張德友

電機(jī)絕緣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在南水北調(diào)寶應(yīng)泵站中的應(yīng)用

張德友

一、寶應(yīng)泵站概況

南水北調(diào)寶應(yīng)泵站工程位于江蘇省揚(yáng)州市寶應(yīng)縣范水鎮(zhèn)境內(nèi),作為南水北調(diào)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(jí)抽水站，以滿足南水北調(diào)規(guī)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(qū)澇水。

寶應(yīng)泵站一期工程設(shè)計(jì)規(guī)模100 m3/s，選用3500HDQ-7.6型立式導(dǎo)葉液壓全調(diào)節(jié)混流泵，配TL-3400/48立式同步電動(dòng)機(jī)4臺(tái)套，設(shè)計(jì)揚(yáng)程7.6m，單機(jī)設(shè)計(jì)流量33.4m3/s，配套電機(jī)功率3400kW，總裝機(jī)容量13600kW。

二、當(dāng)前主要電機(jī)絕緣檢測(cè)技術(shù)概況

運(yùn)行中的高壓電機(jī)長(zhǎng)期受電場(chǎng)、化學(xué)、機(jī)械以及導(dǎo)體發(fā)熱和外部環(huán)境等條件的影響,將逐步老化,導(dǎo)致絕緣性能下降并出現(xiàn)絕緣缺陷,若不及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取有效措施,必將引發(fā)設(shè)備的絕緣事故,造成重大經(jīng)濟(jì)損失。

目前,對(duì)高壓電機(jī)進(jìn)行維護(hù)的依據(jù)是“電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程”,即在設(shè)備停電的情況下進(jìn)行定期計(jì)劃維修和試驗(yàn)。這是現(xiàn)階段保證電力設(shè)備安全運(yùn)行的重要手段。但是，定期停電進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)存在不足，主要表現(xiàn)在以下幾方面：漏報(bào)，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部絕緣隱患；早報(bào)或誤報(bào)，定期停電試驗(yàn)不能真實(shí)反映設(shè)備的絕緣狀態(tài)，使得加強(qiáng)監(jiān)測(cè)尚可繼續(xù)運(yùn)行的設(shè)備提早退出運(yùn)行；檢修費(fèi)用高，每年在預(yù)防性試驗(yàn)期間，要投入大量人力、物力，并因停電試驗(yàn)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。

20世紀(jì)70年代以來(lái)，隨著電子技術(shù)、傳感器技術(shù)以及計(jì)算機(jī)信息處理等技術(shù)的發(fā)展，絕緣在線監(jiān)測(cè)在國(guó)內(nèi)外得到較大發(fā)展，由帶電測(cè)試階段逐步發(fā)展到在線監(jiān)測(cè)及智能診斷。

三、寶應(yīng)泵站電機(jī)絕緣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

寶應(yīng)泵站引進(jìn)了加拿大IRIS公司生產(chǎn)的“電機(jī)在線局放監(jiān)測(cè)儀”及相應(yīng)的軟件技術(shù)（水利部“94.8”項(xiàng)目），該設(shè)備技術(shù)具有國(guó)際領(lǐng)先水平，不僅可以改善目前我國(guó)電機(jī)絕緣監(jiān)測(cè)狀況，而且還可極大地提高電機(jī)絕緣監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化水平，提高了電機(jī)運(yùn)行的可靠性，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)狀況的遙測(cè)和預(yù)警，在我國(guó)水利系統(tǒng)具有廣泛的市場(chǎng)和很好的推廣前景。

1.寶應(yīng)泵站電機(jī)絕緣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)

電機(jī)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(shí)間極快的小電流脈沖，即超窄脈寬的脈沖；在放電原點(diǎn)處，脈沖的上升時(shí)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(jiān)測(cè)局放信號(hào)必須在高頻段監(jiān)測(cè)，至少在50～250MHz，具體見(jiàn)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(nèi)監(jiān)測(cè)局放信號(hào)可以獲得較高的信噪比（信噪比=局放信號(hào)/噪聲信號(hào)），如果噪聲信號(hào)不能被儀器自動(dòng)分離,則監(jiān)測(cè)的結(jié)果將難以應(yīng)用，如果噪聲信號(hào)能夠被儀器自動(dòng)分離，則監(jiān)測(cè)的結(jié)果可以應(yīng)用。

