射频监测是诊断发电机异常情况的在线监测手段，在运行中的发电机内部由于定子绕组绝缘劣化、铜导线疲劳断裂或不同电位的部件之间的间隙减少等故障所引起的局部异常微电弧放电会在发电机的中性线上产生高频电压、电流。射频监测可以对这些高频电流特定频率成分与电平进行检测和识别。

射频监测

基于百万千瓦火电机组绝缘状态的射频监测

郭维芹

上海第二工业大学 上海居能科技有限公司

SJY-5型射频监测仪，已为玉环、外高桥、北仑等8套国产的1,000MW火电机组配套，SJY系列射频监测仪，历经近300套在125MW-650MW火电、水电、核电机组上的可靠运行的考验与经验积累[1]，[2]，[3]，能为超超临界技术百万千瓦大容量、高参数型机组绝缘状态监测与诊断，是对射频监测技术的认可和标志。

发电机局部放电及其危害性

大型汽轮发电机和大型高压交流电动机中，由于定子绕组的故障（如绝缘磨损、接线开焊、股线断裂、高电场造成电晕等）会导致发电机运行中内部放电量增加，严重时，放电处将产生弧光，会导致局部过热和损坏绕组对地绝缘，严重影响发电机的绝缘寿命。

从某种意义讲，发电机本体是个放电体，对于绝缘内部的气隙或气泡等，在一定的外施电压下发生的局部和重复的击穿和熄灭的能量较小的局部放电现象，并不影响设备的短时绝缘强度。然而这些微弱的放电能量产生的不良效应，日积月累，最后也能导致整个绝缘的击穿。为预防这类灾难性事故的发生，在不影响大型发电机组正常运行情况下在线检测局部放电，就显得十分必要。

对发电机局部放电监测

可持续不间断的对发电机局部放电监测的设备，目前广泛应用的有两种测量方法4。一种是， Particial Discharge Monitoring，是通过传统的局部放电监测方法；另一种Radio frequency (RF) Monitoring，为1985年引进美国西屋公司技术的装置11，现在国内外容量600兆瓦及以上机组大部分是采用射频的方法。

两种方法其目标都是检测局部放电，所采取的手段不同，2001年美国EPRI(电科院)在线监测与诊断会上介绍的发电机在线监测也是用射频监测局放的方法。

SJY系列射频监测仪

SJY系列射频监测仪包括高频电流互感器、监测仪主机及遥控板。通过高频电流互感器监测发电机中性点上的电弧的高频信号，以发现定子线圈内部放电现象。射频监测仪耦合到来自高频电流互感器的射频信号，通过将微弱的射频信号放大、处理，可以监测到放电电流的强弱，以此来探测发电机局部放电的程度，实现对发电机定子绝缘的状态监测及故障报警。 SJY-3及SJY-5射频监测仪的射频信号进DCS系统外，其装置于集控室的遥控板附带基于ARM内核的高档处理器数字式图形记录仪，实现高速信息采集和处理，大容量闪存芯片可实现超长时间数据存储。在240X128点阵液晶图形显示屏显示图形，及0-100%和10μV-10,000μV的读数。使用USB接口存储体备份或转存历史数据及通讯功能。图1所示为ARM核的外形与操作菜单。

射频指示信号进DCS系统

这是依据电力系统发展数字化的事实，更先进的手段将信息统一管理的需求，SJY-1遥控板附带机械式记录仪，该记录仪将单一的射频信号记录在纸之上，当需要报警追忆时，时间间隔较难分辩，与发电机其他工况难以从时间对应。信号进DCS系统后，可以在同一页面上显示其它相关的数据，有利于报警追忆对事件的分析。图2所示是北仑发电厂进口600MW发电机组上 SJY射频监测仪在DCS系统的记录图形，同一页面上还显示发电机功率等其它工况参数。

所示是上海吴泾二电厂将SJY-1射频监测仪升级为进DCS系统的记录图形，将主励磁机转子及相关部件相继发生损坏事故记录在案。目前技术水平尚不能对突发性事态实现预报，而在线的射频监测仪器信号接进DCS系统后在追忆事故时，起到类似“黑箱”的作用。

