變壓器局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法

劉軍

摘要：變壓器的絕緣介質(zhì)會(huì)因其表面或內(nèi)部局部場(chǎng)強(qiáng)過(guò)高而產(chǎn)生局部擊穿，即發(fā)生局部放電現(xiàn)象。局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)變壓器內(nèi)部絕緣狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)診斷，對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。本文從變壓器局部放電的角度出發(fā)，探析了變壓器局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的幾種方法，以期對(duì)變壓器局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的完善與發(fā)展提供一定的參考借鑒。

關(guān)鍵詞：變壓器;局部放電;在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

引言

電力變壓器作為電力系統(tǒng)中最為重要的電氣設(shè)備之一，它的運(yùn)行狀況直接關(guān)系到電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，但與此同時(shí)它又是電力系統(tǒng)中絕緣強(qiáng)度相對(duì)薄弱的設(shè)備。變壓器局部放電的發(fā)生點(diǎn)可能是變壓器制造階段的瑕疵點(diǎn)，也可能是長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程各種暫態(tài)過(guò)電壓造成的絕緣劣化，所以變壓器絕緣故障的初期表現(xiàn)通常是油紙絕緣間的局部放電。研究變壓器局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法對(duì)電網(wǎng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)和智能電網(wǎng)運(yùn)行具有重要意義。

1 脈沖電流法

目前，局放監(jiān)測(cè)中最為常用的一種就是脈沖電流法，對(duì)此有專(zhuān)門(mén)的規(guī)定。脈沖電流法是通過(guò)獲取變壓器套管末屏接地線(xiàn)或鐵芯接地線(xiàn)中由于局部放電產(chǎn)生的脈沖電流，獲得視在放電量。在線(xiàn)監(jiān)測(cè)變壓器局部放電脈沖的電流傳感器通常用羅氏線(xiàn)圈制成，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)，在變壓器接地線(xiàn)上加裝的羅氏線(xiàn)圈就能檢測(cè)到電流脈沖，抑制干擾后進(jìn)行模式識(shí)別，得到單位時(shí)間放電次數(shù)一放電電荷量一放電相位譜圖，然后與特征庫(kù)比對(duì)以判斷局部放電的類(lèi)型。脈沖電流法監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)性好、靈敏度高，而且可以獲取放電量、放電次數(shù)、平均電流以及放電能量等。缺點(diǎn)是電流傳感器輸出信噪比低，測(cè)試頻率低、頻帶窄、信息量少;易受外界噪聲干擾。

2 化學(xué)法

由于變壓器中的油紙絕緣材料在局部放電過(guò)程中受到熱、電等原因發(fā)生劣化，并會(huì)氧化產(chǎn)生不同種類(lèi)的氣體，通過(guò)對(duì)生成氣體的組成成分和濃度進(jìn)行分析，即可判斷出局部放電是否發(fā)生以及發(fā)生的大致部位，這種檢測(cè)方法稱(chēng)為化學(xué)檢測(cè)法。局部放電產(chǎn)生的氣體主要包括CH4、C2H2、C2H4、C2H6、H2、CO、CO2等。離線(xiàn)化學(xué)檢測(cè)法的實(shí)質(zhì)是在變壓器斷電的情況下，使用油色譜分析法對(duì)變壓器油中氣體進(jìn)行定性定量分析。但所檢測(cè)到的氣體的成分和濃度是絕緣長(zhǎng)期發(fā)生局部放電產(chǎn)生氣體不斷累積的結(jié)果，不能及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的突發(fā)性故障。在線(xiàn)化學(xué)檢測(cè)法則是通過(guò)及時(shí)地對(duì)變壓器油中溶解的氣體進(jìn)行油氣分離，根據(jù)分離出的氣體的組成成分和濃度對(duì)變壓器進(jìn)行故障診斷，不同的氣體組成方式和不同的濃度，其反映的故障類(lèi)型和故障程度也不同。因此，化學(xué)檢測(cè)法是只能對(duì)局部放電進(jìn)行定性分析，由于對(duì)油中溶解氣體進(jìn)行分離需要一定的時(shí)間，該方法不能反映突發(fā)性的故障以及早期潛伏故障和對(duì)容易造成變壓器絕緣擊穿的流注型放電。

