DL/T 2729-2024 水轮发电机定子绝缘局部放电在线监测与分析系统技术条件

　　中华人民共和国电力行业标准

　　DL/T 2729—2024

　　水轮发电机定子绝缘局部放电在线监测 与分析系统技术条件

　　Specifications for on-line monitoring and analysis system of partial discharges for stator winding of hydro-generator

　　2024-05-24发布 2 0 2 4 - 1 1 - 2 4 实 施

　　国家能源局 发布

　　DL/ T 2729-2024

　　目 次

　　前言 Ⅱ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 工作条件 1

　　5 系统基本结构及硬件要求 2

　　6 包装运输及储存 4

　　7 文件与资料 4

　　附 录A (资料性)局部放电数据分析 5

　　参考文献 7

　　魔

　　国也力出版让

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　　I

　　DL/T 2729-2024

　　前 言

　　本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定

　　起 草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本文件由中国电力企业联合会提出。

　　本文件由电力行业水电站自动化标准化技术委员会(DL/TC 17)归口。

　　本文件起草单位：国能大渡河流域水电开发有限公司、四川预维佳科技有限公司、中国长江电力股 份有限公司、北京华科同安监控技术有限公司。

　　本文件主要起草人：李林、姚福明、唐勇、孟宪宽、黄发涛、马芳平、李光华、郭金婷、彭放、 孙延黎、柳玉兰、吴其修、高伟、谭锋、沈鹏飞、段子新、李友平、冉应兵、王俊青、朱玉良。

　　本文件为首次发布。

　　本文件在执行过程中的意见或建议反馈至中国电力企业联合会标准化管理中心(北京市白广路二条 一号，100761)

　　II

　　DL/T 2729—2024

　　水轮发电机定子绝缘局部放电在线监测与分析系统技术条件

　　1 范围

　　本文件规定了水轮发电机定子绕组绝缘局部放电在线监测与分析系统相关技术要求以及试验和检 验等内容。

　　本文件适用于中、大型水轮发电机定子绕组绝缘局部放电在线监测与分析系统。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件， 仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本 文件。

　　GB/T 4798.2 环境条件分类 环境参数组分类及其严酷程度分级 第2部分：运输和装卸 GB/T 13384 机电产品包装通用技术条件

　　GB/T 20833.2 旋转电机 旋转电机定子绕组绝缘 第2部分：在线局部放电测量

　　GB/T 36572 电力监控系统网络安全防护导则

　　DL/T1197 水轮发电机组状态在线监测系统技术条件

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　极性优势 polarity advantage

　　一个极性的典型局部放电幅值显著高于另一个极性的典型局部放电幅值。

　　3.2

　　负载效应 load effect

　　因负载变化引起的局部放电的变化。

　　3.3

　　局部放电量 normalized quantity number;NQN

　　单位时间(规定时段为1s) 内局部放电脉冲活动的总数量。

　　4 工作条件

　　4.1 环境温度要求如下：

　　a) 机房：18℃~25℃;

　　b) 数据采集装置：0℃~50℃;

　　c) 允许温升变化率：5℃/h。

　　4.2 相对湿度要求如下：

　　a) 机房：45%～65%;

　　b) 数据采集装置：20%～95%(无凝结),特殊场所另行规定。

　　4.3 振动与冲击要求如下：

　　a) 机房：振动频率在5 Hz～200 Hz范围内，加速度不大于5m/s²;

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　　b) 数据采集装置：振动频率在10 Hz～500 Hz范围内，加速度不大于5m/s²。

　　5 系统基本结构及硬件要求

　　5.1 基本结构

　　水轮发电机定子绕组绝缘局部放电在线监测与分析系统(以下简称“系统”)由传感器、数据采集 装置、上位机等组成。上位机可独立配置，也可与其他系统共用。

　　5.2 硬件要求

　　5.2.1 传感器布置分类

　　传感器布置应根据不同类型水轮发电机的结构特点和特性参数进行合理有效配置，可采用高压端耦 合法，也可采用中性点耦合法。

　　5.2.2 高压端耦合法

　　每台机组应设置不少于6个测点，每相不少于2个，有条件的情况下可每支路设置1个。测点可布 置在发电机绕组高压出线端附近或其他适当位置。

　　采用定时噪声分离方法时，应调整同轴电缆长度使发电机外部噪声脉冲信号到达信号采集装置的时 间差小于2ns。

　　传感器宜采用电容耦合器，主要性能指标不应低于：

　　a) 频率测量范围：40 MHz～350 MHz;

