局放类型的关系7 部放电的监测方法原理及应用由于制造工艺的限制，电机在运行中可以存在一定量的局部放电现象，当局部放电的幅值超过一定的限度，就会损坏电机的绝缘系统。电机的绝缘系统从发生异常的局部放电到最终的绝缘系统破坏要经过数个月，甚至一年的时间。适时监测出局部放电的异常，及时安排维修，可以延长电机的使用寿命。局部放电的监测可以分为离线监测和在线监测两大类。以前都是在离线的情况下监测局部放电，为能够准确测出各种电机的局部放电现象，需要花费很大的精力设计实验电路。20世纪50年代，国外学者开始对在线监测进行研究，并取得了一定的成果。主要的在线监测方法有以下几种。71成对耦合器监测法这种方法是在电机定子绕组上安装高压耦合电容器，每相各有一对耦合电容器，并将耦合器安装在电机各相汇流环的合适位置上，用以消除来自电机外部的干扰。假设一个来自电机外部的干扰脉冲，从某一相的接线端进入，如图1(a)所示，这时干扰脉冲将分成两路，分别沿该相的汇流环两边传送至两个耦合电容器，若汇流环两边等长，而且由这两个耦合电容器联接到电机外部的局部放电分析仪的同轴电缆线也等长，这样干扰脉冲沿该相汇流环两边通过耦合电容器和同轴电缆传送至电机外部监测点时的信号是相同的，这两路相同的脉冲信号送入局部放电分析仪前级的高速差动放大器后，其结果是输出为零，即来自电机外部的干扰脉冲将不产生输出。另一方面，发生在电机内部的局部放电脉冲，例如图1(b)中的靠近A处局部放电脉冲将使差动放大器产生非零输出，因为靠近A处的局部放电脉冲很快被A处的耦合器监测到并先送到差动放大器的正输入端，而局部放电脉冲沿汇流环要经一定时间才被另一耦合器监测到并后送到差动放大器的负输入端，于是差动放大器会有输出电压。这种监测法适用于水轮发电机，因水轮发电机相对体积大，便于耦合器安装，汇流环母线相对较长，使得有可能识别出局部放电脉冲传播时间的差别。此法是以成对耦合器上的两并联支路完全对称来消除干扰的，实际上使两支路参数完全对称是很难的，因此应尽可能减少这种不对称或采用延时线进行补偿，以提高抑制干扰的能力。72中线射频监测法该方法是通过高频电流传感器、罗科夫斯基线圈或RC阻容高通滤波器来监测电机中性点上电弧的高频信号，以发现定子线圈内部放电现象(图2)。目前已在多台发电机和大型高速电机上采用，取得了较好的效果。由于大型电机运行时具有相当强的背景噪声，而且其励磁绕组滑环上、轴承接地电刷或电机高压母线上也会产生电弧，通过电磁干扰产生假局部放电信号。所以必须采用较高精度的消除或抑制干扰信号的技术。这种监测法的优点是中性线对地电位低，传感器制作与安装相对容易；缺点是对信号处理技术要求较高。必须采用较高精度的消除或抑制干扰信号的技术和局部放电信号识别方法H1。73定子槽耦合器监测法不同的电机有不同种类的噪声干扰。有些来自电机外部，有些则来自内部。为了能使大型汽轮发电机有效地检测到局部放电脉冲，Stone GC等人提出了在定子槽内安装耦合器的办法。这种定子槽耦合器（SSC)是一种用于检测局部放电信号的“天线”，它装在靠近相端的定子槽的槽楔下面，如图3所示。每个SSC大约是50 cm长、17 mm厚，与定子槽等宽，其材料为环氧玻璃层压薄板。薄板的上平面固定一根检测线，其两端各接有一根输出同轴电缆；薄板的下平面为接地面。定子槽耦合器在频率从101 000 MHz范围内有相当好的频率响应，因此它能检测出沿定子槽的任何高频信号的真实脉冲波形，每台电机通常装6个SSC。定子槽耦合器的重要特点是对局部放电和电噪声能产生不同的脉冲响应。理论研究与实际测量表明，定子绕组产生的局部放电脉冲宽度明显小于噪声脉冲的宽度，这是因为噪声经绕组传播时定子绕组起自然滤波作用的结果。脉冲宽度的差别很容易把定子局部放电和所有的噪声区别开来。大约150台发电机与重要的电动机(如核反应堆的冷却泵用电机)已经装有这种SSC。这种方法适用于大型汽轮发电机的监测，其优是便于把局部放电和所有噪声区别开来；但此法要求在电机内部槽楔下面埋设特制的SSC，故在耦合器的制作与埋设上所付代价较大。74引出线上耦合器监测法这种方法是把每相两个耦合器(每台电机装6个耦合器)安装在电机接线端与电源引线上，如图4所示，靠近电机的耦合器记为N，远离电机的耦合器记为F。这种耦合器一般采用高压耦合电容器(80pF，15 kV)，两个耦合器之间至少相距2 m。而在电机监测中，有时是采用高频电流互感器。由图4可以看出，当定子绕组产生局部放电脉冲时，耦合器N先检测到局部放电信号，经过一定延时后，耦合器F才检测到局部放电信号；反之，来自电机外部的噪声，则耦合器F比耦合器N先检测到。因此，根据装于同一相上的哪一个耦合器先检测到脉冲信号，就能区别是定子的局部放电还是外部噪声。这种方法已应用于大约500台电机上。在实际应用中耦合器N通常装在电机的出线端的接线盒内，耦合器F则装在开关柜内或TV箱内。而对于高压电动机耦合器F有时就不装了，即每相只装一个耦合器N于出线端盒内，因为多数电动机与开关柜之间的电缆线很长，长电缆线对电机外部噪声起到了滤波的作用。当然，如果外部噪声太强，对监测还是有影响。这种监测方法适用于高压电动机、水轮发电机、同步调相机和容量较小的汽轮发电机，也就是说适用于那些噪声源于外部的高压电机。此法优点是耦合器不用安装在电机内部，局部放电信号与外部噪声信号便于区别；缺点是不便识别源于电机内部的噪声，因此不适用于大型汽轮发电机的监测。75 局放在线测试应注意的问题局部放电监测是一种有效的预防性在线维护测试。在线测试的优点是允许在正常生产时进行设备分析和诊断，根据测试结果可有计划地安排、实施正确的纠正方案，从而减少无计划的停机。但也应注意到：（1）许多在线局放检测手段只适于接近传感器的一小部分电机绕组。（2）不同的测试手段将会产生不同的结果，绝对的局放判断界限是很难确立的。（3）许多局放测试在本质上是相联系的，测试条件对测试结果的影响也很复杂。为了直接比较分析，应确保每次测试都在相近的条件下进行。（4）不能期望局部放电检测可以监测电机绝缘系统所有可能发生的问题。对发电机绝缘系统进行评估时应分析发电机的运行和现场环境状况，并结合有效的传统测试手段进行综合诊断。8 电机局部放电诊断实例分析81. 电机离线时局部放电测量􀁺 测量系统由施加试验电压和高频电压检测两部分组成（见下页图）。􀁺 外施电压部分：与交流工频耐压试验相同􀁺 高频电压检测部分：局部放电信号：由高频耦合电容器上拾取测量仪表：局部放电电量仪，测量和记录局部放电电荷量Qmax。T1调压器； T2试验变压