CN111521917A - 一种发电机局部放电抗干扰测量系统 - Google Patents

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CN111521917A CN202010385035.7A CN202010385035A CN111521917A CN 111521917 A CN111521917 A CN 111521917A CN 202010385035 A CN202010385035 A CN 202010385035A CN 111521917 A CN111521917 A CN 111521917A
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罗远林
吴月超
郑波
陆炅
沈惠良
邹雯
张东东
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Abstract

本发明涉及一种发电机局部放电抗干扰测量系统，包括两支高频电流互感器、信号调理模块、工业控制计算机和包括在工业控制计算机内的高速采集模块，两支高频电流互感器安装在发电机出口母线外壳的两根接地线上，两个高频电流互感器的输出接入信号调理模块的两个输入端，信号调理模块对两个信号处理后，接入高速采集模块实现数据同步采集，根据两个采样信号中脉冲的时延鉴别内部放电和外部干扰。本发明利用发电机出口封闭母线外壳与母线之间的等效耦合电容取代传统的高压耦合电容器和定子槽耦合器，可提高系统的安全可靠性，且通过两支传感器耦合脉冲时延实现外部干扰抑制，可有效实现大型发电机局部放电的安全经济准确测量。

Description

一种发电机局部放电抗干扰测量系统
技术领域
本发明属于在线监测领域，特别涉及一种发电机局部放电抗干扰测量系统。
背景技术
在能源互联网建设及我国能源结构调整的大背景下，风电和光伏发电等间歇性新能源容量增长迅速，发电机安全稳定运行对电力系统的安全稳定愈加重要。因此，如何确保大型发电机的安全运行已经成为电力系统的重要课题。在发电机运行过程中，定子绕组绝缘同时承受机械、热、电和环境应力，是发电机内应力最集中而强度最脆弱的部分，直接决定发电机运行可靠性和使用寿命。因此，绝缘状态监测已成为保障发电机安全运行的重要手段。
局部放电与绝缘劣化过程密切相关，既是导致绝缘劣化的重要原因，又是反映绝缘劣化的主要特征，其放电量能有效表征绝缘健康状况局部放电。对发电机在实际运行应力下的局部放电进行在线测量，不仅可以及时掌握绝缘健康状况，有效预防绝缘事故，为状态检修提供参考，而且能辨识各种运行应力对绝缘健康的影响特性，捕捉各种危害绝缘的事件，为故障诊断提供依据。因此，人们试图通过局部放电监测来掌握发电机主绝缘健康状况。中国专利公开号CN101655538，公开日2010年2月24日，发明创造的名称为发电机局部放电在线监测装置及其监测方法，该申请案公开了一种基于多支耦合电容器的发电机局部放电监测方法。其不足之处是所用耦合电容器直接和发电机出口母线相连，根据GB/T20833.2-2016旋转电机旋转电机定子绕组绝缘第2部分：在线局部放电测量，该耦合电容器可造成相对地的失效。中国专利公开号CN106199344A，公开日2016年12月7日，发明创造的名称为发电机局部放电在线监测装置，该申请案公开了一种基于定子槽耦合器的发电机局部放电在线监测装置。其不足之处是所用定子槽耦合器安装在发电机定子槽内，会引入额外的绝缘风险，而且大型发电机定子槽数多达几百个，需要安装数量众多的定子槽耦合器以实现对整个定子绕组的局部放电的覆盖监测，且难以实现对内部放电和外部干扰的有效甄别。
发明内容
为了克服现有大型发电机局部放电测量系统的不足，本发明利用大型发电机设置有封闭母线结构的特点，提供一种发电机局部放电抗干扰测量系统，结构简单、安全，可以在有效降低建设成本的同时，实现局部放电的准确测量。
为了实现上述目的，技术方案如下文所述：
一种发电机局部放电抗干扰测量系统，所述发电机的出口母线为封闭母线结构，其特征在于，包括两支高频电流互感器、信号调理模块、工业控制计算机和包括在工业控制计算机内的采集模块，两支高频电流互感器分别安装在发电机出口封闭母线外壳的两根接地线上，两根接地线在母线外壳长度方向上的不同部位分别与母线外壳连接；高频电流互感器的模拟量输出端和信号调理模块的模拟量输入端连接，信号调理模块的模拟量输出端和采集模块的模拟量输入通道连接。
所述高频电流互感器的测量频带为1MHz～100MHz。
进一步地，所述两根接地线分别与发电机侧和变压器侧的母线外壳连接。
进一步地，，两支高频电流互感器安装位置与封闭母线外壳之间接地线长度L0相等。
进一步地，两支高频电流互感器连接同一个信号调理模块，所述信号调理模块包括两个模拟量输入端和两个模拟量输出端。
进一步地，所述采集模块包括两个以上模拟量输入通道，每个通道最高采样速率不低于200MS/s。
进一步地，所述信号调理模块的两个模拟量输出端通过相同长度的同轴电缆接入采集模块的两个模拟量输入通道。
进一步地，变压器侧的高频电流互感器输出端通过长度为L1的同轴电缆接入信号调理模块的一个模拟量输入端，发电机侧的高频电流互感器输出端通过长度为L2的同轴电缆接入信号调理模块的另一个模拟量输入端，长度L1、L2满足
Figure BDA0002483485400000031
