发电机局放监测技术方案（中性点传感器） - 图文

便携式发电机局部放电监测系统

技术方案

西邮电信 2011 年 3 月

便携式发电机局部放电监测系统方案

目录

1. 项目意义 ...................................................................................................................................... 2 2. 国内外发展状况 .......................................................................................................................... 2 3. 系统功能指标 .............................................................................................................................. 3 4. 系统特点 ...................................................................................................................................... 4 5. 系统结构原理 .............................................................................................................................. 5

5.1系统硬件 ............................................................................................................................. 5 5.2 系统软件 ............................................................................................................................ 8 5.2.1 采集软件 ....................................................................................................................... 9 5.2.2 数据库软件 ................................................................................................................. 10 5.2.3 分析软件 ..................................................................................................................... 11 6. 技术服务 ................................................................................................... 错误！未定义书签。 7. 具备条件 .................................................................................................... 错误！未定义书签。

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便携式发电机局部放电监测系统方案

1. 项目意义

随着电力设备电压等级的提高和容量的增大，迫切要求对发电厂及电网中的大、中型电力设备的绝缘状态进行在线监测及诊断。从而及时捕捉事故的先兆信息，排除故障，以保证电网的安全保质运行。

同时，电力系统的体制改革，要求提高自身的竞争能力。为此，由“计划维修”过渡到“状态维修”成为改革的重要目标。而状态监测，及时、准确的测到有关状态的特征参数，是“状态维修”的基础。因此，状态监测、诊断，将为经济、有效地管理电网运行创造前提条件。

发电机是发电厂的核心设备，局部放电（以下简称ＰＤ）是高压电力设备发生故障的最敏感的先兆信息。因此，带电、在线监测大、中型电力设备的ＰＤ必然成为当前人们最为关注的课题之一。

2. 国内外发展状况

发电机局部放电在线监测，早在50年代美国Westing house公司的Johnson等人就研制出一种定子放电检测器,是从中性线用电阻获取放电信号，经滤波器由示波器显示。70年代emery等人提出了改进，用罗柯夫斯基线圈在中性线获取放电信号，测量频率提高到20K～50MHZ，用窄带滤波器来抗干扰。

80年代以来，人们认识到用超高频（上100MHZ）技术在线监测PD,有很好的抗干扰效果。一方面，超高频的干扰衰减很快，较远的干扰源不论从空间还是从导线传播到测量点，干扰已变小很多；另一方面，超高频带能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前提条件。于是，Ｋｕｔｔｚ、G.c.stone等人提出用高压耦合电容在发电机的中性点、和母线处分别采集放电信号，测量频带上限提高到100M～300MHZ。采用两传感器耦合信号,通过软件进行鉴别，来剔除干扰。

对于汽轮发电机，由于机内噪声大，高压端出口处难以安装高压耦合电容器，故改用SSC耦合方法。即用扁形导体作为天线，预先埋入定子槽中，接收超高频放电信号；有的就利用埋在定子中测温度的导线作为天线，来拾取放电信号。这类方

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法已取得较好的效果。

在北美发电机的局部放电在线监测已进入工业实用，IEEE于2000年提出了有关试用标准。国内发电机局部放电在线监测起步较晚，90年代出现类似Westing house公司的产品。之后,又有几所大学和研究所在研究开发，都采用中性点取样方式。在抗干扰方法上，添加了数字滤波和差动平衡等。本公司的中性点取样方式监测局放，率先进入成熟实用阶段，在多个监测现场取得了很好的效果。

表2－1 目前国内外产品主要结构特点比较

监测点 传感器 云母电容传感器对 单一云母电容器 频罗高夫斯基局放传感器 频带范围 特点 加拿大IRIS 瑞士 PD Tech 三相高压出线 三相高压出线端 40MHz～160MHz 0.3MHz39MHz ～时延鉴别 频带选择噪声处理 幅值鉴别 0.4～100MHz 脉冲特征分析 硬件电路加软件程序 实现方法 硬件电路 抗干扰 抗干扰 硬件电路为主 本系统 中性点 表2－2 国内外类同产品抗干扰措施及功能比较表

差动 平衡 瑞士PD Tech 加拿大IRIS 本系统 时延 鉴别 √ 脉冲 分析 √ 数字 滤波 √ √ √ 相位 开窗 √ √ 动态阈值 √ √ 极性分析 √ √ √ 统计 谱图 √ √ 趋势 分析 √ √ 本系统在国内首先采用甚高频测试技术，从发电机中性点捕获局部放电信号，通过单传感器耦合信号，加上其它的抗干扰技术，如脉冲特征分析、数字滤波、开相位窗口、设置动态阈值、横向对比分析、纵向对比分析等，使测得数据可靠。

