大型電力變壓器局部放電試驗干擾排查

趙 軍,邢 超,周中鋒,韓 光,王卓然

(國網河北省電力公司電力科學研究院,石家莊 050021)

大型電力變壓器局部放電試驗干擾排查

趙 軍,邢 超,周中鋒,韓 光,王卓然

(國網河北省電力公司電力科學研究院,石家莊 050021)

介紹不同干擾信號對局部放電的影響,提出局部放電試驗系統外部干擾和內部干擾的排查方法,結合一起500kV變壓器現場局部放電試驗中的干擾排查實例,分析試驗干擾排查的過程及干擾源判斷方法,為現場局部放電試驗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是評價變壓器絕緣狀況的重要指標,是檢驗變壓器制造質量和絕緣狀況的一項有效方法。在現場檢測中,經常會由外界干擾引入一些脈沖信號,導致檢測靈敏度下降,甚至造成誤判斷的嚴重后果。變壓器局部放電試驗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、試驗回路干擾、周圍環境金屬體干擾等[1-5]。為了得出準確的測試結果,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,結合一起500kV變壓器現場局部放電試驗中的干擾排查實例,介紹了干擾排查的相關工作,對現場局部放電試驗干擾信號處理具有一定的借鑒意義。

1 局部放電試驗干擾的影響

1.1 電源干擾

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

1.2 接地干擾

變壓器局部放電試驗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入試驗系統,導致局部放電試驗結果無法判斷,有時甚至連方波校準都無法進行。

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,如手機信號等等。此類干擾信號一般通過電磁耦合作用于試驗系統。

1.4 試驗回路干擾

在變壓器局部放電試驗中,存在點多面廣的情況,因為試驗設備較多,試驗設備內部存在局部放電情況也會使干擾信號進入試驗系統,導致無法判斷此信號是來自試品內部還是試驗設備本身。

1.5 周圍環境金屬體干擾

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

2 局部放電試驗干擾排查方法

2.1 試驗系統外部干擾

通過超聲波定位檢測、紫外成像、非接觸式射頻巡檢等相關方法可排查空間電磁干擾、周圍環境金屬體干擾等外部干擾信號[6-7]。試驗系統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行處理,使其場強趨于均勻,可以達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,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,包括內部放電定位和外部放電定位。對干擾信號進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時,某些金屬體未能有效接地,且處于較強電場中,成為懸浮放電體,導致局部放電量值超標。利用超聲波的方向傳播特性,結合超聲波局部放電檢測儀進行定位,可以有效發現此處懸浮放電干擾。

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換成可見光圖像信號,在生產實際中常常利用紫外成像技術進行輸電線路和變電站電氣設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過程中的電暈放電干擾信號。

外部試驗引線、均壓帽等處為變壓器局部放電試驗中電暈放電的常見部位。可結合紫外成像儀監測現場電暈干擾情況,若局部放電起始時間與電暈起暈時間等保持同步,結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,可以在大范圍內定位,同時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信息以判斷缺陷。變電站內空間環境具有很多電磁波信號,有電暈信號、通信信號、手機信號等。利用不同干擾信號的不同的頻段特性,結合其他檢測手段綜合作出判斷是何種干擾信號,同時可在局部放電試驗中,排查局部放電源并對其進行定位。

2.1.4 改變架線等方法

在空間中有很多干擾性質的電磁波會通過耦合進入試驗系統,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,也會起到干擾排查的作用。在架設加壓引線時,注意減少打圈以降低這種耦合作用,從而達到減少干擾的目的。

2.2 試驗系統內部干擾

若在進行外部排查后,干擾信號仍無法完全消除,可以考慮試驗系統內部是否存在干擾信號。通過不同試驗條件的比對有時也可以發現干擾信號的來源。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方法排除電源干擾、接地干擾、試驗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備局部放電缺陷檢測與定位,利用高頻電流傳感器對流經電力設備的接地線、中性點接線以及電纜本體中放電脈沖信號進行檢測。

針對高頻電流傳感器檢測原理及安裝方式,在變壓器進行局部放電試驗過程中,借助套管末屏接檢測阻抗接地的檢測回路來進行測量。可同時監視變壓器內部局部放電信號,與脈沖電流法檢測結合,進行綜合分析。

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,約從數百Hz到數千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,能夠檢測數十kHz到數百kHz的局部放電信號。

在現場局部放電檢測中,經常會遇到地線耦合干擾等問題。局部放電檢測儀是經常用到的儀器,可以利用儀器中的頻帶檢測功能對信號進行頻帶區分。選擇合適的檢測頻帶,并對信號進行頻譜分析。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行頻譜分析后發現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接線

在現場試驗過程中,試驗人員經常會對檢測到的信號難以判斷,卻經常忽略低壓側放電對高壓以及中壓側局部放電檢測的影響。因此,在局部放電試驗過程中特別提出對低壓側進行局部放電監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檢測阻抗后并聯接入變壓器低壓側,加壓至試驗電壓后,局部放電檢測儀顯示低壓側放電量是否異常,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接線的方式對是否為低壓側局部放電超標問題進行判斷,如可以通過勵磁變采取雙邊加壓或者單邊加壓的方式進行。

