高压电机局部放电在线监测技术概览上海方能自动化系统科技有限公司吴敏青2014.7

1.1 常规电气试验的局限1.2 计划检修与状态检修1.3 大型旋转电机的特点1.4 电机故障分布与绝缘老化1.5 小结

1 为什么监测

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1.1 常规电气试验的局限

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与旋转电机定子绕组绝缘有关的预防性试验和交接试验项目如表 1 所示。 表 1 旋转电机定子绕组绝缘的试验项目 [1]

1 定子绕组绝缘电阻、吸收比或极化指数 3 定子绕组泄漏电流和直流耐压

2 定子绕组直流电阻 4 定子绕组交流耐压

对于 6000kW 及以上的同步发电机，累计运行时间 20 年以上且运行或预防性试验中绝缘频繁击穿时，应做定子绕组绝缘老化鉴定，即对沥青云母和烘卷云母绝缘的整相绕组及单根线棒做介质损耗角增量、第二电流增加率、局部放电量和交、直流耐压试验。

第 1 、 2 项为预防性试验项目，交接试验项目涵盖第 1 ～ 4 。

[1] 中华人民共和国电力工业部 . DL/T 596-1996 电力设备预防性试验规程 [S]. 北京：电力出版社， 2005 ：5-6

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运行实践证明，上述试验项目对于定子绕组绝缘监督所起作用有限，部分试验合格的电机在运行中突发绝缘击穿故障，造成严重后果。 “ 在绝缘已经出现分层、裂缝现象时，绝缘电阻仍较高，极化指数仍较好，泄漏电流基本线性，测试会给出“合格”或“还可以”等错误结论，从而导致绝缘系统在下次安排停机测试前损坏” [2] 。

[2] 黄成军 . 局部放电在线监测及其在大型电机中的应用 [J]. 大电机技术， 2000 ， 6 ： 37

“ 与绝缘电阻试验非常类似，在耐压试验时测得的直流电流可以定性给出绝缘状况的一些信息。具体地说，如果在某个电压下，电流多年来一直单调增加，那么这就是绝缘电阻持续下降的信号，从而绕组正逐渐变得更加潮湿和脏污。然而，在判别电流多年变化趋势的时候一定要谨慎。因为电流严重依赖于绕组的温度和大气的湿度。因此，在多数情况下，它的趋势没有一定规律，以致无法进行分析。” [3] 。[3] Stone G C 等著，白亚民等译 . 旋转电机的绝缘——设计、评估、老化、试验和修理 [M]. 北京：中国电力出版社出版， 2011 ： 202

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表 2 常用离线定子绕组试验的效用 [3]193

试验项目 试验效用 相关标准绝缘电阻 仅能发现脏污、受潮或严重的缺陷 IEEE 43

极化指数 仅能发现脏污、受潮或严重的缺陷 IEEE 43

直流耐压 仅能发现严重的缺陷 IEEE 95

交流耐压 比直流耐压更能有效发现缺陷 MEMA MG1或IEC 60034

电容量 适用于查找热劣化或水泄漏故障介质损耗角 适用于查找热劣化或水泄漏故障 IEEE 286 或

IEC 60894

介质损耗角增量 能有效发现模绕绕组中普遍的热老化或脏污故障 IEEE 286 或IEC 60894

离线局部放电量 能发现除了端部振动外的大多数问题，仅适用于模绕绕组 IEEE 1434

冲击比较 能有效发现散绕和多匝模绕绕组中的匝间绝缘问题 IEEE 522

电晕（黑灯） 能有效发现端部脏污问题 IEEE 1434

槽楔松紧度 能有效发现模绕绕组松动槽侧间隙 能有效发现模绕绕组松动[3] Stone G C 等著，白亚民等译 . 旋转电机的绝缘——设计、评估、老化、试验和修理 [M]. 北京：中国电力出版社出版， 2011 ：

193

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有很多电厂不进行维护性的直流耐压试验 [3]200；在北美，很少在检修中使用交流耐压试验，然而在亚洲和欧洲，它却应用广泛 [3]204 。

国内的石油化工企业，对部分老旧电机也存在只测绝缘电阻和泄漏电流，年度小修、大修（未更换绕组）不做交直流耐压试验的情况。由于相比耐压试验，其它试验项目更不能反映绝缘所处状况，一旦在运行中发生绝缘击穿，造成严重后果，电气部门负有有章不循、玩忽职守的责任，所以有时又勉强去做耐压试验。

[3] Stone G C 等著，白亚民等译 . 旋转电机的绝缘——设计、评估、老化、试验和修理 [M]. 北京：中国电力出版社出版， 2011 ： 200 、 204

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直流耐压 在多部件串联电路中，电场强度分布取决于各部件的电阻率，电阻率较小的部件两端电压降较小。 在现代绝缘系统中，主绝缘的电阻率基本是无穷大，直流电压可能会全部落在主绝缘内的一层主干绝缘层上，主绝缘中有缺陷的层次和两侧的辅助绝缘，承受电压很低。

导体

半导电层

主绝缘

铁芯

主干绝缘层

半导电层

缺陷

图 1 电机中的复合绝缘示意图

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交流耐压 电场强度分布取决于每一部件的电容量。

已知： 电容量 C通常采用 F（法拉）或 ε（介电常数）衡量。

（式 1） 主绝缘中主干层的介电常数 ε 大于有缺陷层和辅助绝缘，亦即电容量 C大。由式 1 可知，同尺寸的主干层的容抗小于有缺陷层和辅助绝缘。又因： （式 2） 若把绝缘两侧的界面看作平板电容的极板，则主干层与有缺陷层和辅助绝缘的极板面积 S 相等。由于主干层厚度 d远大于有缺陷层和辅助绝缘，由式 2 可知，主干层的电容量小于有缺陷层和辅助绝缘。 ε 和 d 的综合作用使主干层与有缺陷层和辅助绝缘的容抗不会像电阻率那样悬殊，主干绝缘层不会独自承受试验电压，有缺陷层和辅助绝缘也分担承压。更值得注意的是，电场强度分布接近正常运行实际情况。

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两种耐压试验的比较电场强度分布。有缺陷层和辅助绝缘在正常运行中可能导致击穿的显著缺陷，有可能躲过直流耐压试验，但在交流耐压试验中更可能被发现。击穿电压比值。对于老式绝缘系统，直流击穿电压大约是交流击穿电压有效值的 1.7倍（ IEEE 95）；对于现代绝缘系统，研究最为深入的文章之一给出了4.3倍，但由于该比值的变化范围很大，没有推荐的替代系数， NEMA MG1（美国电机标准。编者注）和 IEC 60034 仍然沿用 1.7倍。试验电压。 NEMA MG1 和 IEC 60034 规定，交流耐压交接试验采用（ 2E+1） kV（ E 为定子的额定线电压）， IEEE 56推荐预防性试验采用（ 1.25 ～ 1.5） E kV；同一标准要求直流耐压交接试验采用1.7（ 2E+1） kV ，对预防性试验没有规定也没有推荐值，北美用户采用2EkV 。 在我国， DL/T 596-2005 中交流耐压交接试验采用（ 2Un+3） kV（ Un 为定子的额定线电压），预防性试验采用（ 1.3 ～1.5） Un kV；直流耐压交接试验采用（ 2.0 ～ 3.0） Un kV ，预防性试验采用 2.0Un kV 。。

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局部放电。绝缘中有缺陷的部位耐压强度低，在电压上升过程中可能被击穿，相当于电容被短接，不再承压。在直流耐压试验中，电压上升阶段伴随着局部放电，电压保持和下降阶段不会发生局部放电。在交流耐压试验中，电压正弦波的第Ⅰ、第Ⅲ象限会发生局部放电，并且贯穿试验全过程。由于直流耐压试验中局部放电持续时间短、总次数少，如不细究可认为直流耐压不会发生局部放电，而交流耐压则会发生局部放电。局部放电对绝缘造成不可逆损伤，是绝缘电老化的主要原因。 交流和直流两种耐压试验的试验电压都显著高于运行电压，可直接损伤绝缘。 虽然直流耐压试验被认为不发生局放，但试验电压比交流耐压更高，这也许是国外很多电厂不将直流耐压试验用于预防性试验的原因。 交流耐压试验电压比较低些，发现绝缘缺陷的能力强些，但北美甚至在检修中也不做交流耐压，可见两种耐压试验都不适合在电机上应用。

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计划检修又称定期检修，通常按照拟定的周期安排电机停役，进行全面检查、消除缺陷、全面清扫、常规电气试验。 状态检修又称预知性检修，需要采用在线监测或巡回监测手段掌握设备健康状况，分析缺陷性质和发展后果，在适当的时候安排电机停役，有针对性地消除缺陷、全面清扫、进行无害性电气试验。这是我国刚开始摸索的检修方式。 两种检修方式的优缺点对照见表 3 。

1.2 计划检修与状态检修

计划检修与状态检修a. 计划检修

b. 状态检修

1 为什么监测

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表 3 计划检修与状态检修对照项 目 计划检修 状态检修

