基于80pF电容耦合器的发电机定子局部放电在线监测技术研究及其应用
基于空间电容耦合原理的局部放电检测方法及其传感器研究

基于空间电容耦合原理的局部放电检测方法及其传感器研究周秀;吴旭涛;汲胜昌;周童浩;罗艳;李秀广;田天;何宁辉
【期刊名称】《高压电器》
【年(卷),期】2022(58)4
【摘要】针对局部放电在线监测中存在的问题,文中基于空间电容耦合原理研制了一种新型局部放电传感器。
其分为工频电压波形传感器和局部放电传感器两部分。
两者集成在同一块印刷电路板上,使用时无需接地或与被测物体接触,只需将传感器对准被测物体的高压引出线,即可同时对工频电压和局部放电信号进行检测。
基于针—板电极模型搭建了局部试验平台,试验结果表明:文中研制的工频传感器可准确获取工频波形及相位信息;对于局部放电信号,文中研制的局放传感器与无感电阻测得的波形基本一致,可以对放电信号的极性进行判别,且两者的峰峰值具有较强的线性关系;此外,其相对于HFCT具有更高的灵敏度和分辨能力,尤其对于短时间内的重复放电信号,即使无感电阻测得的波形具有较大重叠,文中研制的传感器也可准确分辨,对于放电脉冲重复率的测量具有重要意义。
【总页数】7页(P63-69)
【作者】周秀;吴旭涛;汲胜昌;周童浩;罗艳;李秀广;田天;何宁辉
【作者单位】国网宁夏电力有限公司电力科学研究院;西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】R28
【相关文献】
1.基于双电容耦合的发电机局部放电离线式测量新方法
2.基于电容传感器法的电缆接头局部放电在线检测
3.固体介质声耦合光纤法珀传感器局部放电检测方法
4.基于SLO实时分解的电力电容器局部放电信号检测方法研究
5.基于双电容串联模型的TEV传感器在电缆终端局部放电检测中的研究
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高压电机局部放电在线监测方法

高压电机局部放电在线监测方法【摘要】局部放电在线监测是诊断高压电机定子绕组绝缘故障的有效方法之一。
文中概述了国外高压电机局部放电在线监测的几种方法:基于汇流环上成对耦合电容器的监测法,基于中线射频监测法,基于电机引出线上耦合器的监测法,基于定子槽耦合器的监测法,基于埋置在定子槽里的电阻式测温元件导线的监测法等。
其中主要介绍耦合器或传感器的设置、噪声抑制方法以及它们的应用情况。
【关键词】局部放电,在线监测,高压电机1前言定子绕组绝缘故障是高压旋转电机的主要故障之一。
为了提高运行可靠性,应当加强对电机定子绝缘运行状态进行监测。
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。
2局部放电监测的几种方法2.1基于汇流环上成对耦合电容器监测法国外在70年代就已开发了高压电机绝缘在线监测装置。
如Kurtz M.等开发了适合水轮发电机使用的局部放电分析仪(PDA)[1],并已成功地应用于北美的140多台机组的局放监测试验上[2],取得了重大经济效益。
它的局放信号是通过安装在发电机定子绕组上的高压耦合电容器(其额定值为80pF,30kV)获取的,每相各有一对耦合电容器,并将耦合器安装在各相汇流环(过桥线)的合适位置上,以便消除来自电机外部的干扰。
假设一个来自电力系统的干扰脉冲,从某一相的端接线端进入,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供PDA分析仪监测用的固定测点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测点时的信号是相同的,这两路相同的脉冲信号送入PDA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,如图1(a)所示。
