一．系统概述
对于低压电机，影响绕组绝缘寿命的主要因素是机械应力、热及短时的过电 压的作用。对于高压电机，影响其绕组绝缘寿命的主要原因除上述因素外，另外 一个更主要的因素就是局部放电。对于 6kV 及以上电压等级的高压电机定子绕 圈，运行时绝缘内部及表面都可能发生局部放电。据统计，电机损坏事故均有 50%是电机定子绕组绝缘损坏引起的。而很多绕组绝缘的损坏很多是局部放电造 成的。所以，近年来电机中局部放电的测量与防止已为各电机制造厂家和电机使 用部门所重视，局部放电的测试已逐渐用于电机绝缘质量的控制和运行可靠性的 鉴定。随着经济快速发展与工业现代化稳步推进，大型工矿企业对电力系统的稳 定性的要求越来越高，特别是轨道交通、石油石化、钢铁、矿山、制药、高级制 造业等对生产连续性要求较强的行业，电力系统的稳定性和安全性对企业的安稳 运行起到重要的作用。
本公司根据《GB/T 20833.2-2016 旋转电机定子绕组绝缘 第 2 部分：在线 局部放电测量》、《旋转电机定子绕组绝缘 第 1 部分：离线局部放电测量》、 《Q GDW 11304.5-2015 电力设备带电检测仪器技术规范 第 5 部分：高频法局 部放电带电检测仪器技术规范》以及《DL/T 2271-2021 高压电缆局部放电在线 监测系统技术规范》研发生产的高压电机局部放电在线监测系统，通过安装在高 压电机指定位置的耦合电容传感器，高频电流互感器，电阻式测温元件，感应局 部放电信号，通过信号处理和数字化技术，各个在线监测单元检测电机局放信号 后，将测试数据通过网络传输到后台的在线监测服务器软件上，从趋势和量化的 数据，图谱多个维度直观呈现给运维人员。
本系统示意图如下图所示
如图 1 所示，高压电机局部放电在线监测系统主要由前端外置式传感器（耦 合电容(IPDS)，高频(HFCT)，温感元件(RTD)）、局放采集单元、电脑服务器和 局部放电在线监测软件平台构成，前端传感器感应不同部位的局放模拟信号，再 通过同轴电缆接入局部放电监测单元，监测单元具有信号滤波放大和模数转换功 能，可对传感器耦合信号进行滤波降噪和放大，以达到 AD 转换的量程范围内， 局部放电采集单元采用 100MS/s 采样率， 14 位分辨率，三通道同步采集传感 器耦合的高频放电脉冲信号，通过同步控制单元和电源相位保持一致。同时采用 触发采集模式，当触发信号达到触发采集阈值时，局部放电采集单元立即采集一 定时长的局部放电信号，由于系统采用同一触发信号对各局部放电采集单元进行 同时触发，因此各采集单元能够达到高度同步性，同步时差＜100ns。
系统通过光纤连接各个局部放电监测单元，在线监测平台软件可调整采集单 元的采集时间间隔和发射数据间隔，同时接收各局部放电采集单元返回的局部放 电波形，并实时显示和存储，根据各局部放电采集单元测量到局部放电的放电量、 极性及时间差，根据局部放电的波形统计特征，与专家库中相应的参量进行比较， 得出局部放电故障判别， 进一步判断判别局部放电的危害程度。
功能特点
● 分布式布局，基于 IP 技术，扩展性强
监测单元网络化布局，基于 TCP/IP 通信和 WEB 技术，整套系统能支持多达 200 个在线监测单元同时检测，在原有布局基础上加入或者撤掉终端时，系统无 需额外设置，自动进行识别和配置。
● 实时监测
系统记录各监测节点的实时数据，监测周期可以灵活设置。
● 边缘化计算
符合当前物联网终端设计理念，计算边缘化，数据就地处理，异地分析判断， 数据再现回溯机制。
● 灵活取用和巡检
检测单元也适合线路巡检场合，此时带上装有局放分析软件的电脑配合终端 使用即可。
● 稳定的数据传输
系统内两个监测节点间最远距离可以为 20km,保证数据传输的稳定性。
● 同步实时采样
所有采样通道都可连续同步采集，数据处理都是在监测单元内部 FPGA 内并 行计算处理完成，数据的采集计算和模式识别都是由采集单元处理，分布式计算， 后台计算机只负责数据存储和展示，显示查询测量结果，整体系统更稳定。
● 软件平台 WEB 化
软件采用 WEB 平台，浏览器直接浏览管理即可，不需要再安装其他客户端软 件，接外网云平台后，可以在任何电脑上查看监测情况。支持超大数据库容量， 保证 10 年的监测数据的稳定存储。
● 软件功能丰富
可记录测量放电量、放电相位、测量时间等相关参数，可提供放电趋势图并 具有预警和报警功能，可对数据库进行查询、删除、备份以及打印报表等。
● 丰富的图谱信息
系统以不同的图形方式显示局部放电信号，如年月日局放趋势图，相位脉冲 图、 PRPD、PRPS 图谱，清晰反应放电的幅度，时间，相位信息。可以浏览每一 个监测单元任意监测时刻的局放波形细节。
● 高灵敏度