3. 系统功能指标

? 测量信号幅值范围：2mv～5v；测量频带：5M～100MHZ；脉冲时间分辨率：10 μs；相位分辨率0.18°。

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? 显示二维（q－φ，N－φ，logN－q）、三维（N－q－φ）放电谱图、工频周期放电图、存储每次测得的Qm、NQN，显示选定期间内的放电发展趋势图、提供报表和设定报警，查询历史故障。

? 采用单传感器耦合、脉冲特征分析、数字滤波、开相位窗口、设置动态阈值、横向对比分析、纵向对比分析等综合方法抑制干扰。

? 可监测多台发电机，巡检人员可进行巡回监测；记录、显示测量结果。

4. 系统特点

本系统的主要特点是抗干扰效果显著，功能强大灵活，运行可靠方便。 ? 抗干扰技术的创新。监测发电机PD最关键的技术是抗干扰，特别困难的是抑

制随机性脉冲型的干扰，它类似放电脉冲，很难分离。其要点是：1.测试系统要有合适的响应能力；2.要有合适的传感器及安装在合适的位置；3.要用软件来识别。此外，再综合采用脉冲特征分析，将不同放电机干扰脉冲按其自身固有规律进行聚类分析，进而有效识别出各种不同信号的幅值大小，有效识别出放电信号；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的干扰；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，使测得的数据可靠。

? 运行可靠方便。系统传感器采用可开合式罗高夫斯基线圈传感器，非接触式套

在中性点接地线上，与发电机系统没有任何电气连接，比起安装母线传感器方式，更加安全可靠。系统设计中对设备的安全稳定运行采取了有效措施，选用优质模块，采用各种保护措施，留有很大的安全裕度。

? 便于扩展。根据凌津滩水电站现场勘察情况和客户需求，首先对一号机组进行

在线监测。采用便携式发电机局部放电监测系统，如果需要扩展到其它机组的在线监测，只需在二至九号机组的中性接地点上，各安装一只可开合式罗高夫斯基线圈传感器，将信号引到端子箱即可。使用一套便携式发电机局部放电监测系统，只需增加八只传感器的成本，即可实现九个机组的局部放电巡检。 ? 新一代的PD测试装置。虚拟仪器（VI）是标志着新一代的测试仪器。本系统

采用VI 系统的构成方式，即PC-DAQ系统。在硬件平台（仪器模块+计算机）确立后，可以由软件（而不是仪器面板操作）来实现各种功能。由此，可以方

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便地实现PD各基本参数和各统计参数的测量计算，以及各类数据的分析处理，而且还便于扩展其他功能和巡回测量多台设备。

5. 系统结构原理

系统的总体结构图如图1所示：

发电机中性点传感器ABC发电机数字I/O取样单元信号调理模块控制信号采集卡便携式计算机电源外接电源控制供电模块触发模块

图1 系统总体结构框图

从图1中可以看出，发电机局部放电监测系统由以下硬件部分组成： ? ? ?

传感器

高速数据采集及调理单元 便携式计算机

软件部分：采集软件，数据库软件，计算分析软件。

5.1系统硬件

硬件电路主要是要实现信号的实时采集，获取有效的局部放电信息，使整个系统稳定可靠工作。硬件部分按照其功能共分为以下几个模块：传感器，端子箱、高速数据采集及调理单元、便携式计算机。

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固定安装部分便携式部分1#发电机传感器同轴电缆1#端子箱高速数据采集及调理单元便携式计算机2#发电机传感器同轴电缆2#端子箱9#发电机传感器同轴电缆9#端子箱??

图2 发电机局部放电监测系统硬件结构示意图

硬件电路主要是要实现信号的实时采集，获取有效的局部放电信息，使整个系统稳定，可靠地工作。硬件部分按照其功能共分为一下几个模块：传感器，高速数据采集及调理单元，便携式计算机。

1）传感器

在发电机的中性点处，安装一只高频罗高夫斯基局放传感器，耦合从发电机内部传出来的高频局部放电信号，同时隔离工频高压。高频罗高夫斯基局放传感器采用钳形开口方式套接于发电机中性点上，耦合中性点上流动的高频脉冲电流信号，此信号即局部放电的脉冲信号，将其输入高频数据采集单元，进行信号采集。高频罗高夫斯基局放传感器采用高频罗高夫斯线圈原理制成，要求有足够灵敏度和适当的频率响应。

该中性点高频局放传感器采用钳式结构设计，铝制材料，外表采用氧化工艺处理，接口是防水接头。安装时可将传感器自连接处分开，如图3所示。

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传感器外壳 链接锁扣 信号接口 图3 中性点高频局放电流传感器