基于电容耦合法的高压开关柜局放智能监测装置的研制

基于电容耦合法的高压开关柜局放智能监测装置的研制1. 引言1.1 研究背景高压开关柜是电力系统中重要的设备之一,其局放故障是导致设备损坏和电力系统事故的主要原因之一。
传统的局放监测方法存在监测频率低、监测精度不高、无法实时监测等问题,为了解决这些问题,本研究基于电容耦合法开发了一种高压开关柜局放智能监测装置。
电容耦合法是一种有效的非接触式检测方法,通过测量高压设备发射的电磁波信号来实现局放故障的监测。
本研究旨在提高局放监测的精度和实时性,减少设备损坏和事故发生的风险。
本文将详细介绍电容耦合法的原理及应用,高压开关柜局放监测技术的现状,装置的设计与实现过程,监测装置的测试及性能评估结果,以及一些实际应用案例。
通过本研究,可以为电力系统的安全运行提供可靠的技术支持,为未来的研究和应用提供参考。
1.2 研究意义高压开关柜是电力系统中重要的设备之一,其工作稳定性直接关系到电力系统的正常运行和安全运行。
局放是高压开关柜中常见的故障形式之一,如果未能及时发现和处理,可能造成设备损坏、事故发生。
因此,开发一种高效的局放监测装置对于提高电力系统的安全性和稳定性具有重要意义。
目前基于电容耦合法的高压开关柜局放智能监测装置的研制,可以有效实现对局放故障的智能监测和预警,提高了开关柜的故障诊断能力和及时处理效率。
此项研究的意义不仅在于为电力系统的安全运行提供了强有力的支持,同时也推动了局放监测技术的发展,并在一定程度上提高了电力设备的可靠性和安全性。
因此,本研究具有重要的理论和实际意义。
1.3 研究目的引言本研究旨在针对高压开关柜局放智能监测装置的研制,明确研究目的如下:1. 研究电容耦合法在高压设备局放监测中的原理及应用,探索其在实际工程中的可行性和有效性;2. 开发一种高压开关柜局放监测技术,结合电容耦合法与智能监测技术,实现对局放故障的实时监测和预警;3. 设计并实现一款高压开关柜局放智能监测装置,包括硬件设计、软件开发以及数据分析处理,确保其稳定可靠,并满足各类高压设备的监测需求;4. 对研制的监测装置进行测试及性能评估,验证其监测精度和可靠性,为实际工程应用提供依据;5. 结合实际案例,探讨监测装置在高压开关柜局放监测中的应用效果,为相关领域的工程实践提供参考和指导。
高压开关柜局部放电在线监测装置的设计

高压开关柜局部放电在线监测装置的设计摘要:本文从信号耦合器、仪表软件系统、仪表硬件系统等方面着手探讨高压开关柜局部放电在线监测装置的设计,提高系统检测灵敏度和抗干扰能力,确保高压开关柜局部放电定量检测的需求得到满足。
关键词:高压开关柜;局部放电;在线监测装置;设计高压开关柜属于相当重要的输配电设备,其运行的安全性对供电系统的可靠性造成较大的影响。
近年来电网规模不断扩大,开关柜故障问题并不少见,给企业造成较大的损伤。
因此,设计人员要想确保开关柜稳定运行,很有必要探讨有效的设计对策。
1高压开关柜局部放电在线监测装置的设计对于高压开关柜的局部放电设计,在线监测系统主要构成部分为监测仪表和信号耦合器。
其不同于传统的脉冲电流法监测,其最大的区别在于在柜体的内部固定安装了耦合电容C k和检测阻抗Z d等信号耦合器,柜体同行运行且存在局部放电的问题,耦合器掌握了实时传递放信号方面的特点[1]。
系统设计耦合器输出端时常用的传输模式为同轴线缆传输,处理了3路模拟信号和检测仪表之后,给出了局放报警、基本参量的显示等信息,便于现场运维人员对设备绝缘的状态进行及时了解。
1.1信号耦合器高压开关柜局部放电传感装置设计的主要构成部分有几个:一是过压保护模块。