其中，V为信号在封闭母线中的传播速度，V1为信号在同轴电缆中的传播速度，L为两根接地线与母线外壳1连接处之间的距离。
本发明基于以上测量系统，能够实现发电机局部放电的安全准确测量，具体为：
1)对于变压器侧的外部设备产生的脉冲信号，一路先经过长度为L0的接地线到达变压器侧高频电流互感器S1，再经过长度为L1的同轴电缆输入信号调理模块，另一路先经过长度为L的封闭母线，再经过长度为L0的接地线到达发电机侧高频电流互感器S2，再经过长度为L2的同轴电缆输入信号调理模块，两路信号基本同时到达信号调理模块及采集模块；
2)对于发电机内部的局部放电信号，一路先经过长度为L0的接地线到达发电机侧高频电流互感器S2，再经过长度为L2的同轴电缆输入信号调理模块，另一路先经过长度为L的封闭母线，再经过长度为L0的接地线到达变压器侧高频电流互感器S1，再经过长度为L1的同轴电缆输入信号调理模块，两路信号到达信号调理模块及采集模块有明显的时延Δt；
3)当变压器侧高频电流互感器S1与发电机侧高频电流互感器S2的两个脉冲信号的时延Δt大于或等于时延阈值T时，脉冲判定为发电机内局部放电；否则，脉冲判定为外部干扰。
所述时延阈值T计算公式如下：
Figure BDA0002483485400000032
或者，所述时延阈值T也可通过现场试验测量获取。
本发明的有益效果是：本发明利用发电机出口封闭母线与外壳之间的等效电容替换目前常用的耦合电容器和定子槽耦合器作为局部放电传感器，可以有效降低装置建设成本，并可避免在高压母线接入耦合电容器或在定子槽内安装大量耦合器引入的安全风险，提供了一种安全经济的发电机局部放电测量手段，并且通过在两根接地线上安装高频电流互感器同步测量，可根据两路信号中脉冲的时延识别发电机内部局部放电和外部干扰，可以有效促进局部放电测量在发电机中的推广应用。
附图说明
图1为本发明的发电机局部放电抗干扰测量系统的结构示意图。
图2为本发明中外部干扰信号流向示意图。
图3为本发明中发电机内部局部放电信号流向示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明的发电机局部放电抗干扰测量系统，所述发电机出口母线为封闭母线结构，包括两支高频电流互感器S1和S2，测量频带为1MHz～100MHz，还包括信号调理模块2、阿尔泰PCIe-8914高速采集模块3和研华UNO 3084工业控制计算机4，其中高速采集模块3安装在工业控制计算机4内，高频电流互感器S1、S2分别安装在发电机出口封闭母线外壳1的两根接地线5、6上。
两根接地线5、6分别位于发电机侧和变压器侧，两根接地线5、6与母线外壳1连接处之间的距离为L＝12米，高频电流互感器S1和S2安装位置与封闭母线外壳1之间接地线长度均为L0＝1米。
信号调理模块2包括四个模拟量输入端AI0～AI3和四个模拟量输出端AO0～AO3，具有带通滤波功能，通带为1MHz～100MHz。
采集模块3包括四个模拟量输入通道AI0～AI3，每个通道最高采样速率为200MS/s，14位分辨率，单通道存储容量为1G采样点。
信号调理模块2的两个模拟量输出端AO0、AO1通过相同长度的同轴电缆接入采集模块3的两个模拟量输入通道AI2、AI3。
高频电流互感器S1输出端通过长度为L1＝26米的同轴电缆接入信号调理模块2输入端AI0，高频电流互感器S2输出端通过长度为L2＝18的同轴电缆接入信号调理模块输入端AI1，信号在封闭母线中的传播速度V接近光速，信号在同轴电缆中的传播速度V1为光速的三分之二。因此，长度L1、L2满足
Figure BDA0002483485400000051
根据信号来源，系统测量信号可非常以下两种情况：
1)如图2所示，对于变压器侧的外部设备产生的脉冲干扰信号，一路先经过长度为1米的接地线5到达变压器侧高频电流互感器S1，再经过长度为26米的同轴电缆输入信号调理模块2，另一路先经过长度为12米的封闭母线，再经过长度为1米的接地线6到达发电机侧高频电流互感器S2，再经过长度为18米的同轴电缆输入信号调理模块2，两路信号从信号调理模块2输出后，基本同时到达高速采集模块3进行同步采集。
2)如图3所示，对于发电机内部的局部放电信号，一路先经过长度为1米的接地线6到达发电机侧高频电流互感器S2，再经过长度为18米的同轴电缆输入信号调理模块2，另一路先经过长度为12米的封闭母线，再经过长度为1米的接地线5到达变压器侧高频电流互感器S1，再经过长度为26米的同轴电缆输入信号调理模块2，两路信号从信号调理模块2输出后，到达高速采集模块3的时延Δt可由下式计算得到：
Figure BDA0002483485400000052
3)当变压器侧高频电流互感器S1与发电机侧高频电流互感器S2的两个脉冲信号的时延Δt大于或等于时延阈值T时，脉冲判定为发电机内局部放电；否则，脉冲判定为外部干扰。其中，时延阈值T＝80ns。
由于每台发电机出口封闭母线接地线的距离不标准，而且实际长度难以准确测量，因此时延阈值T也可通过现场试验测量获取，通过在发电机汇流环与母线连接处注入试验脉冲，通过系统同步测量的两路信号即可快速读取该阈值。
以上所述，仅是用以说明本发明的具体实施案例而已，并非用以限定本发明的可实施范围，举凡本领域熟练技术人员在未脱离本发明所指示的精神与原理下所完成的一切等效改变或修饰，仍应由本发明权利要求的范围所覆盖。

