變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開發(fā)

李黎

(云南電網(wǎng)公司昆明供電局,昆明 650011)

變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開發(fā)

李黎

(云南電網(wǎng)公司昆明供電局,昆明 650011)

介紹一套局部放電測(cè)試系統(tǒng),為帶電設(shè)備運(yùn)行狀況提供了一種準(zhǔn)確、有效的檢測(cè)手段。經(jīng)超高頻法的變壓器局部放電檢測(cè)實(shí)驗(yàn)表明系統(tǒng)的實(shí)用性。

超高頻；變壓器；局部放電；檢測(cè)系統(tǒng)；開發(fā)

1 前言

變壓器是變電站的重要設(shè)備之一,其可靠性影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,變壓器問(wèn)題以絕緣性故障為主。變壓器主要為油/紙絕緣結(jié)構(gòu),其絕緣長(zhǎng)期處于高電壓、強(qiáng)電場(chǎng)環(huán)境下運(yùn)行,對(duì)局部放電十分敏感。局部放電既是絕緣劣化的原因,又是絕緣劣化的先兆和表現(xiàn)形式[1-2]。因此,局部放電檢測(cè)技術(shù)成為目前油/紙絕緣性能檢測(cè)最為有效的監(jiān)測(cè)方法。

特高頻法是通過(guò)超高頻信號(hào)傳感器接收油/紙絕緣中局部放電過(guò)程輻射的超高頻電磁波信號(hào),實(shí)現(xiàn)局部放電的檢測(cè)。研究認(rèn)為[3-4],油/紙絕緣每一次局部放電過(guò)程都伴隨著正負(fù)電荷的中和,并出現(xiàn)陡度很大的電流脈沖,同時(shí)向周圍輻射電磁波。局部放電所輻射的電磁波的頻譜特性與局部放電源的幾何形狀、放電間隙的絕緣強(qiáng)度以及電磁波傳播過(guò)程等有關(guān)。當(dāng)放電間隙比較小、放電間隙的絕緣強(qiáng)度比較高時(shí),放電過(guò)程的時(shí)間比較短、電流脈沖的陡度比較大,輻射的電磁波信號(hào)的超高頻分量比較豐富。研究結(jié)果表明,油中放電上升沿很陡,脈沖寬度多為納秒級(jí),能激起1 GHz以上的超高頻電磁波[5]。基于此,本文根據(jù)超高頻檢測(cè)法對(duì)變壓器進(jìn)行了局部放電檢測(cè)。

2 UHF局部放電測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成

變壓器中發(fā)生局部放電的時(shí)候會(huì)激發(fā)出具有納秒級(jí)的脈沖陡度,時(shí)間參數(shù)主要位于1 ns～100 ns范圍內(nèi),造成的電磁波頻率主要在300 MHz以上,并且這個(gè)頻段范圍內(nèi)的電磁波非常豐富。本文中的測(cè)試設(shè)備主要檢測(cè)300 MHz到1 500 MHz內(nèi)的電磁波。這個(gè)波段頻率很高,基本上可以排除現(xiàn)場(chǎng)的干擾。

基于超高頻法的變壓器在線檢測(cè)裝置有超高頻探頭、傳輸電纜和主機(jī)組成,工作原理主要是有探頭檢測(cè)到信號(hào)后,傳輸給后臺(tái)進(jìn)行處理分析,對(duì)變壓器內(nèi)的放電源進(jìn)行定位和模式識(shí)別。

按照通信協(xié)議可以接收采集到的數(shù)據(jù),進(jìn)一步進(jìn)行綜合分析和管理。

整個(gè)系統(tǒng)功能上可分為2部分：

數(shù)據(jù)綜合分析功能：包括采集到數(shù)據(jù)預(yù)處理、放電位置確定、放電特征提取和放電結(jié)果分析等。

數(shù)據(jù)管理功能：包括分析結(jié)果存儲(chǔ)、修改、查詢和刪除等,并可以將數(shù)據(jù) (包括圖像)以報(bào)表和Excel的形式輸出,輸出文件的路徑由用戶自己設(shè)置。

該系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)在于,可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,同時(shí)可以給出放電的結(jié)果分析,并且系統(tǒng)中包含了大量的現(xiàn)場(chǎng)局部放電數(shù)據(jù)庫(kù),這樣可以把現(xiàn)場(chǎng)測(cè)到的信號(hào)與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì),從而更好的判斷出放電的情況。

3 局部放電測(cè)試及分析處理

3.1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

針對(duì)某500 kV變壓器設(shè)備,利用超高頻局部放電監(jiān)測(cè)儀對(duì)變壓器進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測(cè)。對(duì)超高頻局放傳感器布點(diǎn)方案進(jìn)行實(shí)地查勘討論,最終明確方案如下：