系统运行的过程中容易受到天气影响,增加了雷击设备的发生率[2]。
不同于传统的压敏电阻、亚敏电阻保护、气体放电管保护等,二者串联后的结电容更小,可以有效降低传感装置灵敏度的影响。
虽然串联间隙的击穿电压有着不同操作波形下的离散形,可能出现降低保护的可靠性或无效保护的问题,但是这个过程中同样可以确保气体放电管可以发挥开关开合的作用。
若没有暂态过压作用,就会导致亚敏电阻和整个系统完全被隔离,不仅没有泄露电流,而且还能对亚敏电阻性能恶化起到有效的减缓作用。
二是阻抗模板检测。
一般来说,局放测量的检测阻抗类型一共有两类,即RC型和RLC型。
统计某个单位时间内的局放脉冲数的过程中,需要进行统计且要求分析脉冲波形时,常用不会引发振荡的RC型检测阻抗;受到反干扰要求,且测量仪表的放大电路前端有调谐滤波器和带通滤波器时,可以选择RLC型检测阻抗。
基于虚拟仪器技术的发电机局部放电在线监测系统

般采 用 差动 放 大 电路 来实 现 , 期 主要 使 用 软 件 时 单元等几部分。 后
收 稿 日期 :07— 7—1 20 0 8
作者简介 : 喇元(90 , , 1 一)男 青海西宁人, 8 广东 电网公司电力科学研究院助理工程师 , 工学硕士 , 从事发电机等高压设备方面的研究工作 。
基 于虚 拟 仪器 技 术 的发 电机局 部放 电在 线 监 测 系统
On l e d tcig s se frp rilss h r e i e e ao a e n vru li sr me t —i ee t y tm o ata ic a g n g n rtrb s d o ita n tu n n n
是 该方 法 的改进 , 用 不 接触 式 高频 电流 互感 器 在 字 滤波 、 采 动态 阈值等方 法来进 行抗 干 扰处 理 , 效果 较
中性 点处耦 合放 电信 号 )通 过程 序 处 理 ( , 主要 是频 明显 。该 系统 的结 构框 图如 图 1 所示 。 谱分 析 ) 来抑 制干扰 。
图 3所 刁 。
经数字 滤波 滤 除周 期 性 干扰 , 态 阈值 滤 除 动 背景 噪音 之后 , 干扰程 序首先 找到近端 ( 抗 靠近 发
电机) 有脉冲信号 U 远端有对应 的脉冲 2若 , U >K 2 】 U 认为是来 自 电机的放电信号。而有 发
TGA-B 定期局部放电监测仪(电动机和汽轮发电机)

T U R B I N E G E N E R A T O R S& M O T O R S电动机和发电机定子绕组故障占它们所有故障的40%。
这些故障是导致停电或停产的主要原因之一,其代价是昂贵的。
由加拿大安大略省电力局和加拿大电力协会开发的这项成熟的技术,在线局部放电监测技术,有助于把定子绕组绝缘的不可预见故障的风险减少到最小。
如今,世界各地的电厂人员都发现,应用永久性安装的耦合器和便携式局放仪进行局放监测的这种方法不仅非常可靠而且易于操作。
在过去的十年间,用户已经对数以千计的电动机和发电机作过了在线局放监测,并发表了几十篇应用TGA测试的研究报告, 他们概括了以下优点:• 能够识别定子绕组绝缘产生问题的根源并在早期修复。
• 能够提高汽轮发电机和电动机的可利用率,并且有助于延长它们的定子绕组的可使用寿命。
• 如果监测仪给出的结果显示电机状况良好,可以延长两次停机检查之间的时间。
• 避免绝大多数绕组在运行中的突发性故障。
监测局部放电发生在恶化了的高压定子绕组绝缘系统中的局部放电会在定子绕组中产生小电压脉冲。
这些小电压脉冲的幅值和数量取决于绝缘恶化的程度。
也就是说,局部放电脉冲的幅值越大,数量越多,绝缘恶化的程度也就越大。
