一种用于大型水轮发电机定子绕组局部放电的检测方法与流程

本发明涉及大型水轮发电机局部放电检测，具体是一种用于大型水轮发电机定子绕组局部放电的检测方法。

背景技术：

大型发电机定子是发电机中的重要组成部分，其作用是产生旋转磁场，使转子在切割磁场的时候产生电流。发电机定子绕组具有电压高、电流大的特点。随着经济社会的不断发展，电力系统电压等级和装机容量不断增大，用户对电能质量和供电可靠性的要求越来越高，这给电机定子绕组的运行可靠性提出了更高的要求。

然而，由于发电机的长期运行，定子绕组绝缘材料的老化，以及发电机定子绕组绝缘垫块受到长期的电磁力振动而产生的气隙，加之电站处于高海拔环境等自然因素，定子绕组端部容易产生局部放电。长期的局部放电使绝缘材料老化、变性，进一步加剧了局部放电的严重程度，增加了电机故障的可能性，影响了对用户供电可靠性的要求。

目前标准对电机绕组局部放电的检测主要为目测法和紫外成像法。目测法存在较大的主观因素，紫外成像仪受到环境条件、紫外增益、监测距离等各种因素的影响，难以通过某一光子数进行标定。也可通过在地线上引出检测电阻以测量泄漏电流的方式来检测局放电流，但可能受到地线上存在的其他干扰影响。

技术实现要素：

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种用于大型水轮发电机定子绕组局部放电的检测方法，主要包括以下步骤：

1)搭建定子绕组局部放电检测系统，包括待检测定子绕组、电源、天线、示波器、电阻和上位机。

其中，电源为待检测定子绕组供电。天线设置于待检测定子绕组端部旁侧。天线通过同轴电缆连接示波器的输入端。电阻与示波器输入端并联。上位机通过同轴电缆连接示波器的输出端。

进一步，同轴电缆阻抗和电阻阻值相同。

2)电源对待检测定子绕组分段加压。

进一步，电源对待检测定子绕组分段加压的主要步骤如下：

2.1)在初始时刻，对待检测定子绕组施加u电压。u初始值为待检测定子绕组所处海拔高度对应的电晕起始电压。

2.2)每隔t周期，更新施加电压u＝u+δu。δu为分段加压值。

2.3)判断u>75％umax是否成立，若成立，则更新施加电压u＝u+5％umax，若不成立，则返回步骤2。umax为最高试验电压。

2.4)判断u>umax是否成立，若成立，则结束加压，若不成立，则返回步骤2。

3)加压过程中，天线监测待检测定子绕组发送的电磁波脉冲信号，并发送至示波器。

4)示波器接收到天线采集的电磁波脉冲信号后，绘制并显示电磁波脉冲信号波形。所述示波器将电磁波脉冲信号波形发送至上位机。

5)所述上位机对电磁波脉冲信号波形进行处理，提取不同电压下电磁波脉冲信号产生时间和位置，从而对待检测定子绕组局部放电位置进行划分，提取脉冲最大幅值和/或脉冲数量，从而对待检测定子绕组严重程度进行划分。

识别待检测定子绕组局部放电位置的方法为：识别不同示波器采集频率对应的电磁波脉冲信号波形的特征峰，若放电脉冲特征峰产生时间∈[t1,t2]，则待检测定子绕组为内部放电，若放电脉冲特征峰产生时间∈[t3,t4]，则待检测定子绕组为表面电晕放电。其中，t2<t3。

提取脉冲最大幅值和/或脉冲数量，从而对待检测定子绕组严重程度进行划分的方法为：

a)建立脉冲最大幅值概率密度曲线和/或脉冲数量概率密度曲线。

b)设定分界线，从而将脉冲最大幅值概率密度曲线和/或脉冲数量概率密度曲线划分为三段，分别对应轻度放电、中度放电和重度放电。

本发明的技术效果是毋庸置疑的。本发明可通过搭配不同型号的示波器或采集卡达到较高的灵敏度，并且得到的放电脉冲受噪声的影响小，通过收集到的电磁波信息可以客观判断是否有局部放电产生。特高频天线检测技术原理简单，安装方便，能够准确、客观地反应电机定子绕组局部放电的现象。

附图说明

图1为定子模拟绕组试验接线示意图；

图2为18.9kv下局部放电信号波形图；

图3为20.9kv下局部放电信号波形图；

图4为23.3kv下局部放电信号波形图；

图5为示波器的采集频率为100m时高频天线检测到的数据的幅频特性曲线；

图6为示波器的采集频率为500m时高频天线检测到的数据的幅频特性曲线；

图7为高频天线检测信号脉冲最大幅值的概率密度曲线；

图中，待检测定子绕组1、电源2、天线3和示波器4。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

参见图1，一种用于大型水轮发电机定子绕组局部放电的检测方法，主要包括以下步骤：

1)搭建定子绕组局部放电检测系统，包括待检测定子绕组1、电源2、天线3、示波器4、电阻和上位机。

其中，电源2为待检测定子绕组1供电。天线3设置于待检测定子绕组1端部旁侧。天线3通过同轴电缆连接示波器4的输入端。电阻与示波器4输入端并联，以消除工频耦合信号。上位机通过同轴电缆连接示波器4的输出端。

进一步，同轴电缆阻抗和电阻阻值相同，均为50ω。

进一步，通过设计天线3只接受所需信号频带范围内的带宽，这样就自动过滤了低频噪声和工频耦合信号，通过带宽的正确设计也能过滤更高的移动通信信号，从而准确获得局部放电的电磁波信号。其客观性在于当定子绕组发生局部放电时，将会产生幅值高于背景噪声信号的电磁波脉冲，具有很高的辨识度。安装位置比较自由，总体来说，距离检测部位越近，信号幅值越高，辨识度越可观。