　　b) 标称电容值：80 pF±4 pF;

　　c) 温度范围：0℃~125℃;

　　d) 电压等级：与发电机电压相匹配;

　　e) 应能通过不低于2倍发电机线电压加1000V 的耐压试验，且无局部放电。

　　5.2.3 中性点耦合法

　　在发电机中性点设置一个测点，传感器与接地变压器或消弧线圈并联。

　　传感器宜采用电容耦合器，主要性能指标不应低于：

　　a) 标称电容值：1nF～2nF;

　　b) 检测频带：50 kHz～30 MHz;

　　c) 电压等级：与发电机电压相匹配;

　　d) 工作温度：0℃~125℃;

　　e) 取发电机机端电压作为脉冲分析的基准相位。

　　5.2.4 数据采集装置

　　数据采集装置不应依赖上位机实现机组定子绕组局部放电信号采集、处理和统计，并输出局部放电 值Qm、局部放电量NQN 、相位φ、极性等信息。数据采集装置应能有效地自动分离发电机局部放电信 号和发电机外部噪声信号。数据采集装置主要性能要求如下。

　　a) 当采用高压端耦合法时，数据采集装置主要性能要求如下：

　　1)频率测量范围：40 MHz～350 MHz;

　　2)信号幅值范围：5mV～8500 mV;

　　3)输入阻抗：50Ω;

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　　4)通信接口：不小于100 Mbit/s 的以太网络接口;

　　5)工作温度：0℃~50℃。

　　b) 当采用中性点耦合法时，数据采集装置主要性能要求如下：

　　1)采样速率：≥30 MHz;

　　2)输入阻抗：50Ω;

　　3)工作温度：0℃~50℃;

　　4)信号幅值范围：+5mV~+5000mV,-5mV~-5000mV。

　　5.2.5 上位机

　　上位机一般由服务器、网络设备等组成，应配置相应的局部放电监测和分析软件，具备实时监测与 分析功能。

　　5.3 系统及软件功能要求

　　5.3.1 信号采集

　　系统应实时监测与采集水轮发电机定子绕组的各相局部放电值Qm、局部放电量NQN。

　　5.3.2 信号处理

　　定子绕组局部放电噪声分离技术应符合GB/T 20833.2 、DLT 1197的要求，针对定子绕组的结构特 点，可采用下列电噪分离方法：

　　a) 频域分离法;

　　b) 时域分离法(定时噪声分离和定向噪声分离);

　　c) 频域与时域结合分离方法;

　　d) 域阈分离法;

　　e) 图像识别分离法。

　　5.3.3 数据储存

　　系统应具有数据储存功能，并满足下列要求：

　　a) 存储机组的原始采样数据;

　　b) 存储局部放电数据的Qm 、NQN 、q 、n 、φ;

　　c) 采集装置存储不少于24个月的局部放电数据。

　　5.3.4 数据分析

　　5.3.4.1 系统应能分析发电机运行状态下定子绕组的局部放电数据，应提供趋势图、二维图或局部放电 相位分布图谱 (PRPD) 等分析工具。

　　5.3.4.2 局部放电数据分析应考虑发电机功率、定子绕组温湿度、发电机绕组振动等参数的影响。

　　5.3.4.3 局部放电数据分析可采用以下方法：

　　a) 趋势分析;

　　b) 相间比较;

　　c) 脉冲相位分布;

　　d) 极性优势。

　　具体方法见附录A。

　　5.3.4.4 系统应能结合极性优势、相位、温度、负载效应，初步判断发电机局部放电的类型(线棒槽放

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　　电、绝缘内部放电、线棒层间放电和绕组端部表面放电等),具体方法见附录A 中 A.1.5。