效用 依据难以发现绝缘隐性缺陷的常规电气试验结果，决定是否更换线棒或绕组，或是否局部修复绝缘。

依据有效反映绝缘状况的在线监测结果，决定是否更换即将失效的线棒或绕组，或是否局部修复绝缘。

对绝缘的影响 常规电气试验项目中的耐压试验损伤固体绝缘，而电机使用寿命主要取决于绝缘寿命。

在线监测项目不损伤绝缘，电机使用寿命长。

新电机绝缘质量缺陷

新电机绝缘质量缺陷多数在过了质保期后暴露。

可发现新电机绝缘质量缺陷，维护业主质保期权益。

对生产的影响 停机次数多、时间长，生产装置停产损失大。

无明显状况不停机，长周期运行的首选，电气技术管理模式演变趋势。

一次投资 常规电气试验设备 在常规电气试验设备基础上添置在线监测设备

修理费 每年投入较大金额，且人工费逐年增长。 远远小于计划检修

突发故障绝缘在正常运行中击穿，造成非计划停

车，给生产装置带来安全风险和巨大经济损失；

绝缘在预防性试验中击穿，导致检修作业不能按计划完成，且旷日持久。

可提供一定提前量的预警期，避免生产装置非计划停车；

做好检修方案和物资储备，安排好充足的检修力量，落实外委项目后才停机，检修时间短。

1.3.1 发电机a. 功率大价格高 单机功率巨大，辅助配套系统庞大，价格昂贵。b. 缺陷隐蔽 绕组绝缘老化、联线破损、机内遗留杂物难以察觉； 转子线棒松动甩出致发电机组报废。

1.3 大型旋转电机的特点

c. 连续运行 传统半年一小修、一年一大修的计划检修方式已导致机组运营亏损，在电网能够接受的条件下，必须保持很高的年利用小时数才能盈利。

1.3.2 大容量电动机a. 关键机组 故障停机即造成生产装置甚至联合生产线停产b. 规格特殊 容量、转速、中心高多为量身定做c. 不设备台 无可替代； 进口电机到原厂定做可能被索取高出数倍的价格； 向国内厂商购买可能因重量或中心高不同，设计院不承接修改基础设计而搁置。

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1.4 电机故障分布与绝缘老化

轴承和振动

在线振动 / 温度监测

定子绕组绝缘击穿 在线局放 / 温度监测

转子故障：绕组绝缘击穿 在线磁通 / 温度监测铁芯、线棒位移 在线气隙监测

40%50%

10%

据国外电机监测厂商的统计：1.4.1 电机故障分布

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绝缘寿命与设计裕量高度相关。早期的沥青云母主绝缘设计电场强度通常低于 2kV/mm ，而现代某些设计采用的电场强度已经高达5kV/mm[3]57 。 电机使用寿命取决于绝缘系统老化进程，绝缘寿命非但没有随着电机单台容量增加、额定电压提高而延长，反而难以超出设计寿命期限，因此要把关注重点放在绝缘上。 也有机械原因导致电机报废的情况，例如某企业一台 100MW 发电机，在投运 6 年时线棒甩出线槽，堵塞气隙，整台电机连同汽轮机低压缸的大轴报废。这是特殊案例，需要应用某种气隙监测技术装备加以防范。

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1.4.2 绝缘老化

绝缘老化四大因素

1 热老化2 电老化

3 环境因素老化

4 机械应力老化

[3] Stone G C 等著，白亚民等译 . 旋转电机的绝缘——设计、评估、老化、试验和修理 [M]. 北京：中国电力出版社出版， 2011 ： 31

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1 热老化 由运行温度超标引起。持续过载、调峰机组和电动机在短时间内重复启动，可使绝缘系统发生氧化反应，绝缘脆化或带状分层。

2 电老化 由局部放电引起。局部放电起始电压取决于绝缘中的缺陷性质，微小的气泡、分层、杂质都是放电源。

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3 环境因 素老化

油、潮气及灰尘的混合物可阻碍冷却气流而导致绝缘热老化；

潮气、油和部分导电的灰尘、碳粉等，能形成部分导电的薄膜，在电场强度作用下产生沿面放电；

油成为绕组与铁芯槽之间相互运动的润滑剂，可导致绝缘磨损；冷却气体中的湿度降低气体的击穿电压，加剧定子绕组端部的局放活动；酸和臭氧能够分解绝缘，降低绝缘的机械强度；辐射可使化学键断裂，导致绝缘脆化……

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4 机械应力老化

工频电流产生的磁场力，是绕组 2倍频振动的起因，会造成主绝缘磨损；在绕组的端部，相与相、相与绑块、相与支撑环之间，也可能发生磨损。

转子绝缘承受的向心力，可致绝缘被压碎或变形，即便缓慢的蠕变，最终也会产生故障。

电气暂态过程产生的电气应力，如合闸瞬间、同步电机非同期并网或投励，暂态电流可超过额定电流 5倍，由此产生的电磁感应机械力为正常运行时的 25倍或更高。暂态力的直流分量会使绕组端部的线圈或线棒弯曲，绝缘开裂。多次冲击会使端部松动，这样在正常工频运行电流下，绝缘也会磨损。

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1.5 小结a. 现行预防性试验和检修规程所规定的试验项目，对电机定子绕组绝缘监督所起作用有限，即便严格执行，也不能防范绝缘故障，而且其中的耐压试验会使绝缘加速老化；b. 两种耐压试验的电场强度分布不同，直流耐压试验中取决于各部件的电阻，主绝缘中有缺陷的层次和两侧的辅助绝缘承受电压很低，因此难以发现在正常运行中可能导致击穿的显著缺陷；交流耐压试验的电场强度分布接近正常运行实际情况，更可能发现绝缘缺陷；c. 电机故障中机械故障虽占一半，但是电机使用寿命取决于绝缘寿命；d. 绝缘老化由热、电、环境和机械四大因素造成；e. 各因素综合作用于绝缘，其老化进程远远快于单一因素作用导致故障的时间；f. 从绝缘老化到故障击穿，都经历局部放电过程；g. 其他因素促成局部放电，局部放电导致绝缘击穿；h. 监测局部放电有可能抓住绝缘老化的最终进程；i. 电机绝缘制作工艺决定了局部放电指标明显低于其他固体绝缘电气设备。

2.1 局部放电现象2.2 离线局部放电试验2.3 局部放电在线监测2.4 局部放电判据

2 局部放电监测

2 局部放电监测

2.1 局部放电现象

2 局部放电监测

2.1.1 定义 [11]

“ 导体间绝缘仅被部分桥接的电气放电。这种放电可以在导体附近发生也可以不在导体附近发生。 “ 局放一般是由于绝缘体内部或绝缘表面电场特别集中而引起的。通常这种放电表现为持续时间小于 1 的脉冲。 “‘电晕’是局放的一种形式，它常发生在远离固体或液体绝缘的导体周围的气体介质中。 “ 局放通常伴随着声、光、热和化学反应等现象。”

[11] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 . GB/T 7654-2003/IEC 60270 ： 2000[S] 局部放电测量[S] ： 3.1

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2.1.2 专有名词

电晕放电。外施电压下固体电介质在地电位侧电极边缘处出现的沿面放电，呈现浅蓝色光线。 刷形放电。电压升高时，放电向前发展，形成许多伸向对面电极的大体上平行的细光线。 滑闪放电。当电压超过某临界值时，某些细线的长度迅速增长，并为较明亮的浅紫色的树枝状火花，不断地此起彼伏，改变放电通道的路径，并有轻的爆裂声。外施电压较小的升高，即可使滑闪放电火花和较大的增长。 沿面闪络。滑闪放电火花到达对面电极。

1 ）沿面放电过程 [13]

[13] 周泽存 . 高电压技术 [M]. 北京：中国电力出版社出版 ,3 版 .2007 ：55

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撞击游离。外加电场使气体电离，电子和离子在接近电极过程中与气体分子相邻两次碰撞间所积累的动能达到撞击游离所需值时，气体中即发生撞击游离。 电子崩。撞击游离出来的电子又撞击其他气体分子，游离过程就像雪崩似地增长起来。 非自持放电。外加场强小于临界值 Eer 时，电子崩必须有赖于外界游离因素才能持续存在的放电。 自持放电。外加场强达到或超过临界值 Eer ，电子崩已可仅由电场作用而自行维持和发展。由非自持放电转入自持放电的临界场强 Eer 所对应的电压，称为临界电压 Uer 。

2 ）气体放电过程 [13]

[13] 周泽存 . 高电压技术 [M]. 北京：中国电力出版社出版 ,3 版 .2007 ：19

2 局部放电监测

电晕放电。游离放电局限在电极附近的空间而不能扩展出去，该区内所形成的离子在复合时（或被激励的气体分子在回到常态时）将辐射出光子，其中有一部分在可见光的频谱范围，有均匀稳定的发光层笼罩在电极周围。 火花放电。电晕放电中，当电压再提高时，如电极间距离不大，可能从电晕放电直接转变成整个间隙的火花击穿。 刷形放电。从电晕到击穿之间的过渡阶段。电晕放电中，当电压再提高时，如电极间距离大，此时放电集中成为个别的光束，从一个电极出发，向另一电极方向延伸，但达不到另一个电机，这种刷形放电在空间还不断变更位置。 火花击穿。刷形放电增长到达对面的电极，就转变为火花击穿。 电弧。当电源功率足够大时，火花击穿迅即转变为电弧。

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2.1.3 碰撞游离理论（汤森德 (Townsend, 又译：汤逊）理论） 在一对电极之间的气隙中，外界游离因素可使气体分子游离出电子和离子。 当场强由低升高，电子和离子接近或全部向着电极运动时，达到饱和电流。饱和电流还只是微小的泄漏电流。 当场强突破临界值后，电子和离子与气体分子碰撞的动能增大，游离出更多的电子和离子加入碰撞气体分子的队伍，称为电子崩。 电子崩还分为非自持放电和自持放电两类。非自持放电仍依赖外界游离因素。当场强达到或超过某临界值时，电子崩不再受外界游离因素牵制，称为自持放电。 汤森德理论适用于均匀电场、低气压、短气隙场合。

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2.1.4 流注理论

汤森德理论的缺陷：没有考虑空间电荷、光游离对电子崩的影响，不能解释放电发展比碰撞电离快、放电外形不均匀，有细小分支且呈折线状、不均匀电场击穿电压低且阴极材料对放电无影响等现象。

