大型電力變壓器局部放電試驗(yàn)干擾排查

趙 軍,邢 超,周中鋒,韓 光,王卓然

(國網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院,石家莊 050021)

大型電力變壓器局部放電試驗(yàn)干擾排查

趙 軍,邢 超,周中鋒,韓 光,王卓然

(國網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院,石家莊 050021)

介紹不同干擾信號對局部放電的影響,提出局部放電試驗(yàn)系統(tǒng)外部干擾和內(nèi)部干擾的排查方法,結(jié)合一起500kV變壓器現(xiàn)場局部放電試驗(yàn)中的干擾排查實(shí)例,分析試驗(yàn)干擾排查的過程及干擾源判斷方法,為現(xiàn)場局部放電試驗(yàn)干擾信號處理提供借鑒。

變壓器;局部放電;干擾;超聲波;高頻檢測

大型電力變壓器的局部放電試驗(yàn)是評價(jià)變壓器絕緣狀況的重要指標(biāo),是檢驗(yàn)變壓器制造質(zhì)量和絕緣狀況的一項(xiàng)有效方法。在現(xiàn)場檢測中,經(jīng)常會由外界干擾引入一些脈沖信號,導(dǎo)致檢測靈敏度下降,甚至造成誤判斷的嚴(yán)重后果。變壓器局部放電試驗(yàn)中主要存在以下幾種干擾類型:電源干擾、接地干擾、空間電磁干擾、試驗(yàn)回路干擾、周圍環(huán)境金屬體干擾等[1-5]。為了得出準(zhǔn)確的測試結(jié)果,必須很好地鑒別或排除各種干擾信號。通過對不同干擾信號排查過程的梳理,結(jié)合一起500kV變壓器現(xiàn)場局部放電試驗(yàn)中的干擾排查實(shí)例,介紹了干擾排查的相關(guān)工作,對現(xiàn)場局部放電試驗(yàn)干擾信號處理具有一定的借鑒意義。

1 局部放電試驗(yàn)干擾的影響

1.1 電源干擾

目前變壓器局部放電試驗(yàn)多采用變頻電源方式來獲取試驗(yàn)電源,變頻柜接入電源均為380 V三相交流電源。但往往由于同時(shí)存在電焊作業(yè)等其他工作,同時(shí)共用同一電源或站用變所帶負(fù)荷中存在諧波源,會引入大量諧波干擾,使得干擾信號進(jìn)入試驗(yàn)系統(tǒng)。

1.2 接地干擾

變壓器局部放電試驗(yàn)中常涉及到接地的問題,干擾信號常借助電容耦合的方式通過接地進(jìn)入試驗(yàn)系統(tǒng),導(dǎo)致局部放電試驗(yàn)結(jié)果無法判斷,有時(shí)甚至連方波校準(zhǔn)都無法進(jìn)行。

1.3 空間電磁干擾

由于在外部空間中存在各種頻率的電磁信號,如手機(jī)信號等等。此類干擾信號一般通過電磁耦合作用于試驗(yàn)系統(tǒng)。

1.4 試驗(yàn)回路干擾

在變壓器局部放電試驗(yàn)中,存在點(diǎn)多面廣的情況,因?yàn)樵囼?yàn)設(shè)備較多,試驗(yàn)設(shè)備內(nèi)部存在局部放電情況也會使干擾信號進(jìn)入試驗(yàn)系統(tǒng),導(dǎo)致無法判斷此信號是來自試品內(nèi)部還是試驗(yàn)設(shè)備本身。

1.5 周圍環(huán)境金屬體干擾

由于變壓器局部放電試驗(yàn)電壓較高,周圍存在的不接地或虛接地金屬體必然產(chǎn)生懸浮電位,并可能發(fā)生懸浮放電現(xiàn)象,直接干擾局部放電的測試。

2 局部放電試驗(yàn)干擾排查方法

2.1 試驗(yàn)系統(tǒng)外部干擾

通過超聲波定位檢測、紫外成像、非接觸式射頻巡檢等相關(guān)方法可排查空間電磁干擾、周圍環(huán)境金屬體干擾等外部干擾信號[6-7]。試驗(yàn)系統(tǒng)外部電暈等引起的干擾信號通常較好處理。通過排查,有針對性的對尖端等部位進(jìn)行處理,使其場強(qiáng)趨于均勻,可以達(dá)到較好抑制電暈的效果。

2.1.1 利用超聲波

超聲波的傳播速度較慢,其空間傳播方向性強(qiáng),能量比較集中,因此超聲波檢測局部放電的工作主要集中在定位方面,包括內(nèi)部放電定位和外部放電定位。對干擾信號進(jìn)行定位排查主要利用了它的外部放電定位特性。