局部放电信号常常混杂在来自电晕和输出母线上的电弧等电子噪声信号里。
便携式TGA-BTM局放仪可以将它们分离出来,便于分析。
在线局部放电监测已经在世界范围内被工业界广泛接受局部放电监测在世界范围内已经赢得了所有大中型发电企业的广泛接受。
这主要是因为: • 已经在数以千计的电动机和发电机上作过这种监测,并且证明它对判断电机是否需要维修是有效的。
• 监测仪器的成本相对较低。
• 监测是在发电机或电动机正常运行的状态下完成的,无需停机。
• 电厂员工经过简单的培训即可完成这种监测。
应用在线局部放电监测来计划预知维修T U R B I N E G E N E R AT O R S & M OTGA-B TM局放监测仪电动机和汽轮发电机局部放电的在线定期监测来自用户的观点:“由于维修费和时间的限制,电厂的维修人员不可能维修所有被怀疑有问题的电动机。
汽轮发电机局部放电持续在线监测装置_BusTrac

POWERBusTrac™Continuous On-Line Partial Discharge Monitoring for T urbine Generators局放监测仪B u s T r a c ™汽轮发电机局部放电持续在线监测装置动与连续局放测量的经济型仪器,它也能用于开关定子绕组持续在线局部放电监测:应用:BusTrac 是为电动机和汽轮发电机定子绕组提供自设备的监测,尽管电动机和汽轮发电机有着可靠性所采集数据进行细节检查。
该仪器使用了与TGA BusTrac 是Iris 多年开发在线局部放电测量系统经验的成果,这些测试系统应用于水力发电机,高压电动机与汽轮发电机。
与老一代产品一样,BusTrac 具有独特的设计,可以克服在大部分发电厂中都存在的典型的电干扰。
这确保了可靠性与测试结果的再现性,并避免出现错误指示。
电厂的专业维护人员在接受我们富有经验的技术人员为之提供的 2 天的训练课程之后,就能自如地解读测试数据了。
由于该仪器与前几代TGA 技术的产品完全兼容,维护人员可以使用同类电机之前已经安装耦合器的电厂只要把该仪器连接到现装。
这并不需要发电机停机运行,而且安装只限于为监视器提供电源,设置警报输出选项以及与本地 BusTrac 技术的新用户必须在机组停机或开关设备停运时先永久性地安装 80pF 电容耦合器。
BusTrac 提供了一个终端箱,其中包括一个允许连续监控多达6对耦合器的多路转接器。
该仪器可以设置运行于2 种模式:1. BusTrac可以通过面板上按键来触发,或通过远程计算机来触发。
该计算机安装和运行 TracCon 软件,用来对BusTrac进行整定和通讯。
测试结果可以利用我们的PDView 和AdvanceView 显示并进行趋势分析。
2. BusTrac每小时连续收集几次数据,并把最大局放值(Qmax )和局放量 (NQN)结果存档,这些结果对于趋势分析和与相似的电机比较是很重要的。
离线与在线局部放电试验的比较分析

离线与在线局部放电试验的比较分析前言局部放电试验是检验绝缘性能重要试验,在线局部放电试验和离线局部放电试验已成为无损检验绝缘质量重要手段;耐电压试验是应用最广泛绝缘质量诊断试验,应实现两项试验标准化测量。
1、局部放电试验概述局部放电试验分为在线和离线试验,经过近几十年的发展,局部放电试验已经在大型发电机定子绕组及线棒绝缘质量诊断中得到了非常广泛的应用。
在上个世纪90年代之前,大多使用绝缘耐久性试验如电老化和电热老化试验来预测寿命,现在,通常使用在线局部放电试验来监测电机在实际运行过程中绝缘的质量。
离线局部放电试验是检验绕组及线棒绝缘的重要手段,近年来得到了重视,许多项目都要求进行单支线圈或者整机绕组的局部放电试验。
