大型发电机定子局放在线检测中放电量标定研究黄成军，郁惟镛上海交通大学，上海［摘要］发电机局部放电信号强度是判断定子绝缘状态的一个重要参量，目前对发电机定子局部放电信号的强度有多种表示方法，造成了认识上的混乱。本文探讨了大型发电机定子局放量标定中存在的困难及其原因，讨论了采用不同带宽的检测系统对放电量标定带来的影响，对大型发电机定子局部放电信号强度的表示方法提出了建议。

　　［关键词］大型发电机；局部放电；标定［中图分类号］［文献标识码］［文章编号］引言大型发电机定子绕组局放的在线监测对减少停电事故、提高供电质量、甚至对电力系统的安全稳定运行，都具有十分重大的意义，国内外对电机局放的在线监测技术已经做了大量的研究工作，也开发了各种在线局放监测系统应用于上千台电机中。但如何根据检测到的放电信号判断电机绝缘状况是在线监测技术的难点之一。

　　年，等人根据多台电机实际检测的结果，提出根据最大放电脉冲幅度或放电量来判断电机绝缘状况。国家标准、国际电工委员会标准和美国材料与试验协会标准也将视在放电量作为绝缘设备局部放电参量之一列入测试项目，以视在电荷量来衡量设备的局部放电强度。

　　根据规定［‘］，视在放电电荷的测定方法是：将模拟实际放电的瞬变已知电荷注入试品两端施加电压的两端，在此两端出现的脉冲电压与局部放电时产生的脉冲电压相同，则注入的电荷量即为视在放电电荷，一般用皮库表示。

　　推荐的局放量标定基本试验电路见图图放电量标定电路大型发电机定子局放在线检测中放电量标定研究标定时先从试品两端注入一个标准瞬变电荷，标准瞬变电荷用一个标准方波发生器和一个分度电容获得。

　　对标准方波电压的规定是：上升时间不大于，，衰减时间通常在范围内选取。

　　设方波幅值为），分度电容为），从图可得，在试品两端注入的瞬变电荷为：式中：，如选取规定要求，则），如此时局放测试系统的仪表读数为），则视在电荷量的分度系数为试品经标定后即可用视在放电量来表示绝缘试品放电量的大小，从而判断设备的绝缘老化情况。理论上讲，不同测试系统经过标定后，对于同一放电信号其结果应该是相同的。然而在实际操作中，对于发电机定子来说，我们发现即使按照统一标准进行了放电量标定后，其实际测试结果仍存在较大差异。据报道在对一台电机的局放检测中，台商用的宽带局放测试系统都根据的推荐方法进行视在电荷标定，然而对同一局放信号的测试结果为到）））），在同一台电机中结果相差了倍。此外，目前对于发电机安全放电量的认定方法也很不相同，有的认为，正常发电机的射频电平低于；有的认为放电量在以下基本属于安全范围；也有的认为正常发电机局放的测试数据为）　2）=5，故障发电机为［］。这造成了人们认识上的混乱。

　　这些测试结果的巨大差异主要是由于发电机定子本身复杂的阻容特性以及测试系统的不同带宽引起的。

　　传输过程衰减对测试结果的影响在对电机标定时，方波信号注入只能在线圈的二端进行，而电机的局放发生在定子的线圈内部，定子线圈较长，由于传输距离的差异，会造成测量信号的误差。

　　的附录指出：由于绕组内部或沿长电缆上的衰减，在试品测量端记录的放电量不同于产生放电点的那个量。

　　由于局放信号一般只有几纳秒的宽度，在频域上可认为是宽带信号，信号带宽可达以上，高频信号会随着传输距离的增加而急剧衰减，在对局放信号长线传输的试验中得到了明确的结论见图试验表明，初始的局放信号约宽，带宽约长线传输后，信号宽带增加到信号带宽范围约为）9，同时幅值下降到了原始信号的长线传输后，信号宽带增加到信号带宽范围约为2）9，同时幅值下降到了原始信号的A）。在大型发电机定子的局放测试中，由于定子线圈还带有较大的感抗，是个复杂的网络，信号从局放点到达传感器将产生很大的畸变和振荡。信号幅度也往往相差几十倍，所以用线圈端部加入方波信号的标定方法来标定放电量对于不同信号的测试结果会带来巨大的差异。

　　图局放信号传输过程中的衰减个波形的传输距离分别为监测系统的带宽对测试结果的影响局放的测试方法自年代以来，国外电机局部放电测试已经展开了大量的研究工作，使该项技术有了很大的发展。目前已成功地应用于电机局放检测的方法主要有以下几种：中性点耦合监测方法便携式电容耦合监测法射频监测法监测法大电机技术槽耦合器监测法电阻式测温元件监测法国外已将以上几种技术应用于上千台电机上。其技术已经从窄带系统逐渐过渡到宽带系统乃至超宽带系统。其中，窄带监测系统带宽为；宽带系统带宽为；超宽带系统可有以上的带宽。

