大型發(fā)電機是電力系統(tǒng)中非常重要的電氣設備,近年來隨著電力工業(yè)迅速發(fā)展,對發(fā)電機的要求也越來越高,其額定電壓和容量不斷提高,同時對發(fā)電機的絕緣結(jié)構(gòu)及運行可靠性提出更高的要求相對薄弱的絕緣結(jié)構(gòu)在高電壓,強電場的作用下發(fā)生局部放電,在一定的條件下會導致絕緣劣化甚至擊穿。這種情況將會威脅發(fā)電機的安全運行,更嚴重的造成發(fā)電機運行時出現(xiàn)故障甚至停機,危及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行,造成停電事故,給國民經(jīng)濟帶來巨大損失,因此,大型發(fā)電機安全、可靠運行已成為電力系統(tǒng)的頭等大事。
中國電力企業(yè)聯(lián)合會發(fā)布的《全國電力供需與經(jīng)濟運行形勢分析預測報告(20092010)》指出,截止2009年底,全國全口徑發(fā)電設備容量87407萬千瓦,比上年底凈增加8130萬千瓦,同比增長10.23%。2010年年底,全國發(fā)電裝機容量將在9.5億千瓦左右,其中,水電2.1億千瓦,火電7億千瓦,核電1016萬千瓦,并網(wǎng)風電3000萬千瓦。近幾年來,大部分300MW以上發(fā)電機組都已經(jīng)并網(wǎng)發(fā)電,能夠達到額定功率并持續(xù)運行,各項性能指標和技術(shù)參數(shù)都能滿足不同情況下運行的要求。據(jù)原電力部可靠性中心統(tǒng)計,1991-1995年國產(chǎn)200MW機組的等效可用率(EAF)由80.54%提高至86.68%; 300MW機組由76.82%提高至81.86%。然而在制造過程中,不可避免的出現(xiàn)各種問題,例如制造工藝不合格,這些因素都會使發(fā)電機的絕緣受到損壞,引起各種事故的發(fā)生,持續(xù)時間長,影響范圍廣泛,并且在發(fā)電機的維護,檢修方面,以及正常運行方面,都存在很大的隱患,常常成為事故發(fā)生的誘因。2003年全國共有100MW及以上發(fā)電機1072臺,全年發(fā)電機本體發(fā)生故障為42次,年故障率為3.91次/百臺·年。另外還有異常故障61次和外部故障14次。在發(fā)電機42次本體故障中,有13次定子繞組接地故障,占本體故障總數(shù)的30.95%;有4次定子繞組匝間短路故障,占本體故障總數(shù)的9.52%;有3次相間故障,占本體故障總數(shù)的7.14%;有12次鐵心故障,占本體故障總數(shù)的28.57%;有8次轉(zhuǎn)子接地故障,占本體故障總數(shù)的19.05%。根據(jù)國外的詳細資料,發(fā)電機故障15%-25%與定子繞組的絕緣有關(guān),可見絕緣故障是發(fā)電機安全運行的主要威脅。
隨著發(fā)電機的單機容量不斷提升,對發(fā)電機的安全性能和絕緣強度提出更高的要求。因為隨著大型發(fā)電機額定容量的提升,其額定電壓也相應提高,造成發(fā)電機絕緣損壞的可能性更大。現(xiàn)代高壓發(fā)電機定子繞組的對地絕緣,大多采用以云母為基材,用玻璃布補強的環(huán)繞粉云母帶連續(xù)式絕緣結(jié)構(gòu)。在制造過程中,如果工藝控制不嚴格,浸漬不充分,就會在絕緣層間或絕緣層與股線之間產(chǎn)生微小的氣泡或氣隙,發(fā)電機在運行過程中如果氣隙間電壓達到間隙的擊穿電壓時,便會發(fā)生故障放電,而且隨著發(fā)電機運行時間的增長,絕緣層在熱,電,機械及環(huán)境各種應力的影響下,會進一步劣化,zui終導致絕緣層開裂,剝落,槽鍥松動,以及半導體墊條涂層功能喪失。
近年來電力系統(tǒng)運行部門、研究機構(gòu)、運營和工程管理人員越來越重視電力設備局部放電在線監(jiān)測技術(shù)發(fā)展,并廣泛的把局部放電檢測作為發(fā)電機絕緣質(zhì)量監(jiān)控的重要指標。通過對電力行業(yè)的研究,可以肯定說,在線狀態(tài)監(jiān)測是電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。隨著科學技術(shù)的提高和電力不斷的發(fā)展,一些在線監(jiān)測系統(tǒng)和故障診斷系統(tǒng)已經(jīng)在電力系統(tǒng)中得到廣泛的應用。雖然這些監(jiān)測設備能夠檢測到故障,并且達到一定的狀態(tài)監(jiān)測的目的,但是還不能*電力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測的要求。針對不同的電力設備,已經(jīng)提出很多不同的狀態(tài)監(jiān)測方法,如氣相色譜分析法、電脈沖檢測法、振動分析法、電磁波檢測法、油中氣體分析法、絕緣恢復電壓法等。