　　5.3.5 数据通信

　　系统应满足下列要求：

　　a) 宜具有与电厂计算机监控系统、机组状态在线监测系统等系统通信的功能;

　　b) 防护要求应按照GB/T 36572执行。

　　5.3.6 数据管理

　　数据管理应具备以下功能：

　　a) 具备自动检索功能;

　　b) 具有历史数据回放功能;

　　c) 具备权限认证功能。

　　5.3.7 报警

　　系统应具有报警及阈值设置功能，报警宜根据局部放电类型、幅值、长期趋势、短期突变等因素综 合分析并设置。

　　5.3.8 人机交互

　　系统应具有系统配置、参数设置、数据库修改、图表显示以及报表打印等功能。

　　5.4 试验及检验

　　传感器和数据采集装置应具备有效的型式试验证书(最近5年内),型式试验至少包括传感器交流 耐电压试验和数据采集装置电磁兼容试验。

　　6 包装运输及储存

　　6.1 包装

　　按GB/T 13384 执行，设备有特殊要求的应在包装箱上注明。

　　6.2 运输

　　按 GB/T 4798.2 执行，必要时应指明设备适用的运输工具和运输时的要求。

　　6.3 储存

　　设备应储存在环境温度为一10℃~+50℃,相对湿度不大于85%,无腐蚀和爆炸性气体的室内。 应指明设备储存期限及超过规定期限后应采取的措施。

　　7 文件与资料

　　宜提供以下文件与资料：

　　a) 安装文件，应包含系统结构图、测点布置图、系统施工方案等;

　　b) 操作文件，应包含软件使用说明书、维护说明书及故障检查说明书;

　　c) 试验文件，应包含设备在工厂和现场试验阶段的文件。

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　　附 录 A

　　(资料性)

　　局部放电数据分析

　　A.1 高压端耦合法

　　A.1.1 趋势分析

　　局部放电Qm 的变化趋势可反应定子绕组绝缘老化的发展趋势，比如每6个月局部放电Qm 翻倍是绝 缘失效快速发展的迹象。如果最新测试数据对应的机组工况参数(如电压、功率、绕组温度)与先前测 试数据对应的工况参数相近，则可直接比较这两次测试数据。

　　A.1.2 相间比较

　　同一台机组不同相之间局部放电数据可直接相互比较。当定子绕组各相之间的局部放电水平相 当且模式类似时，则可怀疑是绝缘劣化程度相近;否则很可能为其他个案问题。通常绕组线圈松动、 热劣化、污染以及绝缘涂层问题是普遍的(或者统一的),而绕组制造工艺不良或间距不当则往往呈 现个案特征。

　　A.1.3 相位分析

　　可通过局部放电脉冲的相位分析，判断发电机定子绕组局部放电的类型和发生的部位。在相电压 360°的相位之间，定子绕组上的局部放电倾向于集中在45°和225°的相位附近，其中负局部放电集中在 45°附近，正局部放电集中在225°附近。而相间局部放电、电晕放电、绕组端部半导体涂层爬电导致的 局部放电则倾向于集中在其他相位。具体见A.1.5。

　　A.1.4 极性优势

　　可用脉冲的正极性、负极性和极性优势来反映局部放电发生的位置信息，从而说明故障机理。不同 极性的放电见图A.1。

　　主绝缘(对地绝缘) 铜导体

　　+PD>-PD

　　+PD~-PD +PD<-PD

　　定子铁芯

　　0

　　图 A.1 不同极性放电

　　A.1.5 参考模型

　　可根据极性优势、负载效应、温度效应、相位建立故障机理分析模型，辅助判断发电机组绝缘故障 机理，见表A.1。

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　　表A.1 故障机理

　　故障机理 极性优势 负载效应 温度效应 相位 热退化 无 无 负效应 45/225 周期性变负荷 负 无 负效应 45 绕组松动 正 正效应 负效应 225 线槽放电 正 无 负效应 225 浸渍不良 无 无 负效应 45/225 电压应力涂层界面情况恶化 正 无 正效应 225 A.2 中性点耦合法

　　A.2.1 趋势分析

　　放电幅值，特别是负放电幅值上升超过30%(或100 mV); 局部放电次数，特别是负放电上升超过 30%(或1000次)的趋势分析。

　　A.2.2 放电类型分析

　　A.2.2.1 极性分析

　　见 A.1.5。

　　A.2.2.2 PRPD分析

　　利用水轮发电机三相电压间120°相位差，将中性点局部放电信号剥离拆分为三相的PRPD, 参照 GB/T 20833.2给出的各种放电类型PRPD, 分析放电类型。

　　A.2.3 放电相定位

　　根据A.2.2.2的三相PRPD特征，定位放电相。

　　6

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　　参 考 文 献

　　[1]GB/T 28570 水轮发电机组状态在线监测系统技术导则

　　[2]DL/T 417 电力设备局部放电现场测量导则

　　[3]IEEE 1434 旋转电机局部放电测量试用导则 (IEEE Guide for the Measurement of Partial Disch- arges in AC Electric Machinery)

　　7