一种基于虚拟仪器的旋转电机在线局部放电监测系统的开发和应用经验

摘要

对于局部放电的测量,尽管在解释及诊断上仍存在着技术性难题,但它仍然是用来实时监测高电压旋转电机电介质的唯一有效工具.局部放电在线监测(在设备正常运行期间)可以持续性进行,也可以定期测量.在这两种情况下,其初始费用除了测量系统本身以外,还包括在所监控的电机上安装永久性的局部放电传感器.在旋转电机上安装固定耦合电容器和测量电路是在计划维修期间进行的,诸如此类的投资在短期内便可回收,因为每个后续测量的费用几乎为零.然而,经验表明局部放电监测在巴西的水力发电厂还不是一项被广泛应用的惯例.在某种程度上,这是由于局部放电评估技术(与其他已经建立完备的预测性评估技术相比,例如振动监测)显然更加复杂而且需要资深专家的分析.而且,高价的测量设备和持续测量系统对局部放电监测的传播也是个重大的障碍.为了使水力发电厂能够负担得起持续的局部放电监测,Cepel电能研究中心和Eletronorte(巴西电力公司Eletrobras的子公司,负责亚马逊地区的发电、输变电及配电)提供了一个解决方法,就是源于一个模块化系统的开发,用来基于虚拟设备对局部放电进行测量.本文不但提出此系统的设计特点,而且还分享了Eletronorte公司用来监测水轮发电机的经验.最初的局部放电测量系统通常包括模拟信号处理电路和示波器或检流计,监测结果实时给出.测量结果以笔记或视觉指示器中截取的照片形式存储.从模拟系统逐步发展,现在最新的局部放电测量仪器采用数字技术.模拟信号处理电路被极大地简化,用专用集成电路的数字化处理(ASICs)或现场可编程门阵列(FPGAs)来代替.这样的系统也受益于计算系统的发展,信息的可视化、处理和存储可以采用新的形式.此外,测量系统的带宽正在逐步扩大,已经可以采用新的信号处理方式,例如基于所检测到局部放电脉冲的波形参数来分辨信号源.最近,随着数据访问和处理技术的发展和传播,虚拟仪器系统在研究院和工业各行领域正逐步占领着更大的空间.这种系统的特点是使用通用模块的硬件和根据用户专门定制的软件.因此,虚拟仪器系统能拥有更低的费用和更高的灵活性,由此可以更好地贴合每个测量的特殊需求.本文所提出的虚拟仪器局部放电测量系统包括测量系统的架构和硬件模块的技术条件的确定,以及信号处理算法和局部放电测量的控制软件的开发.对于基于虚拟仪器的局部放电测量系统的功能有如下要求:在高频频带的测量,即从1MHz～30MHz.·采用三相同步测量的方案顺序检测所有的监测通道.·通道的数量根据需要可变,可通过添加新模块进行扩展.·测量结果要标准化并且在公司的网络维护中可以访问数据.·集中分析所有被监控的电机和测量点,并且指出那些需要更详细跟踪的部分.·与其他相关系统进行连接和关联,包括设备和其他检测系统的运行参数.本文提出了开发系统的架构和到目前为止取得的效果.该系统在旋转电机的监控和预测诊断方面显示出巨大的优势,与此同时该系统还具有灵活性及较高的性价比.