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2.1.5 巴申（ Paschen ）定律

流注理论的缺陷：没有考虑表面游离，不能解释气隙击穿电压存在谷底的现象。以距离为横座标、电压为纵座标，记录击穿电压曲线。当间隙极小时，击穿电压较高。随着间隙扩大，击穿电压曲线先下降后攀升，呈现一个谷底

巴申（ Paschen）从大量实验中总结并解释为：当间隙很小，碰撞游离概率已经很高时，如果继续缩短间隙，由于电子在走完全程中与气体分子碰撞次数减少，反而使气隙中移动的带电质子减少，所以击穿电压升高。巴申定律同时揭示，气体密度与击穿电压的关系也与间隙一样。气体密度过小，电子可相撞的气体分子过少，击穿电压也升高。

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2.1.6 电机局放的机理 电机定子绝缘是固体电介质。发生在槽口和绕组端部，亦可发生在槽内的放电类似于沿面放电，发生在绝缘内部的放电类似于气体放电。 在绝缘内部放电中，由于电场的作用使电介质中的某些带电质点积聚的数量和移动的速度达到一定程度时，使电介质失去了绝缘的性能，形成导电通道 [13]66 。 因此，了解沿面放电过程有助于了解电机槽口和端部的绝缘损伤，了解气体放电过程，有助于了解电机绝缘电击穿的机理。 以下分析仅限于工频电压下电机绝缘系统发生的局放。

[13] 周泽存 . 高电压技术 [M]. 北京：中国电力出版社出版 ,3 版 .2007 ：66

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1）内部放电

[12] 徐阳 . 旋转电机局部放电机理及其在线监测技术 [EB/DK] ：西安： 2007 ， [2013-12-10] ： 5

这类放电发生在绝缘内部，专指气隙、杂质、绝缘分层中的局部放电。图 5[12]5 以气隙放电为例作分析。

a) 试品中的气隙 b) 放电等效电路 图 5 试品中气隙放电的等效电路

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[12] 徐阳 . 旋转电机局部放电机理及其在线监测技术 [EB/DK] ： 西安： 2007 ， [2013-12-10] ： 5

在工频电压的Ⅰ、Ⅲ象限，气隙承受的场强不断增加。当气隙场强达到和超过空气电离强度3kV/mm 时，发生放电。放电通常发生在以 450 与 2250 相位为中心较为宽泛的区域。放电中和了电量，降低了气隙两端的场强。随着工频电压继续上升，气隙场强再次达到放电阈值，每个气隙可重复发生 2 ～ 3次放电。从试验结果看，Ⅱ、Ⅳ后段也出现放电，可解释为放电后气隙场强低于工频电压，在工频电压下降时，气隙场强率先反转，继而发生放电。见图 6[12]5 。

图 6 气隙放电过程示意图

0

无放电时 uC

0

0 10 20 t/ ms

放电时 uCuCBur

us

up

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局放脉冲的极性。气隙中的场强与外加电压极性相反，图 6显示了放电的极性。在第Ⅰ象限，场强为负，称为负放电；在第Ⅲ象限，场强为正，称为正放电。由极性辨识放电类型。不同类型放电的极性对比有所不同。内部放电的正放电与负放电若干最高幅值大致接近，见图 7 。图 7 中将负放电 取 绝对值，转换为正放电，标上工频电压的四个象限，并且将 50 个工频周期中检测到的放电叠加在 1 个工频周期中，以便于查看。下同。

图 7 内部气隙放电谱图

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2）表面放电 这类放电发生在绝缘表面，专指绕组端部和绕组出槽口相对地或相间的放电。表面放电的谱图特征是正放电大于负放电。表面放电即沿面放电，有多种表现形式： 电晕。发生在绝缘表面气体介质中的放电，端部电晕因相对地或相间绝缘处理不当，或采用端部整体防晕的高阻防晕层缺陷而发生，槽口电晕因低阻防晕层外搭接的高阻防晕层缺陷而发生。槽内亦可发生电晕。旋转电机中的电晕发生在绝缘表面，不同于 GB/T 7654-2003/IEC 60270 ： 2000《局部放电测量》中描述的位置。 刷形放电 滑闪放电 沿面闪络 值得注意的是，电机中表面放电的原因，除了防晕层缺陷之外，常见于污染和潮湿。

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3）槽放电 槽放电可归入表面放电，将其单列分析是因为它有特殊性。槽放电指因线棒防晕层存在缺陷、脱落，或与定子槽壁接触不良产生的电晕，以及在电磁力和振动作用下发生接触火花的放电。槽放电的谱图特征也是正放电大于负放电，见图 8 。

图 8 槽放电谱图

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4）线棒脱壳放电

线棒脱壳又称“热脱壳”。这类放电发生在绝缘与导体之间，专指绝缘与导体发生分离部位的放电。其特征是负放电大于正放电，见图 9 。

图 9 线棒脱壳放电谱图

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5）导电颗粒放电

导电颗粒放电通常发生在绕组端部，由碳、油灰、磨损物、防晕层碎屑等引起。绕组端部放电亦可由上述污染物引起，但导电颗粒放电程度更严重。导电颗粒放电极性与外加电压同向，见图10[9]30 。 图 10 导电颗粒放电谱图

[10] 加拿大 IRIS 电力工程公司 . 局部放电的在线监测 [EB/OL]. [2012-7-12]. http://www.docin.com/p-189495281.html.59

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6）其他放电

绝缘分层放电是内部放电的一种，但极性与外加电压既有反向又有同向。见图11[9]30 。

图 11 绝缘分层放电谱图

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1）内部放电的危害 现代绝缘系统大量采用云母做主材，云母是无机材料，小强度局放损伤不了它，绝缘可保很多年不被击穿。但是云母不能整块用作绝缘，它以小晶体鳞片形状被环氧或聚酯等有机材料充填、粘结成所需形状，有机材料受局放侵蚀的过程，有如气体放电。图 12[12]9 是局放在绝缘中逐渐钻出的树枝状放电通道，图13[12]10 示意绝缘击穿过程。

2.1.7 局放的危害

a) 分枝状 b) 丛林状 图 12 绝缘中的树枝状放电通道

a)开始 b) 分支 c) 个别分支到达另一电极 d) 击穿图 13 树枝发展过程[12] 徐阳 . 旋转电机局部放电机理及其在线监测技术 [EB/DK] ：西安：2007 ， [2013-12-10] ： 4

2 局部放电监测

实践证明局部放电是造成高压电气设备最终发生绝缘击穿的主要原因。在电场长期作用下，因局部放电而造成绝缘性能劣化，称为电老化 [12]8 。 电老化的基本形式有： 带电质点的轰击。

热效应。放电的温度远超绝缘设计耐温，直接将绝缘中的有机组份烧灼成碳。活性生成物。主要为臭氧，另有一氧化氮、二氧化氮和氨气，将绝缘中密实、光滑的有机材料腐蚀、分解成为疏松的白色粉末。 辐射效应。电机局放原点处的脉冲上升沿 1ns ～ 5ns ，频率

50MHz ～ 250 MHz ，可辐射到空间。它的辐射效应含热效应（直接加热绝缘）、非热效应（使绝缘中的有机大分子改性）、累积效应（热效应和非热效应本身未立即产生显著后果，但长期存在的弱效应累积，量变可发生质变）。

2 局部放电监测

机械应力的效应。局放形成的树枝状放电通道和绝缘表面的白色粉末，破坏了绝缘结构和强度，使绝缘在承受 2倍频振动和电气暂态过程产生的电动力时，发生损伤，并为局放开辟新的通道，陷入恶性循环。 绝缘内部分层放电不仅放电脉冲多、发热量大，而且妨碍导体热量传导散热，内层绝缘温度过高，导致绝缘加速热老化。绝缘内部分层的危害大于绝缘内部空穴。

2 局部放电监测

2）表面放电的危害绝缘表面的放电也可对绝缘造成损害：ⅰ 电晕效应。电晕的化学效应形成臭氧、一氧化氮、二氧化氮和氨气，这些产物腐蚀有机绝缘材料，使其转化成白色粉末，加速老化，缩短使用寿命。电晕并产生能量损耗，但在电机中并不明显。ⅱ 沿面闪络效应。沿面闪络电压要比等间隙下的固体及气体击穿电压低，因此，设备绝缘的性能通常由沿面闪络电压决定。对无机介质闪络后电气强度可以恢复；对有机介质则产生泄痕破坏。ⅲ 污秽闪络。沿面闪络电压受绝缘表面状况的影响很大，潮湿、尤其污秽的表面，比干燥、洁净表面的沿面闪络电压低很多，因此污秽闪络不仅引发有机介质泄痕破坏，还经常导致单相接地，并在不太长的时间里发展成为相间短路。

2 局部放电监测

3）槽放电的危害 因为放电为接触火花，槽放电与其他类型的放电不同。 一是发生区域广，并不局限于绕组的高电位区域，可在中性点附近发生； 二是发展较快，大强度火花放电可在短期内使绝缘失效 [9]31 。

[9] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会 . GB/T 20833-2007 旋转电机定子线棒及绕组局部放电的测量方法及评定导则 [S] ： 31

2 局部放电监测

4）基本危险评估

[9] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会 . GB/T 20833-2007 旋转电机定子线棒及绕组局部放电的测量方法及评定导则 [S] ：30

