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变压器局部放电在线监测系统

2020-02-14
作者:中国知网论文查重入口
变压器内部绝缘局部放电的检测,主要检测依据为局部放电过程中伴生的理化特性和对应的特征参数,通过提取采集相应的特征量,传输至终端进行分析,实现对局部放电现象的定性分析,据此来表征和反映变压器局部放电的情况,以达到对变压器内绝缘运行状态的评估。变压器局部放电过程中会产生一系列的光、声、电和机械振动等理化现象,表现为产生脉冲电流、气体生成物、光、超声波、电磁波和能量损耗等现象。
根据局部放电伴生的不同特性和检测量性质,产生了HFCT脉冲电流检测法、气相色谱化学检测法、光检测法、超声波检测法和UHF超高频电磁波检测法等方法来检测局部放电。
3.2.1 脉冲电流法
脉冲电流法是传统的HFCT局放测量,主要检测脉冲电流信号的低频部分,其带宽只有数kHz至数百kHz。基于脉冲电流法的变压器局放监测系统,主要通过检测阻抗来采集变压器套管末屏接地线、外壳接地线、铁心接地线等部位产生局部放电时引起的脉冲电流信号值,通过提取检测到的电流信号的视在放电量、放电相位、放电重复率等特征表征量,使得运行维护人员能够较为准确掌握变压器局部放电状况。脉冲电流法在电力变压器相关的研究和应用领域里,是较早、较完善的检测方法之一,且《局部放电的测试标准》(IEC-62478)、《电力设备局部放电现场测量导则》DL417-2006等相关规范标准,还针对其制定了专门的测试指标和测量导则[]。但脉冲电流法的检测灵敏度并不是很高,其检测灵敏度随受试品电容的变化影响较大,试品电容增加,灵敏度出现下降趋势,且在实验室内,其测量的电量最大值为1000C(其中C为所检测试品的电容量),若针对大容量电容器进行局放检测时,由于其灵敏度下降较大,甚至于出现无法检测的问题。另外,脉冲电流法的检测频率较低、频带也较窄,检测范围仅限于频带小于1MHz的带宽区域,检测到的放电信息覆盖面不全、包含的信息量较少,容易出现数据信息的丢失,不能够准确反映变压器内部局部放电的真实情况。
3.2.2 化学检测法
变压器局部放电的化学检测方法,主要的检测依据为绝缘材料在局部放电过程中持续受到热、电等作用,进而分解成不同种类气体,通过检测分解出的不同气体的浓度,依据相应的判别导则,实现对变压器内部绝缘局部放电缺陷或故障的早期预测诊断。局部放电过程中会产生CH4,C2H2,C2H4,C2H6,H2,CO,CO2等气体,依据《变压器油中溶解气体分析和判断导则》(GB/T7252-2001)中的相关技术指标要求,当检测到运行变压器绝缘油中的乙炔气体含量φ(C2H2)>5×10-6或氢气含量φ(H2)>150×10-6时,则表示变压器内部存在局部放电缺陷或故障,应该引起运行维护人员的注意。
3.2.3 光检测法
光测法的理论依据是基于变压器内部发生局部放电时产生的光辐射。在变压器绝缘油中,不同类型的放电其产生的光波长各异,通常在500-700nm间。利用光电转换电路获取不同类型的光电流,通过特性对比就可能对局部放电的缺陷种类进行准确识别。目前,利用光测法来分析变压器局部放电特征及绝缘劣化评估等方面,已在实验室取得较多的研究成果,但由于基于光测法的检测设备系统较为复杂,成本较高、灵敏性受较多因素影响,且要求被检测对象具有透光性,因此在工程实践中的应用限制很大。即便如此,光纤技术在变压器局部放电检测中仍可以作为其他检测方法的辅助手段进行应用,即将光纤内置到变压器油中,当变压器内部发生局部放电时,其产生的超声波会引起油压变化从而导致光纤变形,形成光折射率和光纤长度信号的变化,通过对光信号的调解便可以准确测出对应的超声波信号,实现对变压器内部局部放电的定位和模式识别。
3.2.4 超声波检测法
电力变压器内部发生局部放电伴随存在有超声波能量的释放。变压器局部放电超声波检测法是利用安装在变压器外壳上的超声波传感器,来检测变压器内部缺陷引起局部放电时电子间相互碰撞产生的超声波信号。超声波检测法将超声波传感器安装在待测设备外壳上,对变压器的正常运行没有任何影响,可对运行中的变压器内部运行工况进行在线监测,同时不会受变压器内部复杂的电、磁、热等因素干扰,便于对局部缺陷进行准确定位。工程实际中应用最广泛的超声波传感器主要包括加速度超声波传感器和声发射超声波传感器两种,典型的超声波传感器的带宽在50kHz到200kHz,其检测频带也较窄。另外,超声波检测法中,影响其检测灵敏度的因素不仅有局部放电所产生的超声波能量,同时还受到传播途径、频率、速度等诸多相关特征参数的影响。因此,超声波检测法一般被用来对变压器内部是否存在局部放电现象进行定性判断,难以基于其进行定量的缺陷故障识别,工程实际中通常作为一种辅助检测法来使用,辅助其他检测手段对局部放电现象进行更为详细的评估诊断。
3.2.5 超高频检测法
在变压器内部发生局部放电的过程中,局放脉冲激发产生的超高频(300~3000MHz)电磁波信号,通过超高频传感器加以耦合接收,实现局部放电超高频电信号的检测和定位,同时具有较强的抗干扰性能,克服了常规脉冲电流检测法测量频率较低、频带较窄的不足,能够较为全面地反映变压器内部局部放电过程中的表征参数特性[]。超高频检测技术近年来在电力设备(GIS、变压器、电缆、电机等)局部放电检测领域得到广泛的应用,尤其与超声波检测技术相结合的声-电联合检测,可以实现两种检测方式的优势互补,定位精度可以达到厘米级,具有非常广阔的应用前景。如图3.1所示:
图3.1 以UHF法为核心的联合局部放电检测系统
变压器局部放电监测系统中,对工程中常用的几种检测方法的优缺点进行了比较分析归纳,如表3.1所示:
表3.1 变压器局部放电不同检测方法优缺点对比
监测方法 脉冲电流法 超高频法 超声波法 化学法 光学法
优点 简便,有较高灵敏度 灵敏度较高,可实现在线监测 灵敏度较高,较强的抗电磁干扰能力 不受电磁干扰 不受电磁干扰
缺点 无法实现在线监测,电磁干扰较大 检测到的电磁波信号无法标定 效率低,容易漏检 灵敏度差,不能实现长期监测 灵敏度差,需多个传感器
能否故障定位 不能 精确度较高 适用,但需多个传感器 无法实现精确定位 不能
从表3.1可以看出,对于变压器箱体内部绝缘系统产生的局部放电信号的现场检测方法中,UHF超高频电信号检测法具有灵敏度高、抗电磁干扰能力强、高精度等特点,能进行准确故障定位和故障类型识别,在工程实践中具有非常良好的实用效果,值得进一步深入研究。
 

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