基于超聲波與UHF超高頻的變壓器局放重癥檢測(cè)系統(tǒng)研究

李廣華

（許繼集團(tuán)有限公司，河南許昌 461000）

基于超聲波與UHF超高頻的變壓器局放重癥檢測(cè)系統(tǒng)研究

李廣華

（許繼集團(tuán)有限公司，河南許昌 461000）

變壓器是電力系統(tǒng)中重要的組成部分，在其運(yùn)行的過(guò)程中，其內(nèi)部的絕緣系統(tǒng)會(huì)發(fā)生局部放電，并產(chǎn)生脈沖，影響變壓器的運(yùn)行。傳統(tǒng)檢測(cè)變壓器局放的方法為油氣分析法和脈沖電流法，但檢測(cè)效果并不理想，近年來(lái)，變壓器局放重癥檢測(cè)中越來(lái)越多的采用超聲波與UHF超高頻檢測(cè)，具有良好的檢測(cè)效果，本文在介紹常用的變壓器局放檢測(cè)方法基礎(chǔ)上，分析了基于超聲波與UHF超高頻的變壓器局放重癥檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。

超聲波 UHF超高頻 變壓器 局放檢測(cè)

變壓器局部放電會(huì)對(duì)其內(nèi)部的絕緣系統(tǒng)產(chǎn)生一定的損害，嚴(yán)重時(shí)，降低絕緣系統(tǒng)的性能，引發(fā)變壓器故障。通常，變壓器局放產(chǎn)生時(shí)持續(xù)的時(shí)間比較短，檢測(cè)局部放電時(shí)，通過(guò)對(duì)局放信號(hào)的檢測(cè)，了解局部放電情況，進(jìn)而采取相應(yīng)的措施避免局放的危害，保證變壓器的正常運(yùn)行。超聲波與UHF超高頻聯(lián)合檢測(cè)法為近年來(lái)興起的方法，具備比較強(qiáng)的抗電磁干擾能力，靈敏度及精度都比較高，可準(zhǔn)確的定位故障并識(shí)別故障類型。

1 變壓器局放檢測(cè)常用方法

1.1 脈沖電流法

變壓器局部放電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生脈沖電流，此種方法中，即是利用電流傳感器對(duì)脈沖電流進(jìn)行檢測(cè)，或者是檢測(cè)阻抗確定脈沖電流，從而將具體的放電量確定。脈沖電流法為傳統(tǒng)方法中的一種，使用的范圍比較廣泛，不過(guò)在使用脈沖電流法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，測(cè)量的靈敏度、準(zhǔn)確度等會(huì)受到檢測(cè)阻抗及放大器的影響，降低檢測(cè)結(jié)果的正確性，同時(shí)，測(cè)試的頻率通常在1MHz以下，因此，檢測(cè)結(jié)果中的信息量比較少，實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)環(huán)境下，具備較好的靈敏度，但在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中時(shí)，檢測(cè)結(jié)果受到的外界干擾程度比較大。

1.2 超聲波檢測(cè)法

變壓器局部放電時(shí)，會(huì)超聲波，在郵箱壁上固定超聲傳感器后，可實(shí)現(xiàn)超聲波的接收，依據(jù)超聲波的波形，將局部放電的位置、電流大小確定出來(lái)。電氣對(duì)超聲波的干擾比較小，在一定程度上保證了檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確定，因此變壓器局部放電檢測(cè)中，越來(lái)越多的應(yīng)用超聲波檢測(cè)法［1］。不過(guò)，變壓器內(nèi)部絕緣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性比較高，聲波的衰減、聲速的變化都會(huì)受到聲介質(zhì)的影響，限制了超聲波檢測(cè)法的應(yīng)用，同時(shí)，電磁對(duì)超聲傳感器產(chǎn)生的干擾比較大，降低超聲波檢測(cè)的靈敏度，還需在應(yīng)用過(guò)程中進(jìn)一步的研究。

1.3 射頻檢測(cè)法

在此種方法中，以變壓器中性點(diǎn)為測(cè)量點(diǎn)，通過(guò)羅哥夫斯基線圈完成信號(hào)的測(cè)取。射頻檢測(cè)法的信號(hào)頻率接近30MHz，測(cè)量頻率大幅度的得到提升，提升了局部放電檢測(cè)的準(zhǔn)確性，同時(shí)，按照測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，比較簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)有的電力系統(tǒng)運(yùn)行方式基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備的安裝，不過(guò)在檢測(cè)的過(guò)程中，外界干擾對(duì)其影響比較大。

2 基于超聲波與超高頻的變壓器局放重癥檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 檢測(cè)方案