表 5 局放基本危险评估表 [9]30

局放源 危险度 备 注内部空穴 低 内部放电是由嵌入主绝缘内的空气或气体形成的小空穴引起的。这些小

空穴是在制造工艺过程中形成的，并不代表老化因素。正常环境下，内部放电不会导致绝缘严重老化

内部分层 高 内部分层局部放电是由嵌入主绝缘内的空气或气体形成的狭长的空穴（沿线棒纵向）引起的。这些空穴一般是由过热或者外部机械力引起的。这两种都会导致绝缘层之间的大面积分离

导体和绝缘间分层 高

导体和绝缘材料间的分层局部放电是嵌入主绝缘和电场分级材料间的空气或气体形成的狭长的小空穴（沿线棒纵向）引起的。这些小空穴一般是由过热或者外部机械力引起的，这两种都会导致绝缘层之间的大面积分离

槽放电 高

槽放电是由电场防晕层和定子槽壁间的接触不良或脱落引起。典型的槽放电只出现在电机运行期间。电磁力和振动导致接触性电弧，就是检测到的槽放电。只有在电场防晕层严重老化的情况下，离线测量才能检测到槽放电。在槽放电的发展初期，放电像是接触火花放电而不像典型的局部放电。这种接触火花放电也可以在低电位发生，例如在绕组的中性点附近。尽管检测到的放电现象与最终的绝缘失效之间的时间无法确定，但可能会很短。因此，为了预防该损坏，在早期阶段有必要进行可靠的检测

2 局部放电监测

[9] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会 . GB/T 20833-2007 旋转电机定子线棒及绕组局部放电的测量方法及评定导则 [S] ：30

表 5 局放基本危险评估表 ( 续 )[9]30

局放源 危险度 备 注绕组端部表面放电 正常

绕组端部表面的局放出现在绝缘材料表面的某部位，一般位于电机绕组端部区域。通常由导电的污染物（碳、油灰、磨损物等）引起，或者由端部电场分级材料遭破坏引起。由于放电只出现在绝缘的表面，对绝缘不会产生严重的老化

导电颗粒 正常导电颗粒的局放出现在绝缘材料表面的某部位，一般位于电机绕组端部区域。它们通常由大面积的导电污染物（碳、油灰、磨损物等）引起，或者由个别电场分级材料的区域引起。由于放电只出现在绝缘的表面，对绝缘不会产生严重的老化

2 局部放电监测

5）基本量值评估 [9]31

局放的实际位置不清楚，是不可能进行这种评估的。 例如，表面局放可能比内部局放或分层局放量高十倍或百倍，但这并不是导致绝缘过早失效的老化现象。 反之，出现分层现象与测得的局放幅值无关，但该加速老化现象却需要立即维修。

[9] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会 . GB/T 20833-2007 旋转电机定子线棒及绕组局部放电的测量方法及评定导则 [S] ： 31

2 局部放电监测

6）影响因素

[9] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会 . GB/T 20833-2007 旋转电机定子线棒及绕组局部放电的测量方法及评定导则 [S] ： 12

影响旋转电机中局放的因素序号 因素 说明1 电压的幅值 电压对局放的影响可从离线局放试验中得到证明：外部施加电压

升压阶段未达到和超过局放起始电压、降压阶段低于局放熄灭电压，绝缘中没有局放；局放发生后，其幅值在极大程度上依赖于外部施加电压，而且比电压增加得更快；由于局放监测只关注幅值高出包含干扰信号在内的所有检测数据平均值一定比例的脉冲，所以大量细小缺陷发出的低值脉冲信号不被纳入统计，然而在电压超过正常运行电压后，细小缺陷发出高值信号，局放监测显示的放电次数也就显著增加。电机正常运行中电压恒定，因此局放在线监测可忽略电压的影响2 电压的波形

和频率旋转电机在正常运行环境中，所承受的电压波形是标准正弦波，频率是 50Hz 或 60Hz 。如果波形发生变化，例如严重的谐波污染、由变频器供电，或者频率发生变化，使用 0.1 Hz 加压设备做局放试验，绝缘中的局放活动将出现明显变化，甚至无法进行直接比较 [9]12

2 局部放电监测影响旋转电机中局放的因素（续）

序号 因素 说明3 电压作用时间 电压施加在绝缘两端的最初若干分钟，局放活动较弱，随后增强。因

此局放离线监测需要在读数前加压几分钟4 温度 绝缘内部分层和热脱壳等大缺陷的局放与温度有关，刚开机和低负载

时局放量大，温度上升后空隙变小，局放减弱。绝缘表面放电随温度上升而增强，但仅限于绕组端部，线棒及其绝缘热膨胀后，使低阻层紧贴铁芯，槽放电呈减弱趋势5 气压 氢冷机组的气压上升，对绝缘表面放电的遏制作用增强，反之则减弱。但发生在氢气冷却范围之外区域，例如出线端附近的局放，与气压无关

6 污染 绝缘表面污染可使局放活动加剧7 湿度 空冷机组在大气湿度较高时，绕组端部表面放电加剧，但当湿度过高

且电机负载轻发热量少时，端部表面电导增大，电晕部分转变为泄漏电流，局放强度反而减弱

8 电机负载 有资料表明电机满载时的局放量是轻载（譬如 25%Pn）时的 10倍以上。这通常是因为随着线棒中的电流增大，在强磁场中受到的交变剪切力也增大，线棒发生了振动。如果局放量没有随着负载增加而增强，则间接证明线棒和槽契没有松动，局放原因是槽放电等类型的放电7 绝缘固化程度 新近并网投运的机组，绝缘固化程度不高，局放量较大。若干个月后绝缘彻底固化，局放量减弱

2 局部放电监测

2.1.8 小结I. 局部放电发生在绝缘内部的空穴、杂质、分层等电离强度低而电场集中处，或者绝缘表面防晕层缺陷、受污染、潮湿的区域。II. 局放普遍存在于电机绝缘系统中的部分区域，并未贯穿绝缘。III. 局放通常为持续时间小于 1 的脉冲，电机内部的典型局放脉冲上升沿小于 5ns 。IV. 绝缘内部的放电和绝缘击穿类似于气体放电过程，绝缘表面放电和泄痕破坏与沿面放电过程相似。V. 电机局放受到电压、环境、自身等多种因素影响。VI. 电机局放要素见下表。

2 局部放电监测

电机局放要素列表类型 发生部位 原因和特征 危害 危险度

内部放电

内部空穴 普遍存在，体积很小，绝缘制造工艺所致。正负放电若干峰值大致相等

放电树枝缓慢衍生和延伸，最终可能贯穿绝缘 低

内部分层 过热或外力损伤所致。正负放电若干峰值大致相当

影响导体散热，加速绝缘热老化 高

绝缘与导体间分层 同上 同上 高

槽放电槽部 防晕层缺陷或安装不妥所致，有电晕，

更有接触火花放电。正放电若干峰值大于负放电

烧灼防晕层并累及主绝缘，发展很快 高

槽口 低阻防晕层外搭接的高阻防晕层缺陷所致，表现为沿面放电。正放电若干峰值大于负放电

放电生成的臭氧等化学物质侵蚀防晕层和主绝缘 高

端部表面放电

不同元件交界面（线圈间、相间、相对地、支撑物）

不同元件交界面设计不周、污染、孔隙、热效应、防晕层缺陷等原因所致。表现为沿面放电，发展较快，但主绝缘失效过程很长。正放电若干峰值大于负放电

放电生成的臭氧等化学物质逐渐侵蚀防晕层，继而侵蚀主绝缘

正常防晕层缺陷处

导电颗粒放电

多见于绕组端部，其他部位

偶见污染所致。表现为强烈的局放。正放电若干峰值大于负放电 绝缘内出现“针孔” 正常

2.2 离线局部放电试验

2 局部放电监测

专指旋转电机停机状态下进行的局部放电检测，检测期间断开电机电源，由一个独立的电源提供试验电压。2.2.1 试验回路

Cc

Z U

Zm

Y

X

W

V

U

PD

高压电源

图 15 国标推荐的整体绕组试验回路

GB/T 20833-2007《旋转电机定子线棒及绕组局部放电的测量方法及评定导则》推荐的适合日常监测的试验回路见图 5 。图中 U 、 V 、 W 是绕组的高压端， X 、 Y 、 Z 是中性点。

2 局部放电监测

1）试验准备ⅰ 试验电源。采用无局放试验变压器，或 0.1Hz 加压设备，或高至 400Hz的串联谐振试验系统。超低频试验的结果可能与工频下的结果存在显著不同 [9]12 。ⅱ 试验电压。试验方和业主讨论确定最高试验电压和加压程序 [9]13 。最高试验电压 Umax 可在 1.0倍、 1.2倍和 1.73倍绕组额定运行电压中选取，绝缘状况不佳的电机应谨慎选择。加压程序可以采用阶跃式（例如△ U=0.2UN ，每步至少保持 10s），也可以等速率持续加压（≤ 1kV/

s）。减压方式应与加压相同。 ⅲ 隔离和拆分。拉开断路器，电机一次回路由运行改检修，中性点可拆分的电机应拆分成单相，高压端拆至可接入试验电缆。 ⅳ 测绝缘电阻。摇测绕组的绝缘电阻，通常要求在校正到 40℃ 时大于100MΩ 。因试验电压可以超过运行电压，试验时可能发生不应有的沿面放电，对绝缘造成损伤。ⅴ 接试验回路。