在變壓器局部放電試驗(yàn)時(shí),某些金屬體未能有效接地,且處于較強(qiáng)電場中,成為懸浮放電體,導(dǎo)致局部放電量值超標(biāo)。利用超聲波的方向傳播特性,結(jié)合超聲波局部放電檢測儀進(jìn)行定位,可以有效發(fā)現(xiàn)此處懸浮放電干擾。

2.1.2 利用紫外成像

紫外光譜成像是觀察和檢測日盲紫外光信號,并將紫外圖像信號轉(zhuǎn)換成可見光圖像信號,在生產(chǎn)實(shí)際中常常利用紫外成像技術(shù)進(jìn)行輸電線路和變電站電氣設(shè)備的電暈及表面放電檢測工作。同理,可利用其特性觀察和檢測局部放電試驗(yàn)過程中的電暈放電干擾信號。

外部試驗(yàn)引線、均壓帽等處為變壓器局部放電試驗(yàn)中電暈放電的常見部位。可結(jié)合紫外成像儀監(jiān)測現(xiàn)場電暈干擾情況,若局部放電起始時(shí)間與電暈起暈時(shí)間等保持同步,結(jié)合電暈放電典型圖譜可以綜合判定此信號為外部電暈放電干擾信號。利用此方法也可以有效對外部電暈干擾信號進(jìn)行定位排查。

2.1.3 利用非接觸式射頻

非接觸式射頻檢測是一種非侵入式,通過無線電接收器接收空間電磁波信號的檢測方法。它的原理是通過掃頻與選頻檢測來確定電磁波信號大小,可以在大范圍內(nèi)定位,同時(shí)對選擇的頻率范圍作出完整的圖形。通過處理電磁輻射信號并提取相關(guān)信息以判斷缺陷。變電站內(nèi)空間環(huán)境具有很多電磁波信號,有電暈信號、通信信號、手機(jī)信號等。利用不同干擾信號的不同的頻段特性,結(jié)合其他檢測手段綜合作出判斷是何種干擾信號,同時(shí)可在局部放電試驗(yàn)中,排查局部放電源并對其進(jìn)行定位。

2.1.4 改變架線等方法

在空間中有很多干擾性質(zhì)的電磁波會通過耦合進(jìn)入試驗(yàn)系統(tǒng),部分頻段會和局部放電信號的頻段重合。通常改變加壓引線的架設(shè),也會起到干擾排查的作用。在架設(shè)加壓引線時(shí),注意減少打圈以降低這種耦合作用,從而達(dá)到減少干擾的目的。

2.2 試驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)部干擾

若在進(jìn)行外部排查后,干擾信號仍無法完全消除,可以考慮試驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)部是否存在干擾信號。通過不同試驗(yàn)條件的比對有時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)干擾信號的來源。通常采取高頻局部放電檢測、局部放電測量頻帶選擇等相關(guān)方法排除電源干擾、接地干擾、試驗(yàn)回路干擾等干擾信號。

2.2.1 利用高頻局部放電檢測

高頻局部放電檢測主要用于電力設(shè)備局部放電缺陷檢測與定位,利用高頻電流傳感器對流經(jīng)電力設(shè)備的接地線、中性點(diǎn)接線以及電纜本體中放電脈沖信號進(jìn)行檢測。

針對高頻電流傳感器檢測原理及安裝方式,在變壓器進(jìn)行局部放電試驗(yàn)過程中,借助套管末屏接檢測阻抗接地的檢測回路來進(jìn)行測量?？赏瑫r(shí)監(jiān)視變壓器內(nèi)部局部放電信號,與脈沖電流法檢測結(jié)合,進(jìn)行綜合分析。

2.2.2 利用局部放電檢測頻帶選擇

變壓器局部放電信號的頻譜非常寬,約從數(shù)百Hz到數(shù)千MHz,其中大部分的能量集中在低頻段,因此脈沖電流檢測法成為了比較常用的檢測手段,能夠檢測數(shù)十kHz到數(shù)百kHz的局部放電信號。

在現(xiàn)場局部放電檢測中,經(jīng)常會遇到地線耦合干擾等問題。局部放電檢測儀是經(jīng)常用到的儀器,可以利用儀器中的頻帶檢測功能對信號進(jìn)行頻帶區(qū)分。選擇合適的檢測頻帶,并對信號進(jìn)行頻譜分析。如一般檢測過程中會選取檢測頻帶為40～300kHz,如果對檢測到的信號進(jìn)行頻譜分析后發(fā)現(xiàn)信號峰值位于此頻帶以外,考慮此信號為

干擾信號。

2.2.3 增加耦合電容及改變試驗(yàn)接線

在現(xiàn)場試驗(yàn)過程中,試驗(yàn)人員經(jīng)常會對檢測到的信號難以判斷,卻經(jīng)常忽略低壓側(cè)放電對高壓以及中壓側(cè)局部放電檢測的影響。因此,在局部放電試驗(yàn)過程中特別提出對低壓側(cè)進(jìn)行局部放電監(jiān)測也是排除此種影響的有效手段。