电气脉冲电流法是重要的局部放电电气测量方法,测试指标为“视在放电量测量”,以pC为单位进行测试,由于试验程序中采用“校准程序”,可以针对线圈及绕组的局部放电量值进行直接比较,在世界范围内得到广泛应用。
除了脉冲电流法之外,无线电干扰电压法(RIV)也得到了应用,目前国际上已经制定了大型发电机定子线棒及绕组的离线局部放电测试方法和相应的标准,大型发电机定子线棒及绕组的在线局部放电测试方法和相应的标准,我国也制定了相应的离线局部放电试验标准。
2、离线局部放电试验与在线局部放电试验的比较分析离线局部放电试验通常针对单支线棒或者单相绕组进行试验,而在线试验是对整机绕组进行试验;离线局部放电试验的试验电压可以设定的较高,如1.2UN (额定线电压),也可以在其它电压如额定相电压或者0.2UN下进行试验,而在线试验只能在运行状态下的额定电压下进行试验;离线局部放电试验需要外接高压源,而在线局部放电试验不需要外接高压源;离线局部放电试验测量的频率范围较宽,而在线局部昂点的测量范围较窄,二者结合应用可以有效检测绝缘的质量。
3、特征分析3.1高压源。
工频试验变压器是进行局部放电试验的关键设备,到目前为止,高压试验变压器已经得到了广泛的发展,为消除波形畸变的影响,可以使用接触式调压方式替换原有的移圈感应调压方式,局部放电试验所使用的试验变压器应是无局部放电的,即在额定电压下试验变压器的背景噪声要很小(通常不超过10pC)。
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中性点接地变压器 高频电池传感器 发电机 变压器
隙 中介 质 被 电离 ,从 而 产 生 电 流 ,造 成 局 部 导 通 。
发 电机 定子线 棒 绝缘 耐 压等 级是 按其 工 况 电压等 级设计的 ,在正常运行时 ,其绝 缘性能均能承受其工 况 电 压 。但 由 于 设 计 、制 造 工 艺 及 安 装 调 试 等 原 因 ,发 电
部 放 电 有 效 地 掌 握 发 电机 定 子 的 绝 缘 状 况 l。
频 率 特 性 很 宽 (3~30M Hz),便 于 区 分 局 部 放 电 脉 冲
1 发 电机局 部放 电在线监测方法
与噪声脉冲 】。测温元件监测法 的优点是利用 埋置于线 槽的测温元件 导线作为局部放 电监测传 感器 .而不用安
嘉 留‘总第。嘲
水 电0抽 水 蔷茵蕞
Hydropower and Pumped Storage
Vol 4 No 3(Ser.19 June,20.2018
基于 80pF电容耦合器的发 电机定子 局部放 电在线监测技术研究及其应用
杨 东 ’,熊婧江
(1.国 电大渡 河 大 岗山水 电开发 有 限公 司,四川省雅 安 市 625000; 2.国 电大渡河 流域梯 级 电站 集控 中心 ,四川省 成都 市 610094)
关键词 :发 电机;局部放电;在线监测 中图分类号 :TM622 文献标识码 :A 学科代码 :470.4024 DOI:10.3969/j.issn.2096—093X.2018.03.021
0 引言
或 RC阻容高通滤波 器从发 电机定子绕组 中J眭点上采 集 高频放 电信号 ,如 图 1所示 。射频监 测法广泛应用于 发
局 部 放 电 是 绝 缘 介 质 在 足 够 强 的 电 场 作 用 下 局 部 电 机 和 大 型 高 速 交 流 电 动机 ㈦。
范 围 内发 生 的 放 电 。局 部 放 电 产 生 的 条 件 一 是 电压 ,二 是 有 间 隙 。 当 间 隙 中 的 电 场 强 度 达 到 电 击 穿 强 度 时 ,间
在 长 期 的 电 压 或 瞬 时 高 电 压 的作 用 下 ,这 些 存 在瑕 疵 的 但 是其采集的信号 灵敏 度低 ,局部放 电信号从故 障源 传