2.2.2 试验方法

2 局部放电监测

2）标准化 定子绕组表现为分布参数系统，会出现行波、电容电感耦合以及谐振，绕组终端检测到的局放信号波形和幅值与局放源不同。由于局放源到传感器的传递函数是未知的，虽然局放源的能量可视作对绝缘侵蚀的程度，但它不能直接测量到。尽管如此，在绕组高压端检测到的局放信号，仍可视为被试电机和局放源位置的特征 [9]4 。 试验回路的电源、耦合电容、耦合阻抗、连接电缆和杂散电容，也影响局放检测，需要在检测之前在绕组高压端注入一个标准的参考脉冲，这个脉冲的视在电荷量是已知的，局放检测仪器以测得的数据与已知视在电荷量的比值作为刻度系数（又称：刻度因数），校准正式检测时测得的局放数据。 GB/T 7354-2003 规定标准脉冲发生器（又称：校正脉冲发生器）的主要技术指标为：电压脉冲上升沿tr<60ns 、缓慢的衰减时间（通常取 td>100μs），建议注入电荷量随电压改变的线性度优于 ±5% 等。

[9] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会 . GB/T 20833-2007 旋转电机定子线棒及绕组局部放电的测量方法及评定导则 [S] ：4

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3）试验ⅰ. 背景噪声测量。试验回路在接入试品（单绕组或整体绕组）前，应空载运行全部试验装置，按议定的最高试验电压和加压程序执行，记录局放数值。如接入一个无局放电容器作为试品效果更好。在测量前需对空载或接入电容器的回路先进行标准化。ⅱ. 减少骚扰。局放试验会遇到两类骚扰 [11] 附录 G ，测量装置电子系统中的噪声分为基础噪声和附加噪声 [9]23 。测量人员需要设法减少空中电磁波和试验回路中元器件的局放，具体措施有 [9]13 ：

[9] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会 . GB/T 20833-2007 旋转电机定子线棒及绕组局部放电的测量方法及评定导则 [S] ：23

[11] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 . GB/T 7654-2003/IEC 60270 ： 2000[S] 局部放电测量 [S] ：附录 G

2 局部放电监测

a) 使用校验过的局放耦合单元与测量设备的整套装置。b) 耦合单元尽可能靠近试品，以减小试品与耦合单元之间的信号衰减。c) 将电源和局放耦合单元分别连接到绕组的两端，以抑制来自电源的骚扰。d) 测试整个定子绕组时，所有埋置式温度传感器的导线应良好接地。e) 分别测试传感器和局放耦合单元的局放，以确定骚扰量值的大小。f) 建议在每次测量前进行试验装置的标准化测量。因为测量的位置和时间不同，供电网的电源质量问题，变压器表面的脏污和变压器绝缘可能的老化或者其他的问题等都可能影响到局放测量。g) 试品和测量设备的接地要求良好（采用大面积的导线接地）。局放耦合单元、试品和测量设备应一点接地。h) 试验装置布置应紧凑。测量电缆、接地线和回路连线尽可能短，以尽可能减小试验的电磁耦合。i) 测量电缆阻抗应匹配以避免反射。j) 某些电子装置（例如计算机和监视器），可能会对测量设备产生干扰。通常，适当调节这些装置的放置和方向可以减小对局放测量的影响。

2 局部放电监测

ⅲ. 预处理 [9]12 。在施加电压之初，局放将明显减弱，导致读数不准，因此需要预先加压。对于新的和老化的绕组，推荐在最大试验电压下预处理5min ，再重新施加试验电压进行局放测量。

ⅳ. 试验与记录 [9]14

[9] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会 . GB/T 20833-2007 旋转电机定子线棒及绕组局部放电的测量方法及评定导则 [S] ：12 、 14

2 局部放电监测

1）数值分析

2.2.3 分析评价不同制造商的设计和工艺不同，绝缘系统种类繁多，电机投运后承受的应力不同，局放量的差异很大，不能直接比较局放量。

使用相同的测试方法和相同的技术参数的测试设备，通常 PDIV和 PDEV越高、重复出现的最大局放量 Q值越低，则表示绕组或绕组部件绝缘浸渍得越好，绝缘缺陷越少。数值分析方法有：I. 同一台定子的三相数值对比；II. 几台同型号电机定子的数值对比；III. 同一台定子历次试验数值对比。

2 局部放电监测

2）趋势分析每个试品的第一次测试数值被称为初始指纹。电机投运后绕组逐渐老化， Q值会随时间增大。 Q值稳定在某一区间或缓慢增长，被视为绝缘状况良好或正常。 Q值翻倍被认为是绝缘老化进入快速劣化期的警戒信号。 Q值翻倍的时间跨距有一年 [9]15 和半年 [3]254 的不同规定。警戒信号出现后，应安排电机停役，进行详尽的离线局放试验、局放定位测试（含目测检查、光学检测、声测、超声波定位、臭氧检测等）3）横向对比 横向对比指绕组与绕组比、绕组部件与绕组部件比。对于有疑问的绕组，横向对比是一种有效的方法：I. 将绕组部件间的连接拆开，进行部件间局放量的比较；II. 对同一台电机的不同绕组、有疑问的绕组，与制造商对同型号电机的绕组所做的局放试验值进行比较；III. 在线测试同型号电机的绕组，比较其局放值。

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4）模式识别 模式识别的目的是查找局放源。 改变试验接线是一种有效查找放电源的方法。一般局部放电试验逐相进行，为每相绕组提供了一个典型的局放分布或局放模式。在离线条件下，放电起因的最好和最基本的测定方法是给全部三相绕组同时加压，它可消除绕组端部相与相之间的放电，保留相对地的放电。这是区分绕组端部放电和槽中放电的有用方法 [9]14 。

2 局部放电监测在 φ- q – n模式中，较为容易将各种局放源彼此区分，分别判别其危险

性及发展趋势。 φ 、 q 、 n 分别表示的相位、局放量和脉冲点数可以画在二维图中，例如图 7 、图 8 、图 9 ，图中的 n隐藏在散布的光点中，一个光点表示一个脉冲，脉冲稀疏处可以见到这些光点，脉冲密集处光点挤压，形成亮块。图 8 、图 9 中的数据也可以画成三维图，如图 18 中的（ a）（ b）所示。

（ a） （ b）图 18 φ- q – n模式的三维图形式

2 局部放电监测

5）极性辨异前面讨论了局放脉冲极性与局放源的关系，然而在实际应用中，会遇到极性混乱的问题。在直流测量中，局放脉冲极性与外部施加电压相反的结果相对清晰，但是在交流情况下，该结论并不一定确切，例如图 10 、图 11 中，存在局放脉冲极性与外部施加电压相同、同一象限中正负极性脉冲共存的现象。究其原因，是介质里面电荷极化需要时间，而电荷在介质（绝缘材料或界面）中的分布会影响局部放电的过程，所以会在试验结果中出现并不是所有的放电都和外部施加电压的极性相反的情况，以及在电压过零处也会存在放电的情况 [15] 。

[15] 徐阳 . 关于局部放电信号的极性 [EB/DK] ：西安： 2014 ， [2011-2-24]. http://appmail.mail.10086.cn/m2012/html/index.html?sid=MTM5MzI5MzQzMDAwMjA2NjM4Mzc4OQAA000007&rnd=214&cguid=0957000106271&mtime=193

2 局部放电监测

试验回路接线也会影响局放脉冲极性。图 14 中的耦合装置与耦合电容器串联接线，测得的局放脉冲极性与试验电压同向，耦合装置与试品串联接线（ Ca 与 Ck 对换）测得的极性则相反。还有一些影响测量结果的因素，如穿心传感器安置方向、连接同轴电缆的接线方式、硬件电路中有无反相电路等 [15] 。由于局放脉冲的极性与外部施加电压并非总是反向，一些专业监测机构如 doble 公司等，将局放脉冲取绝对值显示在 φ-q 二维图（例如图 7 、图 8 、图 9）和 φ-q-n三维图（例如图 18）中，将第Ⅰ、第Ⅲ象限附近的脉冲分别定义为负、正放电，并且只对若干高幅值脉冲进行分析。局放脉冲极性定义存在地域差异。在欧洲，定义负极性局放脉冲发生在交流电的负半周 [3]218 。

2.3 局部放电在线监测

2 局部放电监测

三种主要监测方法：离线监测——在电机停役时，一套监测仪器和传感器，轮流监测所有电机。在线监测——在电机运行期间定时监测。传感器固定安装在电机上，一套监测仪器只可监测就近若干台电机。带电监测——在电机运行期间定期或不定期监测。传感器固定安装在电机上，一套监测仪器巡回监测所有电机。

2 局部放电监测三种监测方法对比

对比项目 离线监测 在线监测 带电监测一套仪器多用 真正实现 有限实现 部分实现安排监测难易 机组停役和监测

队伍需凑档期不需安排 介于两者之间

电 /热 / 机械应力

与运行工况不符 运行工况 运行工况绝缘损伤 损伤 不损伤 不损伤局放源位置 全绕组 限于高压区 限于高压区抗干扰 容易 难 难趋势分析 难 容易 难临界研判 难 容易 难修理费支出 多 少 介于两者之间局放源定位 适合 不适合 不适合运行条件 不改变 增加了传感器 增加了传感器一次投资 无 高 中

2 局部放电监测

1）电容耦合法

电机局放监测技术的方法，按大类分主要有脉冲电流法、电磁波辐射耦合法、介质损耗角正切增值法、平行四边形法、臭氧检测法、声与超声检测法、光测法和色谱分析法 [12]31 。

在线监测主要采用脉冲电流法，该法直接检测放电电流，比较可靠。脉冲电流法在具体应用中有多种实现手段，主要有 [12]24 ：电容耦合法、射频电流互感器法、定子槽耦合器法、利用电阻式测温元件监测法。

2.3.1 在线监测方法

在发电机的三相高压出线、电动机的三相高压进线上直接安装传感器。电机三相绕组电位在出（进）线处最高，逐步下降到在电位接近零的中性点。影响局放的首要因素是电压幅值，传感器安装位置最接近局放活动强烈的绕组高压段，有利于捕获甚高频电流脉冲信号。