3 超聲法

變壓器在運(yùn)行中出現(xiàn)局部放電時(shí)，伴隨著爆裂狀的聲發(fā)射，并以機(jī)械振動(dòng)波形式很快向四周介質(zhì)傳播，通過(guò)安裝在變壓器油箱外壁上的超聲波探測(cè)器，將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，對(duì)變壓器內(nèi)部的局部放電進(jìn)行測(cè)量，此即為變壓器超聲波局部放電測(cè)量法。超聲法監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，可定性地判斷局部放電信號(hào)的有無(wú)，以及結(jié)合電脈沖信號(hào)或者直接利用超聲信號(hào)對(duì)局部放電源進(jìn)行物理定位。缺點(diǎn)是由于變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，局部放電所產(chǎn)生的超聲波信號(hào)在變壓器內(nèi)需要經(jīng)過(guò)多次折射、反射后才能捕捉到，隨著能量的不斷損耗造成信號(hào)失真，因此對(duì)于檢測(cè)發(fā)生在絕緣深處的局放效果欠佳。其次，超聲波難以標(biāo)定放電量的大小，對(duì)于局部放電的嚴(yán)重程度也不易確定。再次，放電故障的類(lèi)型很難通過(guò)超聲波信號(hào)進(jìn)行鑒別，無(wú)法識(shí)別放電性質(zhì)。故超聲波檢測(cè)法一般作為輔助監(jiān)測(cè)手段與其他檢測(cè)方法結(jié)合使用。

4 光測(cè)法

由于局部放電時(shí)會(huì)產(chǎn)生的發(fā)光、發(fā)熱現(xiàn)象，通過(guò)光電傳感器測(cè)量變壓器中的紫外線(xiàn)、可見(jiàn)光、紅外線(xiàn)等光輻射信號(hào)的檢測(cè)方法稱(chēng)為光測(cè)法。這些光信號(hào)經(jīng)光電傳感器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，隨后將電信號(hào)進(jìn)行放大濾波處理傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)系統(tǒng)中。光電傳感器測(cè)量的光信號(hào)不受現(xiàn)場(chǎng)電磁干擾的影響，即光測(cè)法具有抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。采用光學(xué)檢測(cè)法，經(jīng)光電信號(hào)轉(zhuǎn)換后，得出的電壓信號(hào)幅值與傳統(tǒng)脈沖電流法檢測(cè)到的放電量近似為線(xiàn)性關(guān)系，故可利用光學(xué)檢測(cè)法測(cè)得的電壓信號(hào)反映放電的強(qiáng)弱。利用光測(cè)法對(duì)電力變壓器進(jìn)行局部放電帶電檢測(cè)是一種新的電力設(shè)備故障診斷思路，但還有很多技術(shù)和工程問(wèn)題、針對(duì)透明外殼的使用的問(wèn)題需要解決。因此光測(cè)法仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，將光測(cè)法應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)還有很多的工作要做。

5 超高頻法

局部放電都產(chǎn)生正負(fù)電荷中和，伴隨有一個(gè)陡的電流脈沖，并通過(guò)電磁波形式向周?chē)椛?。?jīng)驗(yàn)證明：放電間隙的絕緣強(qiáng)度以及放電間隙與局部放電所輻射的電磁波的頻譜特性有關(guān)系。當(dāng)放電間隙的絕緣強(qiáng)度比較高時(shí)或者放電間隙比較小時(shí)，放電時(shí)間短，電流脈沖的陡度比較大，高頻電磁波的輻射能力強(qiáng)，否則反之。由于變壓器油隔板結(jié)構(gòu)的絕緣強(qiáng)度比較高，所以變壓器中的局部放電能夠輻射很高頻率的電磁波，最高頻率能夠達(dá)到數(shù)。因此，局放產(chǎn)生的電磁波中超高頻分量相當(dāng)豐富，通過(guò)用電容傳感器或超高頻天線(xiàn)接收局放中的超高頻成分，可以進(jìn)行局部放電分析。超高頻法在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的的特點(diǎn)是可有效地避開(kāi)各種干擾信號(hào)，但由于變壓器內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜，局放產(chǎn)生的電磁波在內(nèi)部的傳播將存在大量的散射、折反射以及衰減，造成靈敏度降低，并且也難以進(jìn)行視在放電量的標(biāo)定。超高頻傳感器可以在變壓器制造的過(guò)程中直接固定在變壓器箱壁上，也可以通過(guò)變壓器的事故放油閥裝入變壓器內(nèi)。

結(jié)語(yǔ)

在線(xiàn)監(jiān)測(cè)是在線(xiàn)獲取傳感器探測(cè)到的變壓器局部放電信息，再用計(jì)算機(jī)和相關(guān)信號(hào)處理技術(shù)對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，包括去噪、提取脈沖特征并對(duì)放電類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)識(shí)別或者預(yù)測(cè)，有助于評(píng)估變壓器絕緣劣化狀態(tài)?；诖?，本文對(duì)變壓器局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行了研究與探討，分析了脈沖電流法、化學(xué)法、超聲法、光測(cè)法、超高頻法這五種在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法，以推動(dòng)變壓器局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的完善與發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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