在設(shè)計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng)中，包含的組成部分比較多，比如現(xiàn)場(chǎng)傳感器單元、現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)調(diào)理單元等，各個(gè)單元共同作用，完成變壓器局放重癥的檢測(cè)。現(xiàn)場(chǎng)傳感器單元包含兩個(gè)部分，一部分為UHF超高頻單元，設(shè)置2路，另一部分為超聲波單元，設(shè)置6路，信號(hào)調(diào)理單元設(shè)置在每路傳感器中［2］。在信號(hào)調(diào)理單元中，包含比較多的信號(hào)處理功能電路，比如現(xiàn)場(chǎng)控制電路、光電轉(zhuǎn)換電路等。采集信號(hào)時(shí)，相互觸發(fā)脈沖信號(hào)后，超高速采集系統(tǒng)與低速采集系統(tǒng)同步運(yùn)轉(zhuǎn)。檢測(cè)系統(tǒng)在采集超聲波信號(hào)時(shí)，為了保證準(zhǔn)確性及可靠性，在屏蔽金屬套內(nèi)設(shè)置超聲波傳感器、濾波電路等。超聲波傳感器檢測(cè)時(shí)，將頻帶設(shè)置為80～300kHz，此時(shí)檢測(cè)結(jié)果最佳。選擇的超聲波傳感器型號(hào)為AE-PD型，此型號(hào)具備較高的靈敏度，設(shè)置頻帶寬度時(shí)，確定為80～150kHz。變壓器在運(yùn)行的過(guò)程中，各種干擾所產(chǎn)生的頻率均低于400MHz，而在UHF超高頻傳感器中，信號(hào)均高于400MHz，在400MHz～1500MHz之間，布置超高頻天線時(shí)，選擇內(nèi)置的方式，降低電磁信號(hào)對(duì)其的干擾。

2.2 調(diào)理與采集電路設(shè)計(jì)

第一，緩沖放大電路設(shè)計(jì)。變壓器局放類型不同時(shí)，信號(hào)幅值特性也存在一定的差異，而在程控增益放大器中，以具體的信號(hào)幅值特性為基礎(chǔ)，動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)反饋電阻網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)增益［3］。設(shè)計(jì)緩沖放大電路時(shí)，即采用程控增益放大器，以便于自動(dòng)的切換局放信號(hào)電壓幅值量程測(cè)量范圍，將信號(hào)幅值特性波動(dòng)引起的檢測(cè)不準(zhǔn)確問(wèn)題有效的解決。集成運(yùn)算放大器在運(yùn)行的過(guò)程中，運(yùn)算結(jié)果會(huì)受到電子開關(guān)運(yùn)行噪聲的影響，基于此，電子開關(guān)選擇為繼電器，從而將局放信號(hào)方法處理的準(zhǔn)確性及可靠性提升。

第二，超高速同步采集電路。光電信號(hào)轉(zhuǎn)換完成后，整理電路處理變壓器的局放信號(hào)和工頻信號(hào)，計(jì)算機(jī)“采樣啟動(dòng)”信號(hào)傳輸?shù)酱龣z測(cè)系統(tǒng)后，控制邏輯對(duì)信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算和分析，形成調(diào)控命令，數(shù)據(jù)采樣卡接收到局放信號(hào)后，同步采集信號(hào)。

第三，同步低速采集電路。超聲波信號(hào)、同步電壓信號(hào)由多路同步低速采集系統(tǒng)負(fù)責(zé)，在該系統(tǒng)中，選擇的同步采樣多功能DAQ型號(hào)為N1/PXI-6133，可同步實(shí)現(xiàn)8路輸入，同時(shí)，依照采集的需求，可完成采集、分析及存儲(chǔ)。

2.3 變壓器局放定位方法設(shè)計(jì)

定位變壓器局部放電位置時(shí)，應(yīng)用超聲波與超高頻傳感器同時(shí)進(jìn)行，超聲波信號(hào)為6通道AE-PD，放大器檢測(cè)帶寬設(shè)置為80～150kHz，超高頻信號(hào)為2通道UHF-PD，放大器檢測(cè)帶寬設(shè)置為500～1500MHz。定位時(shí)，采用的設(shè)備為超聲波傳感器和超聲陣列傳感器，將局部放電信號(hào)接收后，利用FODA算法，完成定位。具體的定位流程如圖1所示。

3 結(jié)語(yǔ)

以超聲波和UHF超高頻技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)變壓器局放重癥檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可有效的檢測(cè)變壓器局部放電的部位及電流的大小，進(jìn)而科學(xué)的對(duì)其進(jìn)行處理，保證絕緣系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

［1］李輝，陳江波，張曦，等.變壓器局放用UHF傳感器的校準(zhǔn)方法研究［J］.高壓電器，2014，50（01）∶7-13.

［2］侯慧娟，盛 戈皞 ，苗培青，等.基于超高頻電磁波的變電站局部放電空間定位［J］.高電壓技術(shù)，2012，38（06）∶1334-1340.

［3］劉嘉林，董明，安珊，等.電力變壓器局部放電帶電檢測(cè)及定位技術(shù)綜述［J］.絕緣材料，2015，48（08）∶1-7.