2.寶應(yīng)泵站電機(jī)絕緣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)原理

加拿大IRIS公司設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的耦合器和局部放電儀成功地分離了噪聲信號(hào)和局部放電信號(hào)，母線耦合器是80 pF的環(huán)氧云母電容器，簡(jiǎn)稱EMC。應(yīng)用中，將3只母線耦合器的高壓端直接安裝在電機(jī)定子三相線圈進(jìn)線端，分別監(jiān)測(cè)電機(jī)定子三相的局部放電信號(hào)；PDTracTM局部放電監(jiān)測(cè)儀將母線耦合器的低壓端及濕度傳感器通過(guò)電纜接入PDTrac，從PDTrac的以太網(wǎng)接口通過(guò)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)集線器（Hub）直接連接到控制室的主機(jī)上,在控制室的主機(jī)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(jìn)行了各種參數(shù)的設(shè)置；用筆記本電腦通過(guò) PDTrac面板上的RS232口分別與四臺(tái)PDTrac相連，通過(guò)IRIS電力工程公司的相應(yīng)軟件設(shè)置四臺(tái)PDTrac的IP地址，其具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

PDTracTM局部放電監(jiān)測(cè)儀是通過(guò)PDTrac來(lái)采集并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，PDTrac最長(zhǎng)可以存儲(chǔ)兩年運(yùn)行的數(shù)據(jù)。通過(guò)安裝在控制室主機(jī)的軟件可以連接PDTrac儀器并下載PDTrac內(nèi)存儲(chǔ)的最新或歷史數(shù)據(jù)，通過(guò)軟件還可以得到電機(jī)每相的放電值Qm（局部放電脈沖幅度在每秒10個(gè)脈沖處的峰值）、放電量NQN（局部放電脈沖活動(dòng)的總數(shù)）及每相局部放電圖。

寶應(yīng)泵站的“PDTracTM局部放電監(jiān)測(cè)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(gè)綜合性數(shù)據(jù):放

電值Qm、放電量NQN?？梢酝ㄟ^(guò)測(cè)量得到的局部放電圖及Qm值、NQN值與IRIS公司的數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)值進(jìn)行比較，從而查找出電機(jī)當(dāng)前的局部放電指標(biāo)，反映出電機(jī)的絕緣特性。

3.寶應(yīng)泵站電機(jī)絕緣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)特點(diǎn)

目前，加拿大IRIS公司生產(chǎn)的“電機(jī)在線局放監(jiān)測(cè)儀”具有國(guó)際領(lǐng)先水平。該產(chǎn)品安裝使用方便，并能與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)方便對(duì)接，數(shù)據(jù)傳遞精度高，能在不停機(jī)的情況下確定電機(jī)的絕緣特性，給出電機(jī)維修的優(yōu)先級(jí)，預(yù)測(cè)電機(jī)可能出現(xiàn)故障的時(shí)間，有計(jì)劃地對(duì)電機(jī)進(jìn)行維修。同時(shí)，先進(jìn)的專家分析軟件系統(tǒng)能輕易地讓非專業(yè)人員熟練地診斷潛在的問(wèn)題并制定有效的維護(hù)和運(yùn)行策略，可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)運(yùn)行絕緣監(jiān)測(cè)的遙測(cè)、遙控及無(wú)人值守。其具體的技術(shù)特點(diǎn)有：

（1）不停機(jī)測(cè)試

局部放電絕緣監(jiān)測(cè)儀可以在不停機(jī)的情況下對(duì)電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，使得監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)更加真實(shí)可靠，同時(shí)有效提高設(shè)備運(yùn)行的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)效益。

