電機絕緣在線監測技術在南水北調寶應泵站中的應用

張德友

電機絕緣在線監測技術在南水北調寶應泵站中的應用

張德友

一、寶應泵站概況

南水北調寶應泵站工程位于江蘇省揚州市寶應縣范水鎮境內,作為南水北調東線一期工程的水源工程，其主要作用是與江都抽水站共同組成第一級抽水站，以滿足南水北調規劃確定的東線一期工程抽江水500m3/s北送的要求，并可抽排江蘇省里下河地區澇水。

寶應泵站一期工程設計規模100 m3/s，選用3500HDQ-7.6型立式導葉液壓全調節混流泵，配TL-3400/48立式同步電動機4臺套，設計揚程7.6m，單機設計流量33.4m3/s，配套電機功率3400kW，總裝機容量13600kW。

二、當前主要電機絕緣檢測技術概況

運行中的高壓電機長期受電場、化學、機械以及導體發熱和外部環境等條件的影響,將逐步老化,導致絕緣性能下降并出現絕緣缺陷,若不及時發現并采取有效措施,必將引發設備的絕緣事故,造成重大經濟損失。

目前,對高壓電機進行維護的依據是“電氣設備預防性試驗規程”,即在設備停電的情況下進行定期計劃維修和試驗。這是現階段保證電力設備安全運行的重要手段。但是，定期停電進行預防性試驗存在不足，主要表現在以下幾方面：漏報，不能及時發現設備內部絕緣隱患；早報或誤報，定期停電試驗不能真實反映設備的絕緣狀態，使得加強監測尚可繼續運行的設備提早退出運行；檢修費用高，每年在預防性試驗期間，要投入大量人力、物力，并因停電試驗造成較大的經濟損失。

20世紀70年代以來，隨著電子技術、傳感器技術以及計算機信息處理等技術的發展，絕緣在線監測在國內外得到較大發展，由帶電測試階段逐步發展到在線監測及智能診斷。

三、寶應泵站電機絕緣在線監測技術

寶應泵站引進了加拿大IRIS公司生產的“電機在線局放監測儀”及相應的軟件技術（水利部“94.8”項目），該設備技術具有國際領先水平，不僅可以改善目前我國電機絕緣監測狀況，而且還可極大地提高電機絕緣監測的自動化水平，提高了電機運行的可靠性，實現現場電機狀況的遙測和預警，在我國水利系統具有廣泛的市場和很好的推廣前景。

1.寶應泵站電機絕緣在線監測技術基礎

電機絕緣性能主要反映在其局部放電的特性，局部放電脈沖具有如下特性：上升時間極快的小電流脈沖，即超窄脈寬的脈沖；在放電原點處，脈沖的上升時間大約只有1-5ns；局部放電脈沖的頻率f大約在50～250 MHz之間。因此，監測局放信號必須在高頻段監測，至少在50～250MHz，具體見圖1、圖2是局放脈沖和噪聲脈沖的分布圖。

由圖2可以看出噪聲脈沖的頻率通常小于20 MHz，在高頻譜范圍內監測局放信號可以獲得較高的信噪比（信噪比=局放信號/噪聲信號），如果噪聲信號不能被儀器自動分離,則監測的結果將難以應用，如果噪聲信號能夠被儀器自動分離，則監測的結果可以應用。

2.寶應泵站電機絕緣在線監測技術原理

加拿大IRIS公司設計和生產的耦合器和局部放電儀成功地分離了噪聲信號和局部放電信號，母線耦合器是80 pF的環氧云母電容器，簡稱EMC。應用中，將3只母線耦合器的高壓端直接安裝在電機定子三相線圈進線端，分別監測電機定子三相的局部放電信號；PDTracTM局部放電監測儀將母線耦合器的低壓端及濕度傳感器通過電纜接入PDTrac，從PDTrac的以太網接口通過一個網絡集線器（Hub）直接連接到控制室的主機上,在控制室的主機上安裝了IRIS電力工程公司的PDPro及PDView軟件，安裝成功后，在軟件上進行了各種參數的設置；用筆記本電腦通過 PDTrac面板上的RS232口分別與四臺PDTrac相連，通過IRIS電力工程公司的相應軟件設置四臺PDTrac的IP地址，其具體結構見圖3。