首選方法是將耦合電容器串聯(lián)檢測阻抗后并聯(lián)接入變壓器低壓側(cè),加壓至試驗(yàn)電壓后,局部放電檢測儀顯示低壓側(cè)放電量是否異常,是否小于背景值,是否符合高低、中低傳遞比。其次可以通過改變試驗(yàn)接線的方式對是否為低壓側(cè)局部放電超標(biāo)問題進(jìn)行判斷,如可以通過勵磁變采取雙邊加壓或者單邊加壓的方式進(jìn)行。

2.2.4 利用濾波器及隔離變壓器

在現(xiàn)場試驗(yàn)時(shí),常常遇到試驗(yàn)電源干擾問題,此問題會導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果無法判斷,甚至無法進(jìn)行方波校準(zhǔn)等后果,要引起重視。

有條件的情況下,選擇采用柴油發(fā)電機(jī)或應(yīng)急發(fā)電車供電。此時(shí)電源所接負(fù)荷單一,就試驗(yàn)系統(tǒng)本身,避免了引入其他諧波干擾;或增加濾波器及在考慮試驗(yàn)容量的情況下增加隔離變壓器。同時(shí),可使用帶鋰電池的局部放電檢測儀,使其用自身電池供電,不使用外部電源,也可以屏蔽掉部分電源干擾信號。

2.2.5 利用接地等其他方法

排除接地干擾信號,首先在保證試驗(yàn)系統(tǒng)一點(diǎn)接地的情況下,將試驗(yàn)系統(tǒng)接地與儀器保護(hù)接地分開,可屏蔽掉部分接地干擾。有時(shí)接地干擾很難排除,可結(jié)合標(biāo)零等手段進(jìn)行輔助判斷。但在不影響辨別局部放電信號與干擾信號的情況下,可以不對其進(jìn)行處理。

3 抗干擾案例分析

某變電站1臺型號為ODFS-250000/500,額定容量為250000/250000/80000kVA,連接組別為Ia0i0,額定電壓為2.5%)/36kV的U相主變壓器在進(jìn)行交接試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)高壓、中壓局部放電量值較大,最大達(dá)到1000pC。因此,對其進(jìn)行了超量值局部放電信號的判斷和分析。

3.1 試驗(yàn)系統(tǒng)外部干擾信號排查及處理

采用紫外成像儀、超聲局部放電測試儀、射頻局部放電巡檢儀對外部試驗(yàn)引線、均壓帽等處電暈放電進(jìn)行定位,發(fā)現(xiàn)電暈放電點(diǎn),見圖1。高壓套管頂部均壓帽外部有劃痕,導(dǎo)致電暈放電;試驗(yàn)系統(tǒng)勵磁變加壓線在通過絕緣桿固定處存在電暈放電。因此,采取了更換高壓套管頂部均壓帽、重新固定加壓引線等措施,排除了變壓器器身外部電暈放電的干擾信號。

圖1 均壓帽、加壓引線處電暈放電

在將均壓環(huán)、絕緣桿繞線處電暈放電處理后,利用射頻局部放電檢測儀對外部環(huán)境進(jìn)行再一次掃測,見圖2。

圖2 射頻局部放電檢測情況

由圖2可以發(fā)現(xiàn)掃測曲線與背景曲線基本重合,說明外部環(huán)境中較大的干擾信號已經(jīng)得到了有效處理。排除外部干擾信號后,發(fā)現(xiàn)干擾信號依然存在且量值較大,達(dá)到400pC。懷疑可能干擾信號來自于試驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)部。

3.2 試驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)部干擾信號排查及處理

利用高頻局部放電檢測、改變試驗(yàn)接線、改變試驗(yàn)頻率,改變檢測頻段等手段綜合判斷干擾信號的來源。

采用高頻局部放電檢測儀對變壓器進(jìn)行監(jiān)測,監(jiān)測點(diǎn)首先選取了鐵心處,通過高頻TA取鐵心電流信號,未發(fā)現(xiàn)明顯內(nèi)部局部放電信號,見圖3?？紤]如果內(nèi)部有放電點(diǎn),且離鐵心較遠(yuǎn)時(shí),可能會出現(xiàn)鐵心接地電流檢測不到局部放電信號的問題,再次將監(jiān)測點(diǎn)選在套管末屏處,仍未監(jiān)測到變壓器內(nèi)部局部放電信號。

圖3 套管末屏處高頻局部放電檢

在試驗(yàn)過程中還采用了改變接線方式來對干擾信號進(jìn)行排查,利用勵磁變單邊加壓方式,依次接入低壓側(cè)接線柱a、x,結(jié)果顯示低壓側(cè)放電量無異常,均小于背景值。

