浅谈发电机的在线监测

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　　摘要：发电机是电力系统中关键的电力设备之一，其运行的可靠性直接关系着电网的安全稳定运行，对其进行在线监测可及时发现事故的隐患，对保证发电机正常运行具有重要意义。基于此，本文主要从发电机故障放电、温度和非电量的在线监测方面进行了分析，并介绍了常用的在线监测方法。
　　关键词：发电机 在线监测
　　发电机是电能生产的关键设备之一，通常由定子、转子、端盖、机座及轴承等部件构成。定子由机座、定子铁芯、线包绕组、以及固定这些部分的其他结构件组成。转子由转子铁芯(有磁扼、磁极绕组)滑环、(又称铜环、集电环)、风扇及转轴等部件组成。由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。
　　发电机转子绕组通过气隙与定子绕组进行电磁耦合将机械能转化为电能发电机的这种工作原理决定了其结构和运行的弱点。发电机最常见的故障有定子铁心故障、定子绕组故障、定子绕组股线故障、定子端部线圈故障、转子本体故障、转子绕组故障、冷却水系统故障等。无论哪一种故障都会按一定的模式或机制发展，即从最初的缺陷发展成为故障，在劣化的过程中总有一些特征量可以反映劣化的情况。对于发电机的绝缘来说，在运行过程中它将受到电、热、机械以及环境的影响，使其逐步老化，导致寿命终结。在这个过程中均可通过一定的方法进行监测。
　　1.发电机故障放电的在线监测
　　在电场的作用下，发电机绝缘中由于各种因素产生的电气故障都呈现出放电现象。随着绝缘进一步老化，放电加剧，发电机的绝缘剩余寿命减少。测量发电机的放电不仅可以提供早期故障的报警信号，而且还可以提供绝缘剩余寿命的信息，通过监测放电的发生、发展，可及时发现事故的隐患，防止重大事故的发生。发电机内部的放电主要有：
　　1.1 槽部放电
　　定子线棒槽部防晕层与铁心之间的气隙中的放电称为槽部放电。这时放电波形中的正极性脉冲常大于负极性，而且放电次数随负荷而变动。
　　1.2 表面防晕层放电
　　这时虽然正极性的脉冲也常大于负极性，但放电过程比槽部放电缓慢，而且后期也往往发展成槽部放电。
　　1.3 绝缘层内部的局部放电
　　这时正、负极性的放电脉冲大体上相同。
　　发电机放电的在线监测有中性点射频法、耦合电容法和高频天线法等。
　　1.3.1中性点射频法
　　当定子绕组线棒出现导线断股时，将出现间歇性电弧，产生频带很宽的按指数规律变化的高频衰减电流波形，其中一部分传向定子星形绕组的中性点。采用装于中性点上的射频电流互感器及其相应的测量装置可以在线监测其电流。
　　1.3.2 耦合电容法
　　耦合电容法是在发电机定子绕组的出现端通过一耦合电容与脉冲高度分析器相连，对放电脉冲的时域特性进行分析的一种方法。利用这种方法可以定期对发电机进行监测，可以监测到定子槽部放电和绕组绝缘劣化过程。用耦合电容法进行局部放电测量，应尽量靠近局部放电源，如将耦合电容器对接到差分放电器上，可大大抑制来自电源等的外来干扰。
　　高频天线法
　　 任何一台好的发电机都有一定的基准电晕放电和基准局部放电，其大小因不同时刻和不同的发电机而异。而危害性的放电脉冲，如严重的局部放电、火花放电、电弧放电的脉冲上升时间比基准放电脉冲更短，从而产生频率高很多的电磁波信号，可达到几百MHz，甚至达到数千MHz。通常频率高于4MHz的电磁波信号可以从绕组的放电处空间辐射处理，而不像较低频段的电磁波信号只能沿绕组传递。对这种辐射信号可以用安装在发电机外壳内或外部的紧靠外壳空隙处的高频天线来监测。
　　
　　1.3.3 发电机温度的在线监测
　　发电机额定容量通常是由绝缘所能承受的最高允许温度所决定的，发电机出厂前主要性能试验之一是进行温升试验。在运行中对发电机各部分进行温度监测是十分重要的。
　　发电机温度测量有两种基本方法，即用埋入式检温元件测量发电机内部某些部位的局部温度和测量发电机内温度分布并计算平均温升。
　　在设计和制造过程中，为了监测发电机有效部分的温度，在定子绕组或定子铁心之中常预埋热电偶或电阻式检测计类的测温元件，这些测温元件还可以埋在运行的轴承中监测发热情况。这种方法的缺点是热电偶和电阻式减温计必须与发电机的带电部分绝缘，因为它们都是由金属构成的，不能直接安放在定子绕组的最热部位，而不得不安放在定子线棒的绝缘层外，由此产生的温差可通过热阻公式进行计算。
　　
　　3.发电机非电量的在线监测
　　3.1 绝缘烟雾过热监测
　　当发电机绝缘在高温或电弧作用下分解时，产生大量的碳氢 化合物气体，能看到挥发物形成烟雾，过热事故持续时间与过热事故的类型（匝间短路、铁心短路、局部放电等）、过热区域的范围和绝缘材料的性质有关。
　　烟雾监测是利用电离室来监测绝缘物分解的烟雾微粒。当取自发电机内的冷却气流样品送入电离室时，气体被低能放射源辐射而产生电离，电离的气体进入电极系统，由于电极极板带有极化电压，气体中的正负离子便移向不同极性而产生离子电流，在静电检测计上将产生一个电压值。当烟雾微粒进入电离室时，这些绝缘分解产生的气体也将被电离，产生离子电流，但由于它们分子质量大，能动性差，所以一旦这类气体进入电极系统，离子电离和相应的静电计放大电路的输出电压就会降低。烟雾监测装置能测量到铁心短路。匝间短路和局部放电所造成的绝缘局部过热故障。
　　3.2 气体成分的在线监测
　　旋转电机绝缘出现过热、局部放电等故障时，将分解出多种气体。因此也可根据冷却气体中所含的其他气体的成分和量值来对绝缘状况进行在线监测。国外已普遍将这种技术用于监测发电机绝缘的早期故障。
　　随着过热温度的不同，不同绝缘材料中分解的气体成分也不同。过热分解物的气体在冷却系统中滞留的时间比较长，连续的气体成分在线监测能获得发电机过热的早期报警。对于氢冷发电机，可采用一种称作火焰电离监测器的装置进行氢气有机物总含量的监测。

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