2 局部放电监测

传感器由电容器和检测阻抗串联组成。电容器采用小电容值（≤ 1000pF）、高耐电性能的云母、陶瓷材料做成，也有采用一段电力电缆作为电容器的做法。传感器具有高通特性，它的小电容值（以 1000pF 为例）对工频电压起到绝缘作用（式 4），高频电流则很容易通过（式 5）。

工频条件下： 　　　 　 （式 4）

高频条件下（以 50MHz 为例）： 　　　 （式 5）

2 局部放电监测

电容耦合法问世于上世纪七十年代，加拿大 Ontario Hydro 公司将传感器安装在水轮发电机汇流排不同位置上，通过分析局放和外部信号被各传感器接收到时的极性，以及局放脉冲波形特征分析来抑制干扰，其监测系统取名为PDA（ Partial Discharge Analyzer）局放仪。

上世纪八十年代加拿大 IRIS 公司将传感器安装在汽轮发电机出线铜排和大型电动机进线铜排的不同位置上，接收到的信号从极性上无法分辨局放和干扰，但从时序和脉冲波形特征上仍然能够分辨，其监测系统取名为 TGA（ Turbine Generator Analyzer）局放仪。随后 PDA 和 TGA被国外和国内若干机构和企业效仿、发展，监测中心频

率数十MHz ，带宽已经突破百MHz ，成为电机局放在线监测的主流方法，业绩超过 10000台。

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2）射频电流互感器（ RF CT）法射频电流互感器（ Radio Frequency Current Transformer）类似

于零序 CT ，安装在电机中性点，监测三相绕组入地的射频电流。一般认为射频指 300kHz ～ 300GHz范围的电磁波，美国西屋公司 1980 年开发的监测仪以 1MHz 为中心频率，带宽 5kHz 。

1990 年上海第二工业大学和上海科技大学开发了类似监测系统，监测频带和技术达到了西屋公司产品的水平，在约 300台发电机上得到应用。

RF CT法监测频率低，理论上能够耦合到电机绕组内各部位的局放高频电流，比 PDA 和 TGA 监测范围广，但因局放甚高频脉冲在电机这个复杂分布参数网络中传播到中性点，时域和频域都发生严重畸变和衰减，导致通带窄、灵敏度低、获取的局放能量少、不能进行局放综合特征分析，国内外现已基本停止应用。

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3）定子槽耦合器（ SSC）法定子槽耦合器 SSC（ Stator Slot Coupler）类似于平板电容器，一个电极作为信号导体，另一个电极接地，两个电极端口通过同轴电缆接入监测系统。 SSC安装在汽轮发电机和大型电动机定子槽内，局放源定位准确，监测频带宽（ 30MHz ～ 1GHz），获取局放信息多。然而因为已经出厂的电机不能安装、生产中的电机制造商抵制安装，国外应用业绩只有 1000余台，国内尚未见到应用报道。

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4）利用电阻式测温元件（ RTD）法 现代电机都在定子若干槽中预先埋设了测温元件监测绕组温度。利用电阻式测温元件 RTD（ Resistance Temperature Detector）导线耦合高频信号的能力，采集局放脉冲，同时在电机外安装接收天线耦合噪声，再对二者进行对比，来抑制干扰。

RTD不接入电机一次回路，这是它比 PDA容易被用户接受的一面，而且 RTD 监测频带很合适（ 10MHz ～ 150MHz），所采信息便于识别局放脉冲与空间干扰。 1996 年日本关西电力、三菱电机、大阪大学的研究者在关西电站#3 发电机采用了此方法。RTD 的缺点是不容易采集绕组端部局放脉冲和甄别来自电力系统的干扰。

2 局部放电监测

1）现场的干扰类型及相应的抑制方法[12] 徐阳 . 旋转电机局部放电机理及其在线监测技术 [EB/DK] ：西安： 2007 ， [2013-12-10] ： 43

2.3.2 在线监测的抗干扰技术 [12]43

局放测量中遇到的噪声干扰，按时域波形特征可分为连续的周期性干扰、脉冲型干扰和白噪声三类。连续的周期性干扰：包括电力系统载波通讯和高频保护信号引起的干扰

和无线电干扰。一般监测还包括高次谐波，但对于电机监测，高次谐波不在监测频带之中，无需专门关注。脉冲型干扰：包括周期型脉冲干扰和随机脉冲干扰。周期型脉冲干扰源

主要有： I. 可控硅整流设备闭合或开断；II. 地网中的脉冲干扰。

2 局部放电监测

随机脉冲干扰源主要有：I. 供电线路或其他设备高压端的电晕；II. 电网中的开关闭合或开断；III. 电力系统中其他非检测设备局部放电引起的干扰；IV. 试验线路或邻近处的接地不良引起的干扰；V. 浮动电位物体放电引起的干扰；VI. 电机的本机噪声和其他的随机干扰。

白噪声：包括各种随机噪声，如监测系统自身噪声、电机绕组热噪声、地网噪声。

2 局部放电监测

2）主要的抗干扰方法连续的周期性干扰的抑制：现场的连续的周期性干扰在时域经常将局放

信号淹没，在频域表现为窄带离散谱线 [16] 。抑制连续的周期性干扰大多采用频域方法，可通过硬件线路或软件方法来实现。脉冲型干扰的抑制：周期型脉冲干扰可通过时域方法处理，随机脉冲干

扰可通过差分算法或时延、幅值鉴别法处理。白噪声干扰的抑制：减少传感器、放大器、测试系统自身噪声；小波算

法降噪 [17] 。 [16] 刘云鹏 . 基于数学形态滤波器抑制局部放电窄带周期性干扰的研究 [J]. 中国电机工程学报， 2004,3:169

[17] 李茂军 . 变压器局放信号监测中白噪声和周期干扰的抑制 [J]. 长沙理工大学学报（自然科学版）， 2007,6:45

2 局部放电监测

3）抗干扰优化组合将干扰噪声归类，采用有效抑制方法，可形成降噪优化组合如下：I. 抗本机噪声和白噪声——动态阈值法II. 抗固定频率干扰——硬件和数字滤波法III. 抗固定相位干扰——任意相位开窗法

2 局部放电监测

4）时序判断法GIS 、变压器局放监测的传感器不与被测设备一次回路接触，所采集的

信号不论局放还是干扰，都通过空间传播，因此采用噪声传感器采集空间传播的电磁波，与信号传感器采集的信号相对比，甄别出局放信号。

电机局放监测的主流方法是电容耦合法，传感器直接接入电机高压端，采集到的信号主要是电力系统的干扰。

在同一相铜排上相隔一段距离安装 2只传感器，根据信号到达局放监测仪的时序、峰值和时差判断局放与噪声的降噪法，称为时序判断法。

2 局部放电监测

国际主流的时序判断法的单相接线如图 19 所示。图中，传感器依安装位置靠近电机与否，被称为近端或远端传感器，传感器的信号线 l1 与 l2 等长，电机局放信号通过近远端传感器到达监测仪的时序是近端先于远端，时差是局放信号在近远端传感器之间铜排 L 上传输所需时间。来自电力系统的干扰被监测仪采集到的时序与局放相反。此外，两只传感器采集同一个信号，显示的峰值也会有明显不同。

发电机或 电动机

近端传感器 局放

监测仪

L

l 1

远端传感器

l 2

图 19 时序判断法单线图

2 局部放电监测

图 20(a) 中，远端信号明显强于近端信号，可判断为来自电力系统的干扰。图 20(b)中近端信号先于远端信号到达，可判断为来自电机的局放信号。如果干扰与局放信号时差的区别足够大、时序清晰、相邻两个信号不至于混淆，上述判断法能够满足需求。然而如图 20 所示，干扰信号（图

20(a)）两路时差约 25ns ，局放信号（图 20(b)）时差约80ns；干扰信号时序本该远端先于近端，实际却测得近端先于远端，使得时差 25ns 的意义难辨；两只传感器采集到的干扰和局放信号波形有畸变，频率也不一致。

0 50 100 150 200-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

time(ns)

mag

nitu

de(V

)

0 100 200 300 400-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

time(ns)

mag

nitu

de(V

)

(c) (d)图 20 干扰与局放信号判断

2 局部放电监测

产生这些问题的原因是，不同类型的局放或干扰信号在时域和频域特性上呈现复杂和多样性，两路信号的波形不可能完全一致，时差不可能固定。由此，需要采用模拟和逻辑电路对信号的峰值和首波上升时间进行比较，然而高频信号时域和频域特性上的复杂和多样性同样会对固定的差动放大电路、固定的判断逻辑带来干扰，容易造成误判。西安交通大学对时序判断法作了改进，放长远端传感器信号线 l2 ，使干

扰信号的时差趋近于零（图 20(c)），而局放信号的时差更长（图 20(d)）。增大干扰与局放信号时差的差异，提高了鉴别的灵敏度。实验室和用户现场的测试证明，这一改动在实际放电源试验、远处空间和地网干扰试验中，无需借助模拟和逻辑电路，仅凭时序和时差这种软件方法就能准确判断信号与干扰，使时序判断法真正具备实用意义，使 5MHz ～ 40MHz 这一段干扰强烈然而局放量集中的频带，纳入了局放监测范围，提高了监测系统的灵敏度和有效性。这项看似简单的创新在中国和美国分别取得了专利，改进后的方法可称为优化时序判断法。