　　在国内，上海第二工业大学和上海科技大学首先在年分别完成了窄带测试系统射频监测仪。

　　其放大器中心频率为带宽为‘（）。清华大学研制的型电机局放在线监测系统采用了窄带和宽带结合的方法。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，并结合现代数字处理技术，来判别几种典型的放电类型。上海交通大学研制的宽带局放测试系统，利用高速采样技术可一次高速采集多个工频周期的局放信号，用及计算机对大量数据进行处理，提取信号的特征值存于服务器的数据库中，并可通过对大型发电机的长期监测来判断电机的绝缘老化情况。

　　综合国内的情况，目前应用的监测系统以窄带系统为主，宽带系统的推广将逐步取代窄带测试系统，限于客观条件，超频宽系统的应用还有待时日。

　　不同带宽的测试系统对结果的影响放电量的标定原则上只适合于试品为纯电容特性［］，当试品除电容外还带有电感特性时，局放脉冲会激发出振荡信号，振荡信号的频率取决于系统的感抗特性。目前电机定子多以电感和电容的阶梯模型来表示，局放脉冲通过该网络时会产生多种振荡信号。如果局放测试系统频宽有限，那么当振荡信号的带宽落在局放测试系统的带宽时，系统能检测到较大的局放信号，反之，系统很难检测到局放信号。因此电机定子本身复杂的阻容特性会对不同的测试系统带来很大的影响。仿真和现场测试结果证实了这一点。

　　局放信号可以用以下四种波形来模拟单指数衰减形式：单指数衰减振动形式：双指数衰减形式：双指数衰减振动形式：由于通过传输网络经传感器得到的局放信号多为振荡衰减信号，我们用，二种信号模拟局放监测系统的输入，用数字滤波器仿真窄带和宽带测试系统。取信号的幅度为，时间常数分别为、和：，信号的振荡频率分别取以及（）。此外，窄带系统的中心频率为（），频宽为‘（），宽带系统的通带为’（） （）。将上述二种信号数据输入系统中，对比输出信号的幅值，其结果如表所示。

　　表窄带和宽带系统对局放信号的响应时间常数振荡频单指数衰减振荡窄带峰值输出B宽带峰值输出B比值双指数衰减振荡窄带峰值输出B宽带峰值输出B比值分析仿真结果表明：当振荡信号的频率落在窄带测试系统的带宽范围内时，测试的结果与宽带测试系统的结果相差不大。

　　当振荡信号的频率偏离窄带测试系统的带宽范围内时，测试的结果与宽带测试系统的结果会造成很大的差异，信号的幅度可相差几十倍。

　　对于相同幅值，不同振荡频率的局放信号，同一测试系统的输出结果也有较大差异。

　　试验和现场测试结果分析在上海电机厂，我们用宽带测试系统对一台电机的线棒进行了测试，宽带局放信号波形见图，图为局放信号中带宽为为的信号分量；在石洞口电厂和宝钢发电厂，用同样的系统对多台机组进行了监测，图为石洞口电厂一台发电机的局放信号及其窄带分量。

　　大型发电机定子局放在线检测中放电量标定研究，= F图线棒放电信号波形及其窄带分量横坐标：时间，纵坐标：幅度图电机放电信号波形及其窄带分量横坐标：时间，纵坐标：幅度测试结果表明：利用中性点脉冲电流法测到的局放信号为衰减振荡信号，其振荡频率对于不同的电机有较大的差异，这与我们选用的仿真信号是一致的。

　　宽带测试系统和窄带测试系统所得到的局部放电信号幅度相差较大，二者相差几十倍到上百倍。

　　不同局放信号其所含窄分量的比值也相差很大，因为局放信号的振荡频率不同。这与仿真得到的结论是相同的。

　　结论由于电机本身复杂的阻抗特性，局放信号在定子内传输时会产生衰减和振荡，从而严重影响测试结果，所以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。

　　由于大型发电机定子局部放电标定中存在的困难，用传统的值来表示放电量的大小也是不合适的。传统的以来度量放电的大小容易给人造成错觉，以为台经标定后放电量均为的电机，其内部的放电程度是相同的，从而得出台电机的绝缘状况相同的错误结论。所以建议今后以电压和电流来表示电机局放的测试结果。，电机工程学会的一个工作小组已就这一方面的问题正在起草一个导则，提醒大家注意电机定子局放测试方面结果的不同解释。

　　用不同带宽的测试系统监测电机定子的局放量，其所得结果幅度相差几倍乃至数十倍都有可能，所以应将测试系统及测试方法放在一起来考虑局放程度。

　　目前局部放电量标定的方法不适合于电机定子，应在进一步研究局部放电产生的机理以及传输特性的基础上深入研究电机定子局放程度的表示方法。

　　［参考文献］］。/01230，中华人民共和国国家标准：局部放电测量［］郭维芹，周政新，常大俊等发电机局部放电射频在线监测［上海第二工业大学学报，］姜磊，李福祺，谈克雄等发电机放电监测系统电工电能新技术］杨莉，全玉生，周跃峰等大型发电机定子绕组故障放电的特性与识别［电工电能新技术，］谭剑，陈祥训，郑健超连续小波变换在检测强载波干扰局放信号中的应用［电网技术，［作者简介］黄成军年毕业于上海交通大学，获工学硕士学位。主要从事大型电气设备故障诊断及计算机系统中的应用。

　　大电机技术