2）高速采集及调理单元

该单元由辅助电路及高速数据采集模块组成。

图4高速采集及调理单元

辅助电路：用于提取放电相位信息，测量系统自检及电源控制。对于局部放电信息，除了幅度大小之外，放电发生时刻对应的工频电压的相位也是重要信息。这信息是从PT（互感器）上提取工频电压，经隔离、分压，变换为过零脉冲，输送到FPGA采集模块，作为采集放电信号的触发信号。

信号调理电路：包括高频转换开关，滤波电路，放大电路，衰减电路，以便对信号进行的处理。

自检电路：是为了检查测量系统是否能正常工作。将机内产生的尖脉冲信号接

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入监测系统的输入端，用来代替局部放电信号。若系统反映正常，就可以投入正式测量。

高速数据采集模块：采用基于以太网数据传输的100MPS高速数据采集模块来实现模拟信号的采集。系统将信号调理集成于一体，包括高频转换开关，滤波电路，放大电路。

FPGA采集模块主要参数如下：

? 两路12位的模拟输入通道 ? 两路同步，单端接地方式 ? 100MHz的模拟输入带宽可选 ? 100MS/s单次采样率 ? 每通道4MB的采样深度 ? 50Ω和1MΩ可选的输入阻抗

6）便携式计算机

配置：2.4G 双核I350CPU/320G硬盘/2G内存或以上。

5.2 系统软件

系统软件实现：对局部放电信号的数据采集，局放数据的分析、处理及存贮，对局部放电的谱图显示，对历史局放状况的查询等功能。本软件力图实现局部放电测量过程的可视化，简化工作人员操作，用户也可以通过手动操作，实现查询、分析等更多功能。

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便携式计算机数据分析计算计算NQN数据保存三维谱图工频周期图结果显示数据采集脉冲特征分析数据处理阀值计算数字滤波开窗技术 Qm值值计算平均放电量等Q-N图Q-φ图N-φ图趋势图图5软件总体结构框图

5.2.1 采集软件

本局部放电监测控制软件是采用LabVIEW图形编辑软件编制而成。该软件在编写控制面板方面具有强大的功能。

软件主要功能如下：

◇ 对多组发电机局部放电信号的数据采集；

◇ 对局放信号进行滤波（FIR或IIR），脉冲特征分析，相位开窗，设置阈值等抗干扰功能；

◇ 参数设置：如采集速率、采集通道的选择及程控放大倍数的选取等； ◇ 采集程序分自动和手动，可由用户设置。

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图6 采集软件界面

5.2.2 数据库软件

由Microsoft SQL Server 构建的局放数据数据库，可以方便实现数据服务器/客户结构，及升级为数据网络传输。该模块将局放采集信号，诊断及查询的模块联结在一起，对一般用户隐藏，只有拥有高级管理权限的用户可以对其进行数据操作。数据库中存储三部分数据：

◇ 存贮实时局放数据及预处理数据，此数据可生成各种局放的谱图； ◇ 存贮每次测量的脉冲特征分析数据结果；

◇ 存贮历史局放数据信息及典型局放模式数据信息，根据此数据可以生成局放趋势图，并且实现对历史局放相关参数的查询；

◇ 存贮局放数据，实现对局放警戒值或者出现事故的相关历史数据追踪显示，查询。

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图7 放电趋势界面图

5.2.3 分析软件

分析软件模块具有友好的界面。其主要功能如下所示：

◇ 测量系统可以检测放电幅值（Qm），相位，次数，极性，放电总量（NQN）等参数；

◇ 显示每次测量的脉冲特征图；

◇ 显示二维（q－φ，N－φ，logN－q）、三维（N－q－φ）放电谱图、工频周期放电图；

◇ 由局部放电引起的故障预警，报警；

◇ 选定区间放电趋势图及查询历史局部放电数据。

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统计谱图分析

该谱图分析功能实现显示二维（q－φ，N－φ，logN－q）、三维（N－q－φ）放电谱图、工频周期放电图。

图8 统计谱图分析界面

脉冲特征参数图

此二维图，二维坐标轴分别为：特征频率、脉冲持续时间，即此图根据每个放电脉冲的这两个系数，将当下测量的所有脉冲显示在此二维坐标面上。通过此图，可方便的分辨出不同的放电，每类放电会分别集中在一定区域。

图9 局部放电椭圆图

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局放多周期三维图

此三维图为三维坐标轴分别为：幅度、相位、特征系数，即此图根据每个放电脉冲的这三个系数，将脉冲分别投影在三个坐标面上，便于观察每个脉冲的特征。

图10局部放电多周期三维图

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/all3.html