发电厂中发电机定子及出线套管处绝缘引起的故障占发电机总故障的 40%以上。发电机局部放电通常发生在定子绕组的间隙中，严重的话会导致发电机组损坏事故。如何能及时检测到发电机绝缘的劣化是保证发电机安全运行的重要问题。由于运行中的发电机定子绕组及出线套管均处于封闭状态，发电厂运行人员无法通过日常巡查发现发电机绝缘存在的隐患。发电厂通常会在机组停机检修期利用局部放电试验进行检测，但是通常电厂检修周期较长，不利于及时发现绝缘出现的问题，因此需要找到一种可以对发电机定子绝缘进行实时监测的方法，目前最好的解决办法是采用发电机局放在线监测装置进行监测。

局部放电是绝缘介质在足够强的电场下，发生 部分放电的现象。这种现象最容易发生在绝缘介质存在的空隙中、液体绝缘的气泡中、具有不同特性的绝缘层之间以及金属（或半导体）电极的尖锐边缘处。

电气设备发生局部放电的条件一方面需要产生很高的电压，另一方面是绝缘中存在气隙。随着电压的不断升高，电场强度也不断增加，当气隙内的气体被强电场击穿后，这部分气体就形成电流通路，形成局部导通^[1]。

绝缘介质中的局部放电都是以脉冲形式存在的电流信号，这种脉冲信号存在的周期很短，一般为 20 ns左右，其上升阶段为前 1/4周期（约为 5 ns）。由于脉冲信号具有快速衰减的特性，测量选择在首个脉冲所在的频段，计算公式为：

f=1/T=1/（4t），

式中 f—频率，对应范围为 50~250 MHz；

t—测量时间，取值范围一般为 1~5 ns。

信号传输方式有沿导体传播、电容感应、辐射，其中，采用导体传播（线棒、母线）方式信号衰减最慢，感应和辐射方式信号衰减都很快。

局部放电的击穿点处发生放电产生的电流，通常以对地电流方向为参考方向，与对地电流方向相同为正放电，相反为负放电 ^[2]，见图 1所示，前半个周期的放电极性为负，后半个周期放电极性为正。

图1(Figure 1)

图1 局部放电的击穿点处放电产生的电流极性示意图

局放在线监测装置由监测仪、通信电缆、耦合电容传感器、上位机等构成。

局放装置配置的传感器是 1个电容量为 80 pF的电容器，发电机内部局放产生的高频信号很容易通过，工频交流信号却难以通过。根据公式 X=1/ 2πfC，电容为 80 pF，频率为 50 Hz，容抗为 40 MΩ，对于高频局放信号（假设为 80 MHz）的容抗大约为 25 Ω，因此电容器相当于高通、低阻滤波器，它可以极大程度地抑制工频信号，增强抗干扰能力。由于定子线圈具有一定的感抗，定子对于局放信号的感抗比工频交流电的感抗大很多倍。分析局部放电特性，电压越高对应电场强度越大，也就越容易发生局部放电，因此电容传感器一般安装在定子线棒高压侧或母线上，靠近局部放电易发生的部位^[3]。

根据计算得知，局放频率范围是 50~250 MHz，因此可以选择频率范围在 40~350 MHz的传感器电容，这样可以过滤掉绝大多数 20 MHz以下的电气设备噪声。由于传感器一般安装在母线上，要求其绝缘强度必须大于发电机交流耐压试验时的最大耐压值，这样才能保证发电机进行交流耐压试验时传感器不被损坏。

局部放电信号经过传感器、通信电缆连接到仪器的信号输入端，在发电机运行情况下进行测量。它统计了单位时间内局部放电信号的脉冲总数、强度和放电的极性。测量设备通过以太网通信方式与上位机连接，当局部放电超过设定值时，仪器发出报警信号^[4]。

消除系统噪声影响是局放装置能否分辨输出数据是否正确的关键因素 ^[5]。局放装置的原理是在每相母线上安装 2个电容传感器，1个安装位置尽量靠近发电机，目的是为了获得较强的局放信号，另 1个安装在距离前 1个电容传感器 4m左右位置，且 2个传感器通过等长的通信电缆将信号接入测量装置。局放测量仪信号分析示意图如图 2所示。发电机侧的局部放电信号先传到传感器 C1，然后进入测量仪的 M端，再经过很短的时间 T传到传感器 C2，进入测量仪 S端。由于 C1、C2到达测量仪的距离相等，所以通过判断信号到达输入端的时间关系就能够判断出信号来自发电机侧还是系统侧。当 T_S-T_M= T时信号来自发电机侧，当 T_S-T_M=T时信号来自系统侧，如果时间差小于 T，说明信号来自 2个传感器之间的母线上。仪器的时间分辨精度最高可达 6 ns。

图2(Figure 2)

图2 局放测量仪信号分析示意图

某电厂在机组安装调试期间，发现 1台已经投入试运行的发电机的局放数据出现严重异常，具体数据见表 1所示。

表1(Table 1)

表 1 发电机的局放数据 1）

表 1 发电机的局放数据 1）

从表 1数据可以看出，自 6月 25日起 W相正放电 Qm+最高达 34 000 mV，且 Qm+变化呈急剧增长趋势，说明发电机内部存在着明显的局部放电现象，局放装置生产厂家技术人员建议立即停机检查处 理。在随后的检查中发现，由于基建期施工环境较为恶劣，发电机出线罩内积累了大量的灰尘，且出线罩三相绝缘隔板上凝结水露，出线套管边缘和绝缘板边缘处有明显的放电痕迹，这些现象都表明该处在运行中发生了明显的局部放电现象。若该发电机继续运行很可能发生污闪，导致发电机出线处对地短路，后果不堪设想。

采用局放在线监测装置及时发现了发电机内部的重大缺陷，避免了事故的发生。因此建议新建电厂都应配备发电机局放在线监测装置。传统局放在线监测装置的监测形式是就地采集数据上传至上位机，只能在其工程师站进行观察，为便于电厂管理，可将其采集的信号转换为 4~20 mA模拟量接入 DCS，并设置报警值以便电厂运行人员实时监视。发电机局放在线监测装置能及时发现发电机内部的隐患，实时关注发电机内部绝缘的变化情况，对于电厂安全稳定运行有着非常重要的意义。