通過測試,發(fā)現(xiàn)該干擾信號的頻帶集中在19～50kHz。圖4上圖為檢測頻帶選取20～100 kHz,下圖為40～300kHz,最大峰值均出現(xiàn)在40 kHz以下。在50kHz以上幅值衰減到最小。異常信號波及到變壓器局部放電測量用的頻域內(nèi)(40～300kHz),對該臺變壓器的局部放電測量產(chǎn)造成了影響。

通過改變試驗(yàn)頻率對干擾信號進(jìn)行進(jìn)一步確認(rèn),在試驗(yàn)過程中調(diào)節(jié)變頻電源頻率至125.7Hz、132Hz、137Hz等頻率下,均進(jìn)行了局部放電試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)頻率在125.7Hz、132Hz、137Hz頻率下都能檢測到異常信號,測試結(jié)果見表1,波形見圖5。

圖4 異常信號頻帶圖

表1 高壓繞組測試結(jié)果

結(jié)果顯示此異常信號與試驗(yàn)頻率有一定的相關(guān)性,隨著試驗(yàn)頻率的下降,放電起始電壓逐漸降低,放電量值逐漸升高,與典型內(nèi)部局部放電信號存在區(qū)別。為了與U相變試驗(yàn)情況進(jìn)行比對,將試驗(yàn)線路移至V相,并同時(shí)用2套試驗(yàn)系統(tǒng)對其進(jìn)行復(fù)測,發(fā)現(xiàn)在125.7Hz、132Hz、137Hz等試驗(yàn)頻率處,有與V相變有相同的異常干擾信號。同時(shí)考慮到V相已順利通過局部放電試驗(yàn),因此判斷U相所檢測到的信號為干擾信號。

圖5 高壓繞組、中壓繞組檢測到的干擾信號

3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

a.局部放電試驗(yàn)中,放電信號的觸發(fā)應(yīng)與施加在產(chǎn)生該放電信號位置的電壓高低有關(guān),但在排除試驗(yàn)系統(tǒng)外部干擾信號的前提下,該臺變壓器現(xiàn)場試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)隨著試驗(yàn)電源頻率的變化,異常信號放電起始電壓明顯變化,這與典型局部放電信號對電壓敏感的特性不符合;

b.試驗(yàn)采用了2套試驗(yàn)電源裝置進(jìn)行測量,并與同組變壓器進(jìn)行了比對,均測量到了相同特征的異常干擾信號,可以排除試驗(yàn)設(shè)備原因?qū)е碌漠惓８蓴_信號的發(fā)生;

c.異常干擾信號頻域在19～50 k Hz區(qū)域分布,該頻段位于局部放電測量中干擾易發(fā)生的頻域,分析認(rèn)為干擾信號波及到變壓器局部放電測量用的頻域內(nèi)(40～300 k Hz),對該臺變壓器的局部放電測量造成影響;

d.根據(jù)前后試驗(yàn)條件比對,試驗(yàn)系統(tǒng)中未改變的因素是地網(wǎng),因此判斷異常信號來源于試驗(yàn)系統(tǒng)中的接地網(wǎng),是由與電源頻率相關(guān)的干擾信號通過接地網(wǎng)耦合進(jìn)入試驗(yàn)系統(tǒng)所致。

4 結(jié)論

變壓器局部放電試驗(yàn)是檢驗(yàn)變壓器制造質(zhì)量和絕緣狀況的一項(xiàng)有效方法,現(xiàn)場變壓器局部放電試驗(yàn)由于干擾影響大,往往給試驗(yàn)人員帶來許多意想不到的難題。在確定干擾源過程中,同時(shí)結(jié)合帶電檢測的新手段,將干擾信號區(qū)分為試驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)外部信號分別處理,有助于準(zhǔn)確判斷干擾信號的來源。因此,繼續(xù)將此問題作進(jìn)一步分析研究,有利于提高局部放電試驗(yàn)人員的判斷分析能力。

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本文責(zé)任編輯:王洪娟

Interference Investigation of Partial Discharge Test of Large Power Transformer

Zhao Jun,Xing Chao,Zhou Zhongfeng,Han Guang,Wang Zhuoran
(State Grid Hebei Electric Power Research Institute,Shijiazhuang 050021,China)

The effects of different interfering signals on the partial discharge are introduced.A method for the investigation of external disturbance and internal interference in partial discharge test system is proposed.Combined with 500kV transformers on-site partial discharge test in the case of interference,analysis of the process of interference investigation and interference source judgment is put forward to provide reference for the field partial discharge test interference signal processing.

transformer;partial discharge;interference;ultrasonic;high frequency detection

TM406

B

1001-9898(2016)04-0033-05

2016-02-29

趙 軍(1983-),男,工程師,主要從事變電一次設(shè)備試驗(yàn)研究工作。