（2）采用先進(jìn)的噪聲分離技術(shù)

局部放電絕緣監(jiān)測(cè)儀采用了準(zhǔn)確無(wú)誤的噪聲分離技術(shù)，用以克服現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中的各種噪聲的干擾，確保了監(jiān)測(cè)結(jié)果的精確性和可靠性。

（3）采用預(yù)先報(bào)警技術(shù)

局部放電絕緣監(jiān)測(cè)儀還采用了預(yù)先報(bào)警技術(shù)。當(dāng)報(bào)警發(fā)生后，現(xiàn)場(chǎng)維修人員可以通過(guò)察看局部放電脈沖幅值圖，并應(yīng)用現(xiàn)成的解釋規(guī)則確定報(bào)警的原因。

（4）應(yīng)用預(yù)知維修

預(yù)知維修實(shí)際上是一種計(jì)劃性的維修。對(duì)電機(jī)進(jìn)行停機(jī)維修并不是根據(jù)所運(yùn)行的小時(shí)數(shù)，或從最近一次維修到目前所間隔的時(shí)間，而是當(dāng)在線監(jiān)測(cè)預(yù)示到某些故障即將來(lái)臨時(shí)，才對(duì)電機(jī)進(jìn)行維修。預(yù)知維修應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)可以帶來(lái)以下好處：第一，如果監(jiān)測(cè)結(jié)果表明電機(jī)處于良好狀態(tài)，兩次停機(jī)的間隔可以延長(zhǎng)，從而提高了設(shè)備的利用率，也有助于避免停機(jī)維修期間的不良操作；第二，如果早期發(fā)現(xiàn)故障隱患，可以在方便的時(shí)間安排停機(jī)維修；第三，更換繞組和類似有關(guān)大修是根據(jù)需要而定，不是根據(jù)時(shí)間而定。

圖1 電機(jī)局部放電特性

圖2 電機(jī)局部放電脈沖和噪聲脈沖分布

圖3 電機(jī)絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

四、寶應(yīng)泵站電機(jī)絕緣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)分析

寶應(yīng)泵站電動(dòng)機(jī)局部放電傳感器直接連接到電動(dòng)機(jī)的高壓接線端，其傳感器為專用的環(huán)氧樹(shù)脂—云母母線耦合器。連續(xù)性局部放電監(jiān)測(cè)儀是指在電機(jī)運(yùn)行時(shí)就一直對(duì)電樞繞組的絕緣進(jìn)行監(jiān)測(cè)。連續(xù)絕緣監(jiān)測(cè)儀可方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、遙測(cè)，還具有自動(dòng)警報(bào)功能。專家系統(tǒng)分析軟件一般采用先進(jìn)的統(tǒng)計(jì)分析方法和廣泛的知識(shí)庫(kù)來(lái)確定電機(jī)否有輕微或嚴(yán)重的故障。專家系統(tǒng)分析軟件可讓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和分析結(jié)果以圖形顯示。因此現(xiàn)場(chǎng)非專業(yè)運(yùn)行人員就可方便、客觀地對(duì)電機(jī)絕緣狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估和診斷，并制定出有效維護(hù)和運(yùn)行策略計(jì)劃。

對(duì)于當(dāng)前運(yùn)用越來(lái)越多的高壓電機(jī)和電氣設(shè)備，采用絕緣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)非常必要，尤其對(duì)于運(yùn)行了一定時(shí)間的老電機(jī)、老設(shè)備，加裝絕緣在線監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)于提高設(shè)備運(yùn)行的安全性非常有效。但在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的絕緣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)時(shí)也要加重對(duì)其消化吸收，尤其要開(kāi)發(fā)出適合國(guó)內(nèi)用戶的中文操作界面和系統(tǒng)；同時(shí)通過(guò)改進(jìn)，降低相應(yīng)監(jiān)測(cè)設(shè)備的價(jià)格，使得絕緣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)可以大面積推廣應(yīng)用■

（作者單位：江蘇省淮沭新河管理處223005）