部 位 就 可 能 产生 局 部 放 电 。
输 到 中 J『生点 传 感 器 时 已 经 有 很 大 的衰 减 和 变 形 ,数 据 可
发 电机 定 子 线 棒 局 部 放 电 的 时 间短 ,能 量 小 ,但 危 靠 性和 监 测 准 确 度 低 。
近 年 来 ,局 部 放 电在 线 监 测 技 术 取 得 了长 足 进 步 , 装 额 外 的 元 件 。测 温 元 件 监 测 法 在 定 子 绕 组 某 些 部 位 的
并 得 到 了实 际应 用 ,主 要 的 监 测 方 法 有 :
局 部 放 电 与 噪 声 脉 冲 难 以 区分 ,存 在 监 测 盲 区 。
害 性 很 大 。 发 电机 定 子 绝 缘 受 如 电气 、温 度 、机 械 等 多
1_2 测 温 元件 监测 法
种 因素 影 响 ,这 些 因素 都 和 局部 放 电有 密 切 关 系 。鉴 于
测温 元件 监测法 是把 埋 置在 定子 线 槽 里的 测温 元
发 电 机 在 电 网 中 的 重 要 作 用 ,需 要 通 过 在 线 实 时 监 测 局 件导线作为局部 放 电监测传 感器 ,这种局部 放电传感器
断路器 、开关或 变 压器 等
专 用同轴 电 缆
光纤
图 3 系 统 结 构 示 意 图
Fig.3 Schem at ic diag ram of system structure
2_2 耦 合 电容 器 电 站 采 用 80pF、25kV 环 氧 云 母 电 容 耦 合 器 ,耦
图 1 射 频 监 测 法 示 意 图
Fig.1 Schematic diagram of radio frequency monitoring
机 定 子 线 棒 绝 缘 介 质 内可 能 留 有 气 泡 、裂 纹 、杂 质 等 ,
射 频 监 测 法 传 感 器 安 装 在 中 性 点 位 置 ,施 工 方 便 ,
1.1 射频 监 测法 Hale Waihona Puke 1.3 PDA 监 测 法
射 频 监 测 法 利 用 罗 柯 夫 斯 基 线 圈 、高 频 电流 传 感 器
PDA 监 测 法 由 加 拿 大 安 大 略 水 电 公 司 于 20世 纪
1 06
电气 设备
70年 代 提 出 。PDA 监 测 法 最 常 用 的 方 法 是 将 80pF的 置 及 局 放 工 作 站 组 成 。局 放 工 作 站 与 各 机 组 局 放 监 测 仪 环氧云母 电容器直接安 装在高压设备 出口端 ,电容器就 之 间通过光纤进行通信 ,并 预留有通信接 口 ,实现 与电 是一个高频滤波器 ,利 用绕组 内局部放 电信号和外 部噪 站 计 算 机 监控 系 统 通 信 ,其 系 统 结 构 如 图 3所 示 。 声信号传播路径的不同来过滤噪声 ,如 图 2所示 。
合传感器采用如 图 4所示 的定 时噪 声分离技术方式进行
图 2 PDA监 测 法 示 意 图
Fig.2 Schemat ic diagram of PDA m onitoring m ethod
安 装 , 电站 定 子 绕 组 为 三 相 8分 支 结 构 ,其 耦 合 传 感 器 采 用 每 相 相 邻 两 支 路 为 一 组 耦 合 器 的 方 式 进 行 安 装 (俗
摘 要 :近年来,局部放 电在线监测已成为监测大型发电机定子绝缘的有效技术和工具。局部放 电在 线监测能对
发 电机 定 子 绝缘 进行 实 时 分析 和 诊 断 ,根 据 诊 断 结 果安 排 机 组 维 护 和 检 修 工作 。 本 文 系统 介 绍 了发 电 机 定 子 局 部 放 电在 线 监 测 方 法 、 测 试 数据 的解 读 以及 采 取 的相 应 对 策。