2.4 局部放电判据

2 局部放电监测

内部放电、端部放电和槽部放电是电机局放的三种主要放电类型，其时域和频域特性各有不同。2.4.1 局放波形的时域及频域特性 [12]52

1）内部放电 试验证明，电机线棒绝缘的内部放电具有以下特性：I. 首波脉冲上升沿约

125ns；II. 脉冲持续时间大约260ns；III. 脉冲的频率分量分布在0 ～ 15MHz ，在10MHz 以下的能量较为集中。

050

100150200250300

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21测量次数

/ns

时间

tr(ns) 118ns平均值 td(ns) 251ns平均值

图 21 内部放电脉冲时间

2 局部放电监测

首波上升沿时间 td 和波形持续时间 tr20次统计值见图 21 ，时域波形、信号频谱和高频部分频谱见图 22 。

（ a）时域波形 （ b）信号频谱 （ c）高频部分频谱图 22 内部放电的波形和频谱

2 局部放电监测

2）端部放电绕组端部放电特征：I. 首波上升时间约

45ns；II. 脉冲持续时间接近

150ns；III. 频域分布主要在 0 ～

30MHz ，在 3MHz～ 10MHz 以下的能量最为集中。

上述时域、频域特性见图23 、图 24 。

0

50

100

150

200

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21测量次数

/ns

时间

tr(ns) 52ns平均值 td(ns) 142ns平均值

图 23 端部放电脉冲时间

2 局部放电监测

（ a）时域波形 （ b）信号频谱 （ c）高频部分频谱图 24 端部放电的波形和频谱

2 局部放电监测

3）槽部放电槽内绝缘放电特征：I. 首波上升时间约

20ns；II. 脉冲持续时间接近

50ns；III. 其频率成分也很丰富，主要能量集中在 0 ～80MHz 。

槽部放电的时域、频域特性见图 25 、图 26 。

图 25 槽部放电脉冲时间

020406080

100

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21测量次数

/ns

时间

t r (ns) 21ns平均值 td(ns) 55ns平均值

2 局部放电监测

（ a）时域波形 （ b）信号频谱图 26 槽部放电的波形和频谱

2 局部放电监测

GB/T 20833-2007《旋转电机定子线棒及绕组局部放电的测量方法及评定导则》建议局放测量采用局放模式进行评价，但同时给出采用视在放电量 pC 作为评价标准。见表 7 、表 8 。

2.4.2 视在放电量限制值

表 7 单根线棒最大视在放电量限制值 [9]20

试验电压 局放量 /pC

额定相电压

A（优级） 50

B（一级） 100

C（合格） 200

额定线电压 500

表 8 电机整体定子绕组（或分支）最大视在放电量限制值 [9]20

试验电压 局放量 /pC

额定相电压

A（优级） 3 000

B（一级） 5 000

C（合格） 10 000

额定线电压 20 000

[9] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会 . GB/T 20833-2007 旋转电机定子线棒及绕组局部放电的测量方法及评定导则 [S] ： 20

2 局部放电监测

监测系统在 1秒钟内监测到的一组局放值中，从大往小排位第 10 的那个脉冲值，记为Qm ，也可记为 10pps ，单位为 mV 。 图 27 中的曲线是一组局放值的包络线， -Qm 接近310mV ， +Qm约为170mV 。由于局放脉冲有极性，Qm 分正负。也有监测机构将局放脉冲数据取绝对值， Qm只体现为正值的。

2.4.3 两个重要的统计参数1）重复出现的最大局放值（ pps）

图 27 Qm 的物理涵义

2 局部放电监测

图 27 中 Qm曲线左下方的面积，记为 NQN ，计算式为： （式 6）

式中：△ V 为程序划分的局放幅值区间， Ni 为该幅值区间在1s内的放电次数。 NQN也分正负，但也有取绝对值后只体现为正值的。 NQN 的物理涵义即 1秒钟内监测到的局放能量和。

2）局放能量和（ NQN）

2 局部放电监测

电机局放的影响因素前面已有分析，其中对统计参数影响最大的因素是电机负载。不同电机在不同负载下的局放值见表 9 。2.4.4 影响统计参数的重要因素

表 9 采用 80pF 电容传感器在母线监测空冷电机的 Qm 分布 [12]58 单位：mV额定电压 / kV 2 ～ 4 6 ～ 8 10 ～ 12 13 ～ 15 16 ～ 18

平均值 57 110 148 213 497

最大值 1116 2176 2074 3200 2717

负载

25% 2 13 26 37 41

50% 12 39 73 100 101

75% 36 136 173 213 407

90% 91 287 372 459 1751

2 局部放电监测

重复出现的最大局放值 Qm 和局放能量和 NQN 用于趋势分析，可以揭示电机绝缘是否进入急剧劣化的阶段。图 28显示电机绝缘状况稳定，图 29 中 Qm近期大幅增长，需要关注。

从表中可见， Qm 对负载极其敏感，分析局放值不可脱离电机负载。不同电机的局放值对负载的敏感度并不一致，敏感度高可能是线棒或槽契松动，不敏感可能是槽放电等类型的放电。2.4.5 趋势分析和临界判据

（ a）趋势图 （ b） NQN 趋势图图 28 局放发展趋势图

2 局部放电监测

相对而言，国标比较保守，专家挖掘电机剩余使用寿命更多，承担的风险较大。一旦出现满足临界判据的情况，监测分析人员应建议业主尽快安排电机停役，制订进一步的检测方案，找到局放源。

图 29 中 Qm近期大幅增长，需要关注。 Qm 或 NQN翻倍被认为是电机绝缘进入急剧劣化阶段的临界判据，但在时间跨度上， GB/T 20833-2007《旋转电机定子线棒及绕组局部放电的测量方法及评定导则》推荐一年，国内外电机局放监测权威专家推荐半年。

图 29 临界判据

3.1 发电机监测系统3.2 电动机监测系统

3 局部放电在线监测系统

3 局部放电在线监测系统

3.1 发电机监测系统

3.1.1 监测系统架构

Aφ Bφ

Cφ

近端传感器

远端传感器

近端传感器

近端传感器

远端传感器

远端传感器

采集卡

高速输入端

低速输入端

工控机

Internet

通讯链

监测信息中心 专家团队

3 局部放电在线监测系统

发电机局放在线监测系统应由传感器、采集卡、软件和远程服务四部分组成。若在线监测发现了异常，分析工作还需要常规监测和设备管理文档（日常运行抄表记录、环境状况、配电网状况、绕组绝缘电阻、介质损耗、交接试验和预防性试验报告、维护保养记录、定期检修报告、故障报告、故障检修方案和报告、改造方案和实施报告、设备开箱技术资料、设备档案）。 有些监测系统在传感器与采集卡之间设置了信号调理单元。信号调理单元设置在传感器近旁，处理后的信号可以远传到控制室中的采集卡，采集卡安装在工控机中。信号调理单元含电源模块，需要引入市电电源，经整流后向信号处理模块供电。信号调理单元发热量较大，如果采用全封闭机箱防尘以实现长周期运行，散热会有困难。 如用于防爆区中的电动机监测，信号调理单元需要安装在隔爆型防爆箱中。隔爆型防爆箱是采用厚钢板制作的全封闭箱体。

3 局部放电在线监测系统

3.1.2 传感器 传感器由高压电容器和检测部件组成。 高压电容器是关键元件，要求具备很高的耐受高电压性能、很低的局部放电量和介质损耗，在整个使用期内，即便所在配电系统的设备都被击穿了，它也不被击穿；要求很小的电容值偏差，以保证各传感器输出具有可比性。 检测部件要求具备准确、稳定的阻抗，以及抗电涌能力。 传感器外形近似于支柱绝缘子，用环氧树脂将电容器和检测阻抗整体浇注其间，确保很强的内绝缘性能和抗外绝缘污闪性能。 传感器应具备很强的耐候性能，试验项目应包含严酷的冷热循环、高低温和高低湿度运行、电容值偏移和介质损耗增量。

3 局部放电在线监测系统

电容器的电容值C≤1000pF ，都适合耦合电机局放信号。电容值范围宽泛并不意味可以随意选择，首先，电容值低电容器截面小、电极间距大，反之亦然，电容值过大会影响传感器外形尺寸或内绝缘性能。 其次，传感器的时间常数 RC 与监测系统的灵敏度直接相关，时间常数过小则灵敏度低，检测到的局放能量有限（见图31）。

图 31 耦合单元时间常数与检测局放能量 [9]5

[9] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会 . GB/T 20833-2007 旋转电机定子线棒及绕组局部放电的测量方法及评定导则 [S] ：5

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第三， RC耦合单元的低截止频率如式 7 ：

（式 7）

当 RC=4ns 时，由式 4 可以算出它的检测频率下限是40MHz 。 如上所述，传感器参数是根据监测系统设计检测频带、检测灵敏度和传感器耐电性能要求，综合平衡的结果。

3 局部放电在线监测系统

3.1.3 采集卡 采集卡的作用： 一是在高速输入端对传感器输出的甚高频模拟信号进行输入保护；对采自 A 、 B 、 C三相的信号轮流切换进入处理通道；对进入处理通道的某一相近、远端两路信号同时进行前置放大（或衰减）、隔离、高通滤波、可控增益放大等、再转换成数字信号。 二是在低速输入端接收电机的工频电压信号，经类似处理后作为甚高频信号的编组序号和相位坐标。 随后的工作有多项选择，可以将采集的数据以文件形式储存到存储器中，等待工控机发指令来取时发送到工控机，也可以采取多种形式处理数据，甚至可以完成工控机的任务。

3 局部放电在线监测系统

采集卡与工控机之间数据传输方式和消耗时间是衡量采集卡技术水平的标志之一。 每秒数亿的数据原样写入采集卡存储器再转移到工控机的存储器，所需时间是采集这些数据的数倍，而各种后续处理形式可以压缩处理时间，采集卡的性能明显提升。 采集卡的功能并非越全越好，采集卡靠近传感器安装，监测系统比较简洁，采集效果也比较好，但是电机现场温湿度不加控制，灰尘较多，采集卡功能多功耗也大，散热与防尘这一对矛盾较难解决。

