文档介绍：华中科技大学
博士学位论文
大型发电机局部放电在线监测与分析方法研究
姓名:万元
申请学位级别:博士
专业:系统分析与集成
指导教师:李朝晖
20090601
摘要
大型发电机作为系统内的主电源,是电力系统的关键设备,其运行的安全性历
来受到高度地重视。发电机安全运行的主要威胁之一来自绝缘体系,而局部放电活
动是定子绝缘劣化的重要征兆。因此,长期以来,局部放电在线监测已被应用为
检测和诊断发电机绝缘状况的重要手段,是发电机状态监测的重要内容,也是人们
研究的热点与难点。在对当前发电机局部放电在线监测方法及研究现状进行总结的
基础上,结合葛洲坝电厂的具体需求及其发电机的具体参数,通过理论与实践相结
合,开展了发电机局部放电在线监测与分析方法的研究。
针对葛洲坝电厂监测需求,设计了一套大型发电机中性点局部放电在线监测系
统,应用中性点耦合法获取局部放电信号,采用分层式网络结构,为用户提供局部
放电集成分析与远程诊断平台。论证了局部放电传感器在获取高频信号时的有效性。
分析了系统采用的中性点耦合法与目前流行的PDA法相比,在设备成本、可靠性、
对中压绕组局部放电的灵敏度、监测结果全面性等方面存在的优势。应用高速采集
与分析技术,增强了系统对定子绝缘瞬态故障的反应能力。为提高监测的灵敏度,
设计了放大倍数切换方法。鉴于机组运行状况对局部放电的影响,为了在减少冗余
度条件下捕获全面的局部放电状态信息,设计了多种数据存储机制。信息存储中同
时考虑机组运行工况的变化,机组负荷,信号的突变,信号的大小等因素。
结合葛洲坝电厂发电机的具体参数,全面系统地研究了局部放电传感器的可靠
性问题,包括局部放电传感器本体的可靠性及其安装的可靠性。论证了发电机正常
运行状况下局部放电传感器本体的可靠性。采用稳态分析的方法,计算了发电机出
口母线处出现不对称短路故障时中性点稳态电压的大小,验证了发电机异常状态下
局部放电传感器本体可靠性。研究了局部放电传感器的安装对发电机单相接地故障
时的零序电压保护、故障接地电流、三次谐波电压保护三个方面及高压系统的传递
过电压的影响。应用暂态网络分析模型和准分布参数模型仿真了在发电机定子出口
母线及内部出现单相接地故障时,局部放电传感器的安装对健全相及中性点暂态电
压的影响。
理论上分析了背景噪声的时域能量分布特征,设计了确定脉冲边沿的滑动时窗
能量法。在有效提取单脉冲波形的基础上,提出了两种脉冲识别方法分别为基于自
I
适应聚类及三维谱图的脉冲识别方法和基于时频联合特征提取的脉冲识别方法。总
结了自适应聚类算法在实际工程应用中存在的问题,并提出了有效的解决方案。提
出了基于小波能量分布和基于频域空间能量分布的脉冲频域特征提取方法,针对小
波分析中存在的分解层数难于确定、小波基函数难于选择、消噪阈值难于选取三方
面问题,分别提出了解决方案:根据脉冲的最低识别频率确定小波分解层数、应用
相关系数法确定小波基函数、采用基于3σ的阈值方案。将二维图形的统计参数应用
于局部放电脉冲识别。在介绍两种方法的基础上,总结了两种方法的优点和缺点,
最终确定基于时频联合特征提取的脉冲识别方法作为现场应用的最佳方案。
为了减少局部放电在线监测中的信息浪费,设计了脉冲综合分析方法,对不同
激励源的脉冲实施相应的专项分析,以诊断其激励源的状态,最终实现发电机综合
运行状况的监测与诊断。设计了局部放电脉冲、电弧脉冲、励磁系统脉冲等的分析
方法。针对传统发电机局部放电在线监测系统的不足,提出了局部放电的集成分析
方法,融合发电机的运行状态进行局部放电分析,保证分析结果更加准确。
大型发电机中性点局部放电在线监测系统已经在葛洲坝电厂获得应用,获取了
丰富的脉冲信号,基本上建立现场脉冲的知识库,监测和分析结果能较好地体现了
定子绝缘的状态,为优化发电机运行、指导发电机状态检修提供了有力的依据,对
于促进局部放电在线监测研究有着十分重要的现实意义。
关键词:发电机;定子绝缘;局部放电;在线监测;单相接地故障;可靠性;脉冲
识别;自适应聚类;小波能量;集成分析。
II
Abstract
Large generators, as the main power source, are the key equipment in the power
system, so the safety of their operation has always been the highest priority. One of the