最小可检测 5PC 的放电信号。
● 抗冲击
可承受 600KV 的闪络冲击，终端设备不损坏、数据不丢失。
● 抗干扰
具备时域、频域信号分析技术，可有效分离干扰信号和局放信号，可有效避 免仪器电源端的干扰。
二． 在线监测系统介绍
2.1 测量原理
现代高压电机定子绕组的对地绝缘，多采用环氧片云母或粉云母连续式绝缘 或环氧片云母箔或粉云母箔卷烘式绝缘，并有多胶和少胶之分及模压、液压和整 浸之分。不论多胶云母带(或箔)、少胶云母带(或箔)，本身就有很多气泡，包扎 过程中，在云母带的每匝边缘处也会形成气隙；云母带中的胶粘剂有的有溶剂， 有的有低分子化合物，在线圈热压成型的过程中要挥发而产生气泡，虽然要经真 空处理，但因高压电机绕组绝缘包扎的云母带层数多，这些气泡、气隙中的空气 和挥发物很难抽尽。因而高压电机定子绕组绝缘内部总是有气隙的。电机运行过 程中，由于热胀冷缩、冷热循环使用、机械振动作用及电热老化等也会产生新的 气隙。高压施加在其上，比较容易出现局部放电，从而产生绝缘劣化，最终导致 设备故障。
高压电机定子线圈出槽口处电场分布极不均匀，在槽口处场强最高。如不采 取防晕措施，在高电场作用下该处将产生电晕，对于单只线圈在 4kV 左右电晕就 已很明显，20kV 左右就会产生滑闪放电，40kV 左右就会产生闪络。下完线后组 成的绕组闪络电压将会更低，这会在长期运行中产生电腐蚀从而产生局部放电， 影响设备后期运行。
本系统采用模块化设计方法，通过安装在定子引出线上的耦合电容器，中性 线上设置的贯穿式射频电流互感器，埋置在定子槽内的电阻式测温元件作为局部 放电传感器，来耦合电机运行中释放出来的局部放电脉冲电流信号，通过同轴电 缆传送至智能无线数据采集终端，经多次采集后， 对模拟信号经过滤波、放大 处理和模拟数字转换后变成数字信号，再经过高阶数字滤波处理后由处理器数字 化后传送至服务器。
检测单元采用内置光纤时基同步或者电流感应同步方式，用以标定各种特 征信号发生的时刻值，实现各终端之间的相位和时基同步，方便后续局放图谱分 析。
终端采集的每组局放数据，根据是否有时标信号或相位信号输入，分别标 注相应的时刻参数。经算法处理后先本地存储，然后根据服务器端软件指令向服 务器发送指定数据。既保证数据系统性，不遗漏诸如局放信号等特征信号，又不至于引起通信堵塞。 终端将系统所设置的每个测量周期内的局放信号峰值，有效值计算，加入 时戳，传输给服务器。
三． 在线监测软件介绍
3.1 主要功能
监测系统软件采用分布式的设计和部署，满足的横向和纵向扩展，前端 ui 和后端服务完全分离，后端采用微服务的系统架构，搭配 nginx 进行负载，数据 采用 sql server 关系型数据库来存储，前端采用主流 react，umi，以及 antd 风格 ui 组件，系统功能，配置丰富，行业参数设置齐全，数据展示图表简洁明了，实 时数据信息交互和展示。
软件主要用于管理布局在线的各个监测终端，根据用户配置，将一些全局设 置发送给数据服务器，接收数据服务器上传的各个采集单元的监测数据，如监测 周期内的峰值，一个工频周期内的采样到的所有信号值。再根据用户指令，对数 据归类分析，图谱展示，阶段性数据报表生成，预警消息查看等。
由于局放一般存在一个渐进和时间积累的过程，软件定时存储每个监测节点 的数据，提供局放信号的长时间趋势图，用于观察电力电缆是否存在局放趋势， 提前得到预警。
对关注的某个节点获取多种类型的信号图谱，如相位直线图，PRPD，PRPS 图谱等，可以和标准放电图谱进行清晰对比。 用户只需使用浏览器输入服务器 URL 地址，即可查看在线监测的情况。
3.2 监测情况展示
首页展示整个监测站点的概况， 站点的数据服务器配置，采集单元数量， 传感器数量，离线和在线统计，本月以及本日异常情况的概览统计，传感器布局 状况，实时告警流水信息；
四．系统技术参数
适用范围
在线实时监测高压电机电缆的局放放电情况，提供数据的长期存储 和分析对比，提示预警，提高电缆的运维效率。
高频传感器（HFCT）：
检测频带：0.3MHz～30MHz 动态范围：68dB 分辨率：0.1dB 传输阻抗：≥10mV/mA 输入阻抗：50Ω
耦合电容传感器(IPDS)：
检测频带：1MHz～20MHz 动态范围：68dB 分辨率：0.1 dB
测温元件传感器(RTD)：
检测频带：1MHz～20MHz 动态范围：68dB 分辨率：0.1 dB
图谱显示
多种局放图谱显示方式： 趋势折线图，PRPD, PRPS, 相位直线图等。
环境条件
环境温度 -25℃～50℃； 相对湿度 ≤90%；
供电方式和功率
供电方式: 交流 100V~240V 监测单元功耗: 20W