Claims (10)

1.一种发电机局部放电抗干扰测量系统，所述发电机的出口母线为封闭母线结构，其特征在于，包括两支高频电流互感器、信号调理模块、工业控制计算机和包括在工业控制计算机内的采集模块，两支高频电流互感器分别安装在发电机出口封闭母线外壳的两根接地线上，两根接地线在母线外壳长度方向上的不同部位分别与母线外壳连接；高频电流互感器的模拟量输出端和信号调理模块的模拟量输入端连接，信号调理模块的模拟量输出端和采集模块的模拟量输入通道连接。
2.根据权利要求1所述的一种发电机局部放电抗干扰测量系统，其特征在于，所述两根接地线分别与发电机侧和变压器侧的母线外壳连接。
3.根据权利要求1所述的一种发电机局部放电抗干扰测量系统，其特征在于，两支高频电流互感器安装位置与封闭母线外壳之间接地线长度L0相等。
4.根据权利要求1所述的一种发电机局部放电抗干扰测量系统，其特征在于，两支高频电流互感器连接同一个信号调理模块，所述信号调理模块包括两个模拟量输入端和两个模拟量输出端。
5.根据权利要求1所述的一种发电机局部放电抗干扰测量系统，其特征在于，所述采集模块包括两个以上模拟量输入通道。
6.根据权利要求1所述的一种发电机局部放电抗干扰测量系统，其特征在于，所述信号调理模块的两个模拟量输出端通过相同长度的同轴电缆接入采集模块的两个模拟量输入通道。
7.根据权利要求1或4所述的一种发电机局部放电抗干扰测量系统，其特征在于，变压器侧的高频电流互感器输出端通过长度为L1的同轴电缆接入信号调理模块的一个模拟量输入端，发电机侧的高频电流互感器输出端通过长度为L2的同轴电缆接入信号调理模块的另一个模拟量输入端，长度L1、L2满足
Figure FDA0002483485390000011
其中，V为信号在封闭母线中的传播速度，V1为信号在同轴电缆中的传播速度，L为两根接地线与母线外壳1连接处之间的距离。
8.根据权利要求1所述的一种发电机局部放电抗干扰测量系统，其特征在于，所述高频电流互感器的测量频带为1MHz～100MHz。
9.根据权利要求1所述的一种发电机局部放电抗干扰测量系统，其特征在于：
1)对于变压器侧的外部设备产生的脉冲信号，一路先经过长度为L0的接地线到达变压器侧高频电流互感器S1，再经过长度为L1的同轴电缆输入信号调理模块，另一路先经过长度为L的封闭母线，再经过长度为L0的接地线到达发电机侧高频电流互感器S2，再经过长度为L2的同轴电缆输入信号调理模块，两路信号基本同时到达信号调理模块及采集模块；
2)对于发电机内部的局部放电信号，一路先经过长度为L0的接地线到达发电机侧高频电流互感器S2，再经过长度为L2的同轴电缆输入信号调理模块，另一路先经过长度为L的封闭母线，再经过长度为L0的接地线到达变压器侧高频电流互感器S1，再经过长度为L1的同轴电缆输入信号调理模块，两路信号到达信号调理模块及采集模块有明显的时延Δt；
3)当变压器侧高频电流互感器S1与发电机侧高频电流互感器S2的两个脉冲信号的时延Δt大于或等于时延阈值T时，脉冲判定为发电机内局部放电；否则，脉冲判定为外部干扰。
10.根据权利要求9所述的一种发电机局部放电抗干扰测量系统，其特征在于，所述时延阈值T计算公式如下：
Figure FDA0002483485390000021
或者，所述时延阈值T通过现场试验测量获取。
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