发电机在线监测装置在核电厂的应用

徐西家，徐莹琳，林罗波

( 华能山东石岛湾核电厂，山东 荣成　264312 )



发电机在线监测装置在核电厂的应用

徐西家，徐莹琳，林罗波

( 华能山东石岛湾核电厂，山东 荣成264312 )

摘要：随着电力工业的发展，各式各样的在线监测装置在发电机上得到了广泛应用，监测方式也从巡回测量到连续监测。发电机作为核电厂重要的设备，其安全、可靠运行尤为重要，发电机绝缘在线监测装置除发电机局部放电在线监测外，一般还配置绝缘过热在线监测装置。

关键词：发电机；在线监测；局部放电；绝缘过热

1 发电机在线监测装置的重要意义

随着发电厂机组容量和额定电压的提高，发电机一旦发生故障，将引起巨大的经济损失，同时影响电网的稳定。特别是在聚焦了众多目光的核电厂，故障造成的社会影响和舆论压力将会超越事故本身，甚至对整个国内核电事业的发展带来一定的冲击。为了保证发电机安全、可靠的运行，对发电机进行在线监测是非常重要的一个方向，通过在线监测及时发现发电机的绝缘缺陷，为故障检修及周期维护提供有效数据，避免引起突发停机事故带来的巨大经济损失。

发电机故障一个主要的原因就是绝缘故障。对于发电机，影响其绝缘寿命的主要因素，除了制造过程中产生的绝缘缺陷、机械应力、短时过电压作用外，还有在运行过程中绝缘局部过热和局部放电。局部过热和放电越严重，破坏性也越大，会使发电机定子线圈的介电性能下降，导致绝缘老化。所以，对于发电机的在线监测主要是进行绝缘监测，其中发电机绝缘局部放电在线监测已经得到广泛应用，也是众多在线监测中灵敏度较高的一种。对于安全系数要求更高的核电厂，除了发电机局部放电在线监测外，一般还配有绝缘过热在线监测。

2 发电机绝缘在线监测的原理

与常规离线测试方法不同，发电机在线监测是在发电机正常运行状态下，对发电机的绝缘等参数进行在线连续测量，比离线监测更能测取到反映发电机真实运行工况的数据。发电机在线监测主要是指绝缘在线监测，发电机的绝缘在线监测方法根据所取信号的种类不同分为：电测法和非电测法。

电测法主要是对绝缘中局部放电量的监测，又分为：中性点耦合法、无线电干扰电压法、PDA检测法、电容耦合法等，监测灵敏度较高。非电测法主要是通过特征气体、声学、光学等非电量参数进行监测分析，不受电气量的干扰，但缺点也较为明显：不能定量,准确性也有待进一步提高。

现阶段国内外主流发电机绝缘在线监测方法主要为脉冲电流法在线测量发电机局部放电，其次有些核电厂还会采用介质电离法测量发电机绝缘过热。

2.1 脉冲电流法局部放电在线监测

发电机绝缘材料在制造过程中产生的一些微小缺陷，会在绝缘中留下微小气泡或气隙，在长期运行过程中，由于受电、热、机械应力等作用，也会产生一些气泡。在电压作用下，气泡容易击穿，形成绝缘内部放电，局部放电发展下去容易导致整个绝缘介质的击穿。

发电机局部放电监测是以发电机绝缘在形成故障过程中所产生的局部放电和局部放电所具有的特征为判断依据，进行定量测量、定性分析。测试原理为脉冲电流法：发电机发生绝缘放电时产生高频脉冲放电信号，电流信号由中性点流向接地点，通过在中性点和接地变压器中间装设的高频电流互感器耦合至监测回路。此脉冲经传输电缆耦合至主机的前置放大器部分，在微电脑电路的控制下，进行放大及各种信号的处理，当局部放电量超过报警设定值，报警装置将发出报警信号。局部放电在线监测装置工作电气原理见图1，控制处理单元原理见图2。

图1　局部放电在线监测装置工作电气原理图

图2　局部放电在线监测装置控制处理单元原理图

2.2 介质电离法绝缘过热在线监测

早在上世纪60年代，国外就开始应用介质电离的方法来监测发电机的绝缘。这种方法主要是将发电机冷却气体引入到测定器内，利用发电机局部过热时过热的绝缘材料热分解产生的热解离子浓度的监测来监测发电机绝缘状态。

在发电机风扇压力作用下使机内的冷却气体流经装置内部。冷却气体介质在受到离子室内α射线的轰击使冷却气体介质电离产生正、负离子对,又在直流电场作用下形成极为微弱的电离电流10~12A。如果发电机运行中其部件绝缘有局部过热时过热的绝缘材料热分解后产生冷凝核,冷凝核随气流进入装置内。 由于冷凝核远比气体介质分子的体积大而重,负离子附着在冷凝核上,负离子运行速度受阻从而使电离电流大幅度下降。