2.2.4 利用濾波器及隔離變壓器

在現場試驗時,常常遇到試驗電源干擾問題,此問題會導致試驗結果無法判斷,甚至無法進行方波校準等后果,要引起重視。

有條件的情況下,選擇采用柴油發電機或應急發電車供電。此時電源所接負荷單一,就試驗系統本身,避免了引入其他諧波干擾;或增加濾波器及在考慮試驗容量的情況下增加隔離變壓器。同時,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,首先在保證試驗系統一點接地的情況下,將試驗系統接地與儀器保護接地分開,可屏蔽掉部分接地干擾。有時接地干擾很難排除,可結合標零等手段進行輔助判斷。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相主變壓器在進行交接試驗過程中發現高壓、中壓局部放電量值較大,最大達到1000pC。因此,對其進行了超量值局部放電信號的判斷和分析。

3.1 試驗系統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引線、均壓帽等處電暈放電進行定位,發現電暈放電點,見圖1。高壓套管頂部均壓帽外部有劃痕,導致電暈放電;試驗系統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、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境進行再一次掃測,見圖2。

圖2 射頻局部放電檢測情況

由圖2可以發現掃測曲線與背景曲線基本重合,說明外部環境中較大的干擾信號已經得到了有效處理。排除外部干擾信號后,發現干擾信號依然存在且量值較大,達到400pC。懷疑可能干擾信號來自于試驗系統內部。

3.2 試驗系統內部干擾信號排查及處理

利用高頻局部放電檢測、改變試驗接線、改變試驗頻率,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行監測,監測點首先選取了鐵心處,通過高頻TA取鐵心電流信號,未發現明顯內部局部放電信號,見圖3。考慮如果內部有放電點,且離鐵心較遠時,可能會出現鐵心接地電流檢測不到局部放電信號的問題,再次將監測點選在套管末屏處,仍未監測到變壓器內部局部放電信號。

圖3 套管末屏處高頻局部放電檢

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

通過測試,發現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(40～300kHz),對該臺變壓器的局部放電測量產造成了影響。

通過改變試驗頻率對干擾信號進行進一步確認,在試驗過程中調節變頻電源頻率至125.7Hz、132Hz、137Hz等頻率下,均進行了局部放電試驗,發現試驗頻率在125.7Hz、132Hz、137Hz頻率下都能檢測到異常信號,測試結果見表1,波形見圖5。

圖4 異常信號頻帶圖

表1 高壓繞組測試結果

結果顯示此異常信號與試驗頻率有一定的相關性,隨著試驗頻率的下降,放電起始電壓逐漸降低,放電量值逐漸升高,與典型內部局部放電信號存在區別。為了與U相變試驗情況進行比對,將試驗線路移至V相,并同時用2套試驗系統對其進行復測,發現在125.7Hz、132Hz、137Hz等試驗頻率處,有與V相變有相同的異常干擾信號。同時考慮到V相已順利通過局部放電試驗,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 試驗結果分析

a.局部放電試驗中,放電信號的觸發應與施加在產生該放電信號位置的電壓高低有關,但在排除試驗系統外部干擾信號的前提下,該臺變壓器現場試驗時發現隨著試驗電源頻率的變化,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.試驗采用了2套試驗電源裝置進行測量,并與同組變壓器進行了比對,均測量到了相同特征的異常干擾信號,可以排除試驗設備原因導致的異常干擾信號的發生;

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

d.根據前后試驗條件比對,試驗系統中未改變的因素是地網,因此判斷異常信號來源于試驗系統中的接地網,是由與電源頻率相關的干擾信號通過接地網耦合進入試驗系統所致。

4 結論

變壓器局部放電試驗是檢驗變壓器制造質量和絕緣狀況的一項有效方法,現場變壓器局部放電試驗由于干擾影響大,往往給試驗人員帶來許多意想不到的難題。在確定干擾源過程中,同時結合帶電檢測的新手段,將干擾信號區分為試驗系統內外部信號分別處理,有助于準確判斷干擾信號的來源。因此,繼續將此問題作進一步分析研究,有利于提高局部放電試驗人員的判斷分析能力。

[1] 包玉樹,羅傳仙.電力測量抗干擾技術[M].北京:中國電力出版社,2014.

[2] 武 坤,劉海峰,劉宏亮,等.變壓器現場局部放電試驗的干擾排查[J].變壓器,2012,49(9):45-47.

[3] 王永輝,閻春雨,高 駿,等.變壓器現場局部放電測試中的抗干擾措施[J].河北電力技術,2000,19(1):25-26.

[4] 谷小博.變壓器現場局部放電試驗有關問題的分析[J].浙江電力,2011(5):5-8.

[5] 包玉樹.大型變壓器局部放電試驗加壓線架設方式及抗干擾措施的探討[J].變壓器,2004,41(4):30-32.

[6] 國家電網公司運維檢修部.電力設備帶電檢測技術[M].北京:中國電力出版社,2014.

[7] 張國光.電氣設備帶電檢測技術及故障分析[M].北京:中國電力出版社,2015.

本文責任編輯: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備試驗研究工作。