PDTracTM局部放電監測儀是通過PDTrac來采集并存儲數據的，PDTrac最長可以存儲兩年運行的數據。通過安裝在控制室主機的軟件可以連接PDTrac儀器并下載PDTrac內存儲的最新或歷史數據，通過軟件還可以得到電機每相的放電值Qm（局部放電脈沖幅度在每秒10個脈沖處的峰值）、放電量NQN（局部放電脈沖活動的總數）及每相局部放電圖。

寶應泵站的“PDTracTM局部放電監測儀”可以提供局部放電脈沖幅值分析圖（二維圖像），還可提供兩個綜合性數據:放

電值Qm、放電量NQN。可以通過測量得到的局部放電圖及Qm值、NQN值與IRIS公司的數據庫中的數值進行比較，從而查找出電機當前的局部放電指標，反映出電機的絕緣特性。

3.寶應泵站電機絕緣在線監測技術特點

目前，加拿大IRIS公司生產的“電機在線局放監測儀”具有國際領先水平。該產品安裝使用方便，并能與計算機監控系統方便對接，數據傳遞精度高，能在不停機的情況下確定電機的絕緣特性，給出電機維修的優先級，預測電機可能出現故障的時間，有計劃地對電機進行維修。同時，先進的專家分析軟件系統能輕易地讓非專業人員熟練地診斷潛在的問題并制定有效的維護和運行策略，可以方便地實現對電機運行絕緣監測的遙測、遙控及無人值守。其具體的技術特點有：

（1）不停機測試

局部放電絕緣監測儀可以在不停機的情況下對電機進行實時監測，使得監測到的數據更加真實可靠，同時有效提高設備運行的安全可靠性和經濟效益。

（2）采用先進的噪聲分離技術

局部放電絕緣監測儀采用了準確無誤的噪聲分離技術，用以克服現場環境中的各種噪聲的干擾，確保了監測結果的精確性和可靠性。

（3）采用預先報警技術

局部放電絕緣監測儀還采用了預先報警技術。當報警發生后，現場維修人員可以通過察看局部放電脈沖幅值圖，并應用現成的解釋規則確定報警的原因。

（4）應用預知維修

預知維修實際上是一種計劃性的維修。對電機進行停機維修并不是根據所運行的小時數，或從最近一次維修到目前所間隔的時間，而是當在線監測預示到某些故障即將來臨時，才對電機進行維修。預知維修應用于電動機和發電機可以帶來以下好處：第一，如果監測結果表明電機處于良好狀態，兩次停機的間隔可以延長，從而提高了設備的利用率，也有助于避免停機維修期間的不良操作；第二，如果早期發現故障隱患，可以在方便的時間安排停機維修；第三，更換繞組和類似有關大修是根據需要而定，不是根據時間而定。

圖1 電機局部放電特性

圖2 電機局部放電脈沖和噪聲脈沖分布

圖3 電機絕緣在線監測系統

四、寶應泵站電機絕緣在線監測技術分析

寶應泵站電動機局部放電傳感器直接連接到電動機的高壓接線端，其傳感器為專用的環氧樹脂—云母母線耦合器。連續性局部放電監測儀是指在電機運行時就一直對電樞繞組的絕緣進行監測。連續絕緣監測儀可方便地實現數據存儲、遙測，還具有自動警報功能。專家系統分析軟件一般采用先進的統計分析方法和廣泛的知識庫來確定電機否有輕微或嚴重的故障。專家系統分析軟件可讓監測數據和分析結果以圖形顯示。因此現場非專業運行人員就可方便、客觀地對電機絕緣狀態進行評估和診斷，并制定出有效維護和運行策略計劃。

對于當前運用越來越多的高壓電機和電氣設備，采用絕緣在線監測技術非常必要，尤其對于運行了一定時間的老電機、老設備，加裝絕緣在線監測設備對于提高設備運行的安全性非常有效。但在引進國外先進的絕緣在線監測技術時也要加重對其消化吸收，尤其要開發出適合國內用戶的中文操作界面和系統；同時通過改進，降低相應監測設備的價格，使得絕緣在線監測技術可以大面積推廣應用■

（作者單位：江蘇省淮沭新河管理處223005）