發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)：首先對(duì)變壓器的兩個(gè)點(diǎn)進(jìn)行同步檢測(cè),結(jié)果如圖1所示,對(duì)比可見測(cè)點(diǎn)1和測(cè)點(diǎn)2的信號(hào)具有很好的對(duì)應(yīng)性,應(yīng)當(dāng)是同源信號(hào)。測(cè)點(diǎn)1信號(hào)強(qiáng)度約為測(cè)點(diǎn)2信號(hào)強(qiáng)度的3倍,可簡(jiǎn)單判定放電源在測(cè)點(diǎn)1附近,而距測(cè)點(diǎn)2相對(duì)較遠(yuǎn)。進(jìn)一步利用示波器根據(jù)3個(gè)測(cè)點(diǎn)的寬頻監(jiān)測(cè)信號(hào),對(duì)放電源進(jìn)行定位,定位結(jié)果如圖2所示。

圖1 測(cè)點(diǎn)1和2的故障波形

從圖2(a)時(shí)差定位結(jié)果可看出,測(cè)點(diǎn)1信號(hào)超前于測(cè)點(diǎn)2信號(hào)的時(shí)差約9 ns(3 m),可判斷放電源位于測(cè)點(diǎn)1側(cè),但由于兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的幾何距離也約為2.5m,所以需要確定放電源是在測(cè)點(diǎn)1和測(cè)點(diǎn)2之間,還是在測(cè)點(diǎn)1至出線側(cè)。進(jìn)一步利用測(cè)點(diǎn)1和測(cè)點(diǎn)3進(jìn)行定位,從圖2(b)可見,測(cè)點(diǎn)3信號(hào)超前于測(cè)點(diǎn)1信號(hào)約2ns(約 40～50 cm)。

圖2 定位圖譜

3.2 放電類型分析

所得到的放電的相位幅值圖譜如圖3所示：

圖3 現(xiàn)場(chǎng)獲取的放電信號(hào)

超高頻測(cè)試多處發(fā)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)1處存在明顯放電信號(hào),幅值最大0.71mV,放電明顯分布在1、3象限,3象限數(shù)據(jù)明顯較大。經(jīng)軟件分析認(rèn)為是懸浮放電。

如圖4所示,得到了放電的3維圖譜,根據(jù)這些數(shù)據(jù),可以得到結(jié)論：診斷結(jié)果為在測(cè)點(diǎn)1附近存在較強(qiáng)烈的懸浮放電。

3.3 數(shù)據(jù)優(yōu)點(diǎn)

1)該系統(tǒng)可以直接實(shí)現(xiàn)放電波形及3維放電圖譜的生成,從放電的幅值、相位反映放電的特點(diǎn)；

圖4 懸浮放電

2)傳統(tǒng)的檢測(cè)設(shè)備只能夠測(cè)出局部放電的幅值,并不能夠提取相應(yīng)的特征。

4 結(jié)束語(yǔ)

超高頻局放測(cè)量技術(shù)彌補(bǔ)了目前變壓器設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)方法的不足,使得對(duì)變壓器的局部放電檢測(cè)更加的方便快捷。開發(fā)了一套變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),并通過(guò)利用超高頻對(duì)變壓器的現(xiàn)場(chǎng)帶電局部放電檢測(cè),證明了整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)滿足測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)需求,提高了變壓器局部放電測(cè)試和數(shù)據(jù)管理的效率。

[1]Stone M.Cross-validatory choice and assessment of statistical predictions[J].Journal of the Royal Statistical Society,1974,36(2)：111-147.

[2]Chalimourda A,Scholkopf B,Smola A.Experimentally optimal v in support vector regression for different noise models and parameter settings[J].Neural Networks,2004,17：127-141.

[3]趙彥珍,馬西奎.干式半芯變壓器電抗特性的計(jì)算 [J].電工電能新技術(shù),2004,23(1)：68-71.

[4]QiuYu,StephenA Sebo.Accurate evaluation of themag-netic field strength of large substation air-core reactor coils[J].IEEE Trans.on Power Delivery,1998,13(4)：1114-1119.

[5]Morisue T.Magnetic vector potential and electric scalarpotential in three dimensional eddy currentproblem[J].IEEE Trans.on Magnetics,1982,18(2)：531-535.

Development of Transformer Partial Discharge On-line Monitoring System

LI Li
(Kunming Power Supply Bereau,Kunming 650011)

This paper develop a system which can test the PD and manage the information.This method provide a precise and effective means of detection for charged equipment.The UHF method used in transformer partial discharge detection greatly improve the circuit breaker testing and management automatic level.

UHF；transformer；partial discharge；testing system；development

TM864

B

1006-7345(2014)02-0038-03

2014-01-07

李黎 (1985),男,碩士研究生,云南電網(wǎng)公司昆明供電局,從事變電運(yùn)行工作 (e-mail)lilikebi@163.com。