电离电流下降率与发电机绝缘过热程度有关。经试验确定当电流下降到某一整定值时代表着绝缘早期故障隐患的发生和存在，装置及时发出报警信号。运行人员可根据报警信号频度结合其它检测仪表指示综合判断故障隐患的发生和发展，有计划地提早采取相应措施避免因绝缘过热故障的扩大而导致后期烧毁发电机的重大事故，以此提高发电机的运行安全性。发电机绝缘过热监测装置的电气框图见图3所示。

图3　发电机绝缘过热监测装置的电气框图

3 发电机在线监测装置的研究方向

近年来，随着数字化局部放电测量系统的不断发展，发电机局部放电绝缘在线监测装置的应用也日益成熟，但是对于局部放电定位的研究还处于初级阶段。现阶段发电机局部放电定位采取的方法为在发电机定子线圈处安装多个传感器，但传感器的安装较为复杂，且一旦传感器的耦合电容击穿，将会引起定子线圈短路，风险较大，所以一般不被电厂采用。局部放电定位的研究取决于传感器的发展以及对局部放电分析技术的进步。

发电机绝缘在线监测的另一个研究方向是发电机局部放电故障诊断的分析。非电量监测法灵敏度不高，且很难或者不能对放电强度、放电性质进行判断，常作为电测法的辅助监测手段。就目前工程应用实际而言，发电机局部放电主要运用电测法。但作为大数据时代的当下，电测法数据的分析加上非电测法辅助证明，将作为分析发电机局部放电故障诊断的一个方向，在传统局放故障诊断的基础上得出一个更接近事实的综合分析结果，对于发电机绝缘的故障诊断和寿命评估提供依据。

4 发电机在线监测装置的选择及建议

由于发电机在发电企业中的重要作用，对于发电机绝缘在线监测装置的选择也显得尤为重要。根据对以上两种在线监测原理的分析，特提出以下几点建议：

(1) 局部放电绝缘在线监测装置比较成熟，实际应用效果也较好，推荐在200MW及以上发电机组上使用，离子式绝缘过热在线监测装置的应用较少，部分核电机组可根据需要配置；

(2) 新型传感器的开发与使用一直是各制造商和研究单位研究的热门，一批频带宽、灵敏度高、性能好的传感器逐渐应用于各发电机绝缘在线监测装置，但对于核电机组应选择典型机型，核电企业重在安全、可靠，而不是追求创新；

(3) 要从设计、招标开始，明确发电机在线监测装置的配置目的和原则，选择适用自己厂的机型和监测原理；

(4) 发电厂生产人员应联合装置制造厂成立发电机在线监测装置专项工作小组，定期跟踪分析数据，制定相应的指导性文件，积累运行经验，提高应用水平。

结束语

发电机容量的大小、冷却方式的不同、运行时间的长短、在线监测装置的性能和原理等都会对在线监测装置的分析结果产生影响。因此，如何合理配置发电机在线监测装置是一项比较复杂的策略性选择。尤其是在一切都讲究“安全第一”的核电厂，发电机绝缘在线监测装置的应用更要慎之。

参考文献：

[1]郭维芹.发电机局部放电射频在线监测[J].上海第二工业大学学报，2000(3).

[2]曹毅.大型发电机绝缘在线监测及故障诊断技术的应用研究[D].重庆大学，2001.

[3]王吕长，李福祺，高胜友.电力设备的在线监测与故障诊断[M].北京：清华大学出版社，1966.

[4]李树军.局部放电信号的提取与传输[J].高压电器，2000(1).

(责任编辑：孙强)

Application of Generator on Line Monitoring Device in Nuclear Power Plant

XU Xijia，XU Yinglin，LIN Luobo

( Huaneng Shandong Shidao Bay Nuclear Power Company, Rongcheng, Shandong 264312，China )

Abstract：With the development of electric power industry, various kinds of on-line monitoring devices have been widely used in the generator. Generator as a nuclear power plant equipment,the safe, reliable running is particularly important, generator insulation on-line monitoring device in addition to the generator local discharge on-line monitoring, the general configuration of insulation overheat online monitoring device.

Key words：generator；on-line monitoring；partial discharge；insulation overheating

中图分类号：TM611.22

文献标识码：A

文章编号：1671-4385(2016)01-0124-05

作者简介：徐西家(1988-)，男，山东济宁人，主要从事核电厂电气系统研究。

收稿日期：2015-12-15