射频监测装置在大型发电机上的应用.doc

射频监测装置在大型发电机上的应用 摘 要 嘉兴发电有限责任公司一期工程安装两台上海汽轮发电机有限公司生产的QFSN-300-2型水氢氢汽轮发电机组，发电机中性点采用高阻接地方式，在发电机中性点安装了上海第二工业大学生产的SJY-1射频监测仪。自1995年机组投入运行。该监测装置自机组投产以来运行情况良好，从98年8月开始在运行中发生过多次报警事件。通过多年对二台发电机射频监测仪报警现象的观察和分析，对射频监测仪所检测缺陷的类型、检测范围、灵敏度等有了初步的掌握。现将射频监测仪在300MW发电机上的应用情况进行简单介绍，供大家一起探讨。 主题词 射频监测仪 发电机组 应用1、射频监测仪工作原理发电机射频监测仪的全称为发电机局部放电射频监测仪，该仪器主要由高频电流传感器、射频信号接收及报警器（监测仪）等组成。如图，高频电流传感器安装于发电机中性点接地变压器的前端，用于接收发电机及辅助系统运行时所发出的射频信号，监测仪则对所接收的射频信号进行检测，以判断是否存在报警信号，如检测结果判断为异常，则发出报警信号。 中性点接地变压器 高频电流传感器 发电机 变压器监测仪 发电机正常运行时定子、转子绕组及其辅助系统中存在着多种射频干扰信号，而发电机本体或辅助系统出现缺陷（如定子断股、绝缘下降等）时，也会发出局部放电信号。射频监测仪能对中心频率在1MHz左右的高频信号进行检测，并将检测结果通过监测仪以百分数的形式显示出来。监测仪所检测到的高频信号电平与所显示的百分数之间的对应关系如下表：仪器检测到高频信号电平10V100V1000V10000V仪器所显示的百分数0%33%67%100%仪器所显示数字越大，表示所检测到的高频信号越大，发电机及辅助系统所发出的放电信号越强。发电机正常运行时，射频监测仪输出信号一般在30%以内，当射频信号异常升高时，表明发电机本体或辅助系统内存在放电性缺陷。我公司射频监测仪信号报警值设置为75%，即当射频信号达到或超过75%时，射频监测仪发出报警。2、射频监测仪报警情况(1) 98年8月13日19：45，#2发电机100%定子接地保护动作报警，同时#2发电机射频监测仪信号异常升高。98年8月19日02：10，#2发电机100%定子接地保护再次动作报警，射频监测仪信号也同时异常升高。(2) 99年3月5日到3月15日，#1发电机射频监测仪多次反复发出报警信号，最大达75%左右，具体报警情况见下表：日 期持续时间信 号 情 况3月5日4.5小时(6:30-11:10)信号晃动,最大达75%左右.3月6日-3月7日31小时(6:00-13:00)信号晃动,最大达75%左右.3月8日4小时(3:00-7:00)信号持续报警,约75%3月9日-3月10日27小时(13:00-16:00)信号晃动,最大达75%左右.3月12日-3月15日13小时(13:202:20)信号晃动,最大达75%左右,其中有两段时间（一段3小时 左右，一段5.5小时左右）信号一直维持在75%。(3) 2000年3月27日 4：55 #1发电机射频监测仪报警，信号指示在75%左右。27日10：04，10：35又两次报警，信号指示也在75%左右。(4) 2000年7月中旬到8月中旬，#1发电机射频监测仪信号不稳定，在20%-50%之间晃动（原来信号在20%-30%左右），有时瞬间达到80%以上报警。(5) 2001年2月11日，#1机组调停结束，并网后到晚上23:30左右，射频监测数值突然上升到70%80%，一直延续到2月12日10:30左右回复到30%附近。直至2月13日23:00，数值基本上在20%30%之间波动，但短时还有报警信号发出，发信次数逐渐减少，2月13日23:00以后不再发信,一直稳定在40%以下。2月14日22:20又突然上升，时间延续了约11个小时，再回到正常值，以后的走势一直呈间断性，而且无时间规律。至2月23日3:00左右，射频信号恢复正常。 (6) 2001年下半年2002年，#1发电机发生多次射频监测仪报警，但持续时间均不长，信号复归后又恢复正常。