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能够执行上述任务的采集卡，必须使用 FPGA（ Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL 、 GAL 、 CPLD 等可编程器件的基础上发展而来。作为专用集成电路（ ASIC）领域中的一种半定制电路，它既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点，工程师使用 FPGA编程，可以快速处理大量数据，执行复杂任务，并且功耗很小。 当前电机局放监测所应用的主流采集卡采样频率为 100Msps ，也有 200Msps甚至更高的，其电路相当复杂（见图32）。 200Msps采样频率所需的 FPGA 、 ADC 某些型号芯片因美国限制出口，采购有困难，更高频率的芯片几乎不可能买到。

3 局部放电在线监测系统

图 32 采集卡局部电路

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3.1.4 通讯链 采集卡与工控机之间的通讯链有多种实现形式。 PCI-e 。 PCI（ Peripheral Component Interconnect）指工控机或普通个人电脑机外设部件互连标准的缩写，被称为局部总线，外形是在电脑主板上最长的插槽，采集卡直接插入，就实现了与工控机的连接。 PCI位宽分 32位和 64位，工作频率为 33MHz ，拥有目前各种通讯方式中最快的数据传输率： 32位 133Mbps 、 64位266Mbps 。 PCI-e 是当前 PCI 中的先进型号。 PCI-e虽然工作稳定、抗干扰、传输速度快，但是采集卡与工控机一起安装在电机近旁，工控机的使用寿命将缩短，某些场合也不允许安装工控机，因此其他通讯方式开始受到重视。

3 局部放电在线监测系统

RJ45 接口以太网。 RJ45 接口配置在采集卡和工控机中。 RJ45支持 10Mbps 和 100Mbps 自适应的网络连接速度，通过五类线或超五类线以电信号传输数据。五类线可分为非屏蔽双绞线（ UTP）和屏蔽双绞线（ STP）， STP 用于电磁辐射严重、对传输质量要求较高的场合，一般场所 UTP 即能满足要求。五类 UTP 是快速以太网（ 100Mbps）的首选介质，超五类 UTP 用于千兆以太网（ 1000Mbps）。 RJ45 接口的传输距离有限，使用 UTP 一般不超过 50m ，使用 STP通常不超过 100m 。 光纤接口以太网。光纤按中心波长分为多模（ 850nm）和单模（ 1310nm 或 1550nm）。多模接口发射功率较小，光纤中光的衰减较大，在节点多、接头多、连接器和耦合器用量大、光源多（可用激光器或发光二极管）、距离近的局域网中应用成本较低。单模接口发射功率略大，光纤中光的衰减较小，光源为激光器，适合传输距离远、传输速率要求较高的广域局域网应用。

3 局部放电在线监测系统

3.1.5 软件 按实现功能区分，软件可以分为四个部分：控制采集卡、抗干扰、显示界面和远程应用。控制采集卡的软件又可以分为采集卡驱动软件和工控机控制软件两类。抗干扰软件按各监测机构采用的抗干扰方法编写，显示界面和远程应用的个性特征更为明显，没有统一规格。 完整的电机在线监测系统，监测项目包含振动、温度、气隙和磁通，这需要不同专业开发的分析软件。作为电机在线监测系统软件，应跨多个关联度低的专业，实现分析软件的融合，同时容许专家团队经专项授权调阅常规监测和设备管理文档。

3 局部放电在线监测系统

3.1.6 远程服务 如前所述，电机局放发生机理、电机绝缘及其局放比较复杂、局放数据采用统计方法处理，使局放监测具有不确定性。 GB/T 20833-2007 指出：“原则上，可采用人工神经网络和专家系统等技术完成该工作。但目前就局放起因、机理和影响的理解和掌握，还难以全面定义这种自动化分析所必须的条件判断。显然，如期望得到一个可靠的系统，需对这个领域作进一步的研究工作”。 国标的上述阐述说明对电机局放监测像使用傻瓜机一样简便的期望并不现实。

3 局部放电在线监测系统

一个可行的方法： 首先是利用因特网建立监测信息中心，长期、大量积累监测数据，为趋势分析、横向对比和模式识别创造条件； 其次是监测机构设专人定期调看监测数据，分担电机业主的监视工作，定期出具监测报告告知业主电机所处状态，以专业眼光及时发现异常现象； 同时，组建行业内跨学科专家团队，当电机出现异常时，一面及时通报业主，一面按业主需求组织专家团队，在网上（必要时到现场）对有疑问的电机开展专项咨询诊断，给出清晰的处置建议。

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3.2 电动机监测系统

3.2.1 双采集卡

大型电动机与发电机相比容量还是很悬殊，除此之外，结构大致相同，同步电动机与小型发电机别无二致。但是，电动机局放监测系统与发电机有所不同。

从局放监测角度看，电动机与发电机监测系统最主要的差异缘于传感器安装位置。

3 局部放电在线监测系统

水轮发电机定子直径最大，汇流排边有充裕的位置安装传感器。汽轮发电机为出线铜排专门设计了发电机小室或封闭母线，小室或封闭母线内安装传感器也没有困难。因此，发电机的近、远端传感器安装距离可以完全满足监测系统设计要求，所有传感器的信号线可以接入一块采集卡。 电动机高压端使用动力电缆作为进线，从电缆终端上溯，最近的暴露导体的位置是电机的进线开关柜，动力电缆长度在几十米至一、二百米。电机业主几乎没有可能在电机接线箱十几、二十米处安装电缆分支接头，专供安装远端传感器，远端传感器只能安装在开关柜内。 传感器输出的信号很微弱，采集卡应尽量靠近传感器安装。虽然加装信号放大器可以延长传感器与采集卡的距离，但这种方式不利于甚高频信号传输。电动机的近、远端传感器相隔几十、上百米，采集卡靠近传感器安装，需要两块采集卡。

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3.2.2 高精度同步技术 采集卡每秒采集数亿次传感器检测的信号，近、远端信号必须一一对应，才能应用时序判断法剔除干扰。 发电机局放监测使用一块采集卡，卡内设置甚高频数据处理双通道，同时处理某一相近、远端传感器检测信号，无须采用特别的同步技术就能满足要求。 电动机局放监测使用两块采集卡，两卡相隔几十、上百米，采用常规通信方式指令两块采集卡开始采集，会出现不可接受的误差，需要采用高精度同步技术加以控制。

3 局部放电在线监测系统

查现有同步技术：同步技术 精度 备注GPS卫星对时系统 ≤1μs 满足继电保护和电站自动化需求北斗卫星对时系统 ≤100ns 满足继电保护和电站自动化需求IRIG-B 国际通用时间格式码（ AC/DC）

AC ： 10ms ～20msDC ：≤ 100ns

满足继电保护和电站自动化需求对称微波通信链路双向对比

≤5ns 建立在微波通讯站基础上GPS/GLONASS卫星共视同步

＜ 5ns/＜ 3ns 国家授时中心 2001 年研究项目上海方能同步控制技术 ＜ 5ns 满足电动机局放在线监测需求

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3.2.3 小规格传感器 电动机内部没有安装近端传感器的位置，定子绕组通过高压电缆在接线箱中与动力电缆直接相接，或通过接线箱内的短铜排与多拼动力电缆相接。近端传感器安装主要有两个方法，方法一是在电机近旁装设一个传感器专用箱，使用最小规格的动力电缆或高压电缆，将接线箱内的动力电缆终端与专用箱内的传感器相连接。方法二是传感器安装在接线箱内。 方法一的优点是可以将为发电机研发的大规格传感器直接用于电动机，缺点是现场多了一个大铁箱和一小段动力电缆或高压电缆。 方法二的优点是现场没有增加视线可及的高压设备，缺点是需要研发能够装入接线箱的小规格传感器。 从安全角度考虑，方法二更符合业主安全运行的习惯。

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3.2.4 电气（或粉尘）防爆 大型旋转电动机大多用在石化、冶金、气体（将空气分离为氮气、氧气等）行业，不少电机处于可能发生可燃气体泄漏、粉尘较多的场所，这些场所被划为危险级别不同的防爆区域，区域内的电气设备必须通过国家防爆电气产品质量监督检验中心检验，证明合格。传感器、传感器箱、采集卡、信号放大器（如有）概莫能外。 传感器如能严把质量关，满足防爆要求应该不难。传感器箱作为防爆箱分几个等级，有隔爆型、增安型之别，需要由取得防爆电气产品许可证的企业或机构设计、取证和生产。采集卡如送去取证，几乎没有通过的可能，只有放入小型隔爆型防爆箱内才合法。在密闭的厚钢板小箱内，采集卡的散热需要专门考虑，设置过多的功能、配置电源模块均不合适。信号放大器的取证更没有希望，放进隔爆型防爆箱中也同样需要考虑散热问题。

3 局部放电在线监测系统

3.2.5 抗干扰技术

局放脉冲经几十、上百米乃至二百米动力电缆传输，信号畸变和衰减严重，发电机用的抗干扰技术需要调整和加强。

3 局部放电在线监测系统

3.2.6 通讯链 采集卡与工控机之间的通讯链除了千兆光纤以太网外，都不太合适，光纤的传输距离与以太网的数据传输率有关， 100Mbps 以太网中，多模光纤有效传输距离 2km ，单模光纤 10km ， 1000Mbps以太网中， 62.5/125μm 多模光纤 220 m ， 50/125μm 多模光纤550 m ，单模光纤 2km 。因此，光端模块和光纤宜选用单模。

3 局部放电在线监测系统

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