2)电源2对待检测定子绕组1分段加压。

进一步，电源2对待检测定子绕组1分段加压的主要步骤如下：

2.1)在初始时刻，对待检测定子绕组1施加u电压。u初始值为待检测定子绕组1所处海拔高度对应的电晕起始电压。

2.2)每隔t周期，更新施加电压u＝u+δu。δu为分段加压值，即每一次加压的电压增量。

2.3)判断u>75％umax是否成立，若成立，则更新施加电压u＝u+5％umax，若不成立，则返回步骤2。umax为最高试验电压。

2.4)判断u>umax是否成立，若成立，则结束加压，若不成立，则返回步骤2。

3)加压过程中，天线3监测待检测定子绕组1发送的电磁波脉冲信号，并发送至示波器4。

4)示波器4接收到天线3采集的电磁波脉冲信号后，绘制并显示电磁波脉冲信号波形。所述示波器4将电磁波脉冲信号波形发送至上位机。

5)所述上位机对电磁波脉冲信号波形进行处理，提取不同电压下电磁波脉冲信号产生时间和位置(工频正半周或工频负半周)，从而对待检测定子绕组1局部放电位置进行划分，提取脉冲最大幅值和/或脉冲数量，从而对待检测定子绕组1严重程度进行划分。

识别待检测定子绕组局部放电位置的方法为：识别不同示波器4采集频率对应的电磁波脉冲信号波形的特征峰，若放电脉冲特征峰产生时间∈[t1,t2]，则待检测定子绕组1为内部放电，若放电脉冲特征峰产生时间∈[t3,t4]，则待检测定子绕组1为表面电晕放电。其中，t2<t3。

提取脉冲最大幅值和/或脉冲数量，从而对待检测定子绕组严重程度进行划分的方法为：

a)建立脉冲最大幅值概率密度曲线和/或脉冲数量概率密度曲线。

b)基于显著性因子α设定分界线，从而将脉冲最大幅值概率密度曲线和/或脉冲数量概率密度曲线划分为三段，分别对应待检测定子绕组1轻度放电、中度放电和重度放电。

实施例2：

参见图2至图4，一种用于大型水轮发电机定子绕组局部放电的检测方法，主要包括以下步骤：

1)搭建定子绕组局部放电检测系统。

2)电源2对待检测定子绕组1分段加压。

3)加压过程中，天线3监测待检测定子绕组1发送的电磁波脉冲信号，并发送至示波器4。加压时，p＝79.41kpa,t＝35℃,rh＝60％。

4)示波器4接收到天线3采集的电磁波脉冲信号后，绘制并显示电磁波脉冲信号波形。所述示波器4将电磁波脉冲信号波形发送至上位机。

参见图2至图4显示的不同外施加电压下电晕局部放电信号发展过程，在某一电压时刻前，示波器接收到的局部放电波形应与图2类似，没有出现脉冲形式的电磁波。

进一步提高外施加电压，示波器接收到的局部放电波形与图3类似，并且在工频负半周期率先出现脉冲形式的电磁波，此时的外施加电压与模拟绕组的电晕起始电压最为接近。

再提升外施加电压后，示波器接收到的局部放电波形与图4类似，并且在工频正半周期也出现了脉冲形式的电磁波，局部放电脉冲数量比先前外施加电压下的脉冲数量明显增多，说明此时的局部放电变得更加严重。

在同一环境参数下进行多次重复性试验，在工频负半周期出现脉冲形式电磁波时，外施加电压与图3的外施加电压值接近，进一步升高外施加电压后也与图4类似，在工频正半周期也出现脉冲电磁波波形。

5)所述上位机对电磁波脉冲信号波形进行处理，提取不同电压下电磁波脉冲信号产生位置、脉冲最大幅值和脉冲数量，从而对待检测定子绕组1局部放电严重程度进行等级划分。

进一步，通过高频天线检测到的数据进行幅频特性分析，根据在不同频段内的特征峰进行判断是定子绕组内部放电还是绕组端部的表面放电。图5示波器的采集频率为100m，可看到在10mhz为主要放电图谱，说明放电脉冲多为几十到几百纳秒之间，符合表面电晕放电的特征。图6示波器的采集频率为500m，可看到更高的特征峰出现在100m频率后，且靠近500m，说明放电脉冲多为1～5ns之间，符合绕组内部放电的特征。

进一步，以脉冲最大幅值特征量为例，通过将高频天线置于离样品某一距离下，统计电磁波脉冲最大幅值概率密度曲线，划分局放严重程度。

需要说明的是，这只是说明一种划分局放严重程度的方法，因为高频天线放置的位置不同便会引起幅值的变化和可测得的脉冲数量的变化，并且特征量可以选取电磁波脉冲信号产生位置、脉冲最大幅值和脉冲数量等。如图7所示，为在某环境条件下统计得到的高频天线检测信号脉冲最大幅值的概率密度曲线，需要说明的是，统计的数据越多，得到的概率密度曲线越完整。

以显著性因子α<0.5为例当做划分界线(可根据需要采用不同值)，可得到两个值：放电程度划分标准参数vlow≈7.8mv，放电程度划分标准参数vhigh≈18.8mv，因此得到如表1所示的划分结果。v为放电电压。

表1定子绕组局部放电严重程度划分

实施例3：

一种用于大型水轮发电机定子绕组局部放电的检测系统，包括待检测定子绕组1、电源2、天线3、示波器4、电阻和上位机。

其中，电源2为待检测定子绕组1供电。天线3设置于待检测定子绕组1端部旁侧。天线3通过同轴电缆连接示波器4的输入端。电阻与示波器4输入端并联。上位机通过同轴电缆连接示波器4的输出端。