3、报警后的检查及处理每次发电机射频监测仪报警后，我们均组织专业人员对发电机本体包括辅助系统的运行状态以及发电机系统运行环境周围进行全面仔细的检查。因发电机射频监测仪监测范围非常大，能检出的缺陷类型也较多，如发电机定子断股、定子线圈表面受潮、导流部位接触不良、接地碳刷接触不良、封闭母线等辅助设备绝缘下降、局部放电等。所以检查的范围也较广，包括：l 发电机各运行参数：氢水压差、氢水温差、补氢量、氢气露点、各出水元件、槽内元件温度等。l 发电机大轴接地碳刷l 定子内冷水漏水情况。l 发电机封闭母线微正压装置运行情况，包括仪用空气含水量（封闭母线微正压装置气源为仪用空气）。l 发电机中性点连接部位、中性点接地压变。l 报警时天气情况，环境温度、湿度等。98年8月#2机100%定子接地保护动作且射频监测仪信号异常升高现象发生后，经本公司专业人员和射频监测仪及发电机生产厂家技术人员对#2发电机射频监测系统以及发电机各运行参数等情况的检查，认为#2发电机100%定子接地保护两次动作及射频仪的信号增大均真实地反映了发电机内部的实际状况，即发电机系统确实存在缺陷，但从当时射频监测仪信号量的大小及发电机的运行状况来看，尚不需要停机进行检查和处理。但须加强以下工作：（1） 运行中加强对发电机各运行参数的监视，有异常情况立即进行分析、检查，必要时停机进行检查。（2） 注意监视发电机射频监测仪所指示信号大小与发电机负荷变动的关系。（3） 继续对发电机漏水情况进行检查，定期检查检漏仪内是否有积水。（4） 检查定冷水箱上部氢气含量。（5） 趁停机时做发电机直流耐压试验，检查中性点对地绝缘电阻，看定子线棒是否有放电。根据以上对发电机射频监测信号的处理原则，运行及检修维护人员加强了对发电机运行参数的监视和分析，并利用机组检修的机会对发电机本体及辅助系统进行检查、试验。99年，利用#1#、2机组检修的机会，对#1、#2发电机及辅助系统进行了全面的检查和试验，除发现#1、#2发电机各有几只出线套管水电连接头绝缘不合格外（通过电位外移法），其它未发现有缺陷情况。2001年和2002年，#1、#2发电机分别进行了大修，通过大修检查和试验，未发现两台发电机存在能引起射频监测仪信号报警的缺陷。4 、射频监测仪报警设置的改进99年3月#1发电机射频监测仪持续报警，对#1发电机射频监测装置及发电机系统又进行了全面的检查，射频监测仪工作正常，未发生误报，对发电机系统的检查也未发现异常现象。由于射频监测仪测量范围大，灵敏度高，因此对射频监测仪所检测出的故障（或隐患）的部位很难判断。加上这次射频监测仪所记录的曲线特征是首次遇到，无法正确判断故障部位及故障类型。为了使射频监测装置对发电机的运行、维护工作更具有指导意义，射频监测仪生产厂家、上海电机厂、中试所及本公司技术人员共同商定，对发电机射频监测仪报警设置进行改进。将射频监测仪指示刻度划分为绝缘状况“正常”、“注意”、“警告”三个区域，绿色为安全区，黄色为注意区，红色为警告区。在报警信号分别指示在不同报警区域，应采取不同的处理措施。当指示值达到黄色区，说明发电机内存在轻微的异常情况，应引起注意，并在发电机检修时重点检查绝缘故障，当指示值达到红色区，应适时采取措施，如通过升降负荷观察指示电平与负荷的依赖性等，查明报警原因，必要时进行停机检查。5 、 原因分析发电机射频监测仪自98年出现第一次报警后，报警情况多次断续出现。特别是#1发电机，4年多来出现无时间规律的报警情况十多次，而不论是报警出现后立即对发电机进行检查，还是大、小修时通过对发电机的全面检查、试验，均未发现发电机内存在可能引起射频信号报警的缺陷。或在检修时发现了缺陷，并进行了处理，但发电机投运一段时间后，同样的报警信号又出现了，证明检修前出现的报警信号并不时检修时所发现的缺陷引起的。通过对#1、#2机组98年到2002年所有报警现象检查结果的分析、以及机组检修、试验情况的综合分析，首先排除以下几种可能性：（1） 发电机定子线圈断股。因为发电机定子线圈如出现断股，则在线圈断股处会出现放电现象。但随着发电机负荷的变化，由于流过定子线圈的电流发生变化，则线圈断股处的放电量也会发生变化，这种变化可通过射频监测仪信号量的大小反映出来。但发电机历次报警，未发现其信号大小随发电机负荷发生变化的现象。