靠整流盘侧电枢绕组端部出现相与相、相与地间拉弧，将电枢端部线圈、绝缘和残余的绑箍烧毁，同时副励磁严重扫膛导致烧毁，而转子电枢无纬带绑箍外所示是上海吴泾二电厂将SJY-1射频监测仪升级为进DCS系统的记录图形，将主励磁机转子及相关部件相继发生损坏事故记录在案。

基于知识的多元模糊逻辑诊断专家系统

本系统具有二级诊断功能。一级诊断为在线进行的，使用SJY-1射频监测仪对发电机的绝缘状况进行监测，当其指示信号值超标或出现异常时，它将作为下一级诊断的起动；二级诊断为离线的，是提问式的交互式诊断。

针对当前专家系统知识获取瓶颈的难题，采用基于知识的多元模糊诊断方法，以射频监测为基础，融合温度、露点、振动等发电机工况参数，采用从局部到整体，从整体到局部的分析与综合，在线监测与离线试验的结合，有效分析处理不精确、不完整等各种不完备信息,并从中发现隐含的知识,揭示潜在的规律.将发电机故障历史数据首先进行模糊化处理,然后构建故障诊断决策表,以决策表作为主要工具,即"知识库"采用模糊逻辑诊断直接从决策表中提取出潜在的诊断规则,为汽轮发电机系统提供有效的故障诊断.

系统能在含有不确定性和信息不充分性的情况下进行模糊推理（不精确推理）。系统问题求解的环境不是静止的，能够处理动态变量输入。动态知识库是可扩充和可修改的。

射频信号与发电机系统绝缘状态对应关系

射频监测仪信号指示值及其发展趋势对发电机的状况的关系，划分为良好、中介过渡、注意、警告、危险几个区域。如图所示：

当射频监测仪信号低于上图中指示值50%（即射频仪输入信号小于300μV）时，表明发电机系统绝缘状态是良好的，图中用绿色表示；当信号在66.6-80%之间（即对应射频仪输入信号在1000-3000μV范围），应对发电机系统的绝缘状况引起注意，观察其变化趋势，表上以橙色表示；当信号大于80%，在此区域内属于警示或危急的状态，用红色表示，应当引起高度重视，密切注意其变化情况，预报警及报警门限值分别设在75%和90%。当报警时，改变负荷观测其与负荷变化的依赖关系，必要时停机处理。实践经验表明，射频信号变化特征与趋势包含更丰富的信息量。

参考文献

[1] 郭维芹，发电机绝缘潜在故障的早期发现与诊断——状态维修是电力设备维修管理的趋势，上海第二工业大学学报，2002 Vol.19 No.1 P.20-26

[2] 李昊、金军，大型发电机射频监测装置的应用，《华东电力 》，2003年06期

[3] 刘国强、万进，局部放电在线射频监测仪在大型发电机组上的应用，《电工技术》，2002年10期

[4] 欧阳潮，两种发电机绝缘监测方式的应用和可靠性探讨，《湖北电力 》，2006年03期

[5] 陈祥峰，发电机射频监测仪简介，运行与维护

[6] 郭维芹，对发电机绝缘故障实行早期预报，《电气设计技术》2000[7] 童菲 周又玲，基于S3C44BOX的远程监测系统的设计与实现，《过程与先进控制》，2006年6月

[8] 李伟清，《汽轮发电机故障检查分析及预防》，中国电力出版社，2002年10月

[9] (英) J.莫不布雷.以可靠性为中心的维修[M].北京:机械工业出版社,1995.

[10] Gabe Paoletti,Alex Golubev.Partial Discharge Theory and Technologies Related to Traditional Testing Methods of LARGE Rotating Apparatus [R].USA : Cutlerhammer Company,1999.

[11] 汪耕、李希明等编著.大型汽轮发电机设计、制造与运行[M].上海:上海科学技术出版社,2000.

[12] 郭维芹,周政新,常大俊.发电机局部放电射频在线监测[J].上海第二工业大学学报,1995(2):9-12.

[13] 刘庆河、郭维芹、徐殿国、 蔡惟铮、周政新，汽轮发电机绝缘状态的监测与故障诊断，《动力工程》，2005年 25卷 6期