（2） 发电机线圈表面受潮。如发电机内氢气湿度过大，再加上氢-水温差没有调节好，则会造成发电机线圈表面积露，易产生表面闪络。另外，定子线圈渗漏水，也会导致线圈绝缘下降。但通过对#1、2发电机氢气湿度记录的检查，氢气湿度均在合格范围内，氢水温差也在要求范围内。对发电机检漏仪进行放水检查，也没有发现水或油水混合物。（3） 接地碳刷接触不良、其它导流部位接触不良。发电机有两处装有接地碳刷，一处在#5轴瓦处，另一处是励磁机处转子线圈接地检测碳刷。如这两处接地碳刷接触不良会发生放电，从而使监测信号增大。在运行中利用红外热像仪对发电机接地碳刷、中性点连接线、中性点压变等设备的检查，未发现有异常现象，大、小外长时对发电机的检查也未发现有接触不良的情况。为了找出发电机射频报警的规律，分析出报警的真正原因，以便于及时掌握发电机内存在的缺陷隐患，提高发电机的运行安全可靠性。对我们对#1、#2发电机自98年以来的多次报警情况进行列表分析（见下表）：#1、#2发电机历年报警情况分析表引起射频信号报警的可能原因报警的次数造成射频仪报警的原因分析发电机及辅助系统情况发电机各运行参数（线圈及出水温度、氢温、水温、氢水差压等）异常0发电机定子线圈漏水0发电机大轴接地碳刷接触不良0发电机中性点连接部位、中性点接地压变等连接部位异常0发电机停机后刚重新启动1发电机内部、封闭母线、出口PT、避雷器等绝缘水平降低。发电机封闭母线微正压装置退出运行1潮气浸入封闭母线内部，引起绝缘水平降低。封闭母线微正压装置气源湿度大1封闭母线内部湿度大，绝缘水平降低。运行环境情况阴雨天，环境空气湿度大6出口PT、避雷器运行环境湿度大，绝缘水平降低。夜晚，环境空气湿度大7出口PT、避雷器运行环境湿度大，绝缘水平降低。通过对上表的分析，发现发电机特别是封闭母线运行环境湿度的高低对射频信号的影响较大。因为报警现象大都在环境湿度较大的深夜及阴雨天气时发生，在中午或天气晴好时，其信号又降至10%-30%左右。有时在发电机停机多天后刚重新启动时（此时发电机及其辅助系统绝缘水平较低）发生报警，运行一段时间后，报警现象又自动消失。因此发电机射频信号报警主要与周围空气湿度有关。而发电机本体密封较好，且机内压力及温度均比外界高，外部潮气较难进入。只有发电机外部辅助系统会受空气湿度的影响，辅助系统中，封闭母线有微正压装置，其内部压力也比外界高，潮气不易进入。只有发电机出口PT、避雷器及封闭母线在微正压装置退出运行时，基本暴露在空气中，其绝缘水平受环境条件的影响较大。所以缺陷部位应集中在出口PT、避雷器及封闭母线处。该处设备发生报警的原因又有二方面：一是周围空气湿度大，导致设备表面绝缘性能下降，发生轻微的闪络现象。二是由于生产工艺等原因，在#1发电机出口PT、避雷器及封闭母线内部某处存在尖刺等，当周围空气湿度大时，发生尖端放电。这也是射频信号报警集中在#1发电机，而#2发电机只在98年发生过一次报警后未再发生的原因。6、结论通过对发电机射频监测仪多年报警情况的检查、分析，我们认为#1发电机出口PT、避雷器、封闭母线部位存在绝缘薄弱环节，在周围环境湿度较大时会出现放电现象。在以后的检修试验工作中，应加强对这部分设备的检查试验，找出薄弱点并进行处理，以及保证发电机封闭母线微正压装置的正常投运，和微正压装置气源的洁净、干燥，以确保发电机辅助系统设备的安全运行。射频监测仪检测灵敏度较高，检测范围也较广，能够及时检测出发电机及其辅助系统存在的缺陷情况。对于指导生产现场运行、检修工作意义十分重大，可以提前掌握发电机的绝缘状况、以及设备缺陷的发展趋势，在设备出现一些异常情况能及时提醒技术人员进行异常分析和检查，使机组设备的检修工作能更加明确。但是，在现场的运行应用中，我们也感到新的在线检测设备，在被测设备有异常发生报警时，对于报警的判据及判断尺度上较难准确把握。目前该种类型的在线监测仪器在发电机上的使用尚处于摸索阶段，还没有一套较完善的分析判断规则。我们希望与相关仪器的制造单位、科研机构和现场使用部门一起努力，摸索出一套发电机射频监测仪在对发电机各类缺陷报警的分析判断规则，以便使射频监测仪能真正指导发电机的状态检修工作。