基于UHF技術的油浸式主變壓器局部放電監測研究

金峰

【摘 要】為了有效避免電廠變壓器的局部放電監測中各種噪聲問題的影響，以UHF為基礎形成了放電監測分析方法，同時設計出一種局部放電傳感器以及相配套的硬件電路，對降頻電路和傳感器的實效性進行了驗證，最后分析實際測算發現，UHF技術能夠有效消除電廠周圍電磁干擾，準確診斷變壓器故障。

【關鍵詞】油浸式;主變壓器;局部放電

中圖分類號： TM855文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）21-0057-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.21.025

Study on Partial Discharge Monitoring of Oil-immersed Main Transformer Based on UHF Technology

JIN Feng

（Fuqing Nuclear Power Co.， Ltd.， Fuqing Fujian 350300， China）

【Abstract】In order to effectively avoid the influence of various noise problems in partial discharge monitoring of transformers in power plants， a method of discharge monitoring and analysis is formed based on UHF. At the same time， a partial discharge sensor and its corresponding hardware circuit are designed， and the effectiveness of the frequency reduction circuit and the sensor is verified. Finally， the actual situation is analyzed. It is found that UHF technology can effectively eliminate electromagnetic interference around power plant and accurately diagnose transformer faults.

【Key words】Oil-immersed type; Main transformer; Partial discharge

0 引言

局部放電主要是主變壓器中絕緣損壞的主要標志，對主變壓器中的局部放電問題進行實時監測，能夠有效預防各種事故的發生，尤其是在核電站中，一旦出現事故問題便會造成巨大的影響。當下主變壓器相關局部放電監測方法形式多樣，而在各種因素的影響下，容易對監測結果的準確性造成一定影響，為此需要進行深入研究。

1 UHF局部放電傳感器

為了躲避現場中的各種電磁干擾信號，可以選擇500到1500MHZ之間的阿基米德螺旋式天線，充當主變壓器的局部放電傳感器測量設備。明確阿基米德螺旋式天線的內部參數結構，具體包括螺旋圈數、螺旋寬度、螺旋的增長率、螺旋內徑、螺旋外徑等內容。螺旋線的外徑主要是由工作頻率下限對應波長所決定。隨著饋點之間距離的不斷減小，進入到饋點當中的入射波距離也就越近。當螺旋線外徑不變的條件下，螺旋的增長率能夠對螺旋線的圈數產生直接影響。如果螺旋線的長度過長，便會導致終端的效應減小，擁有良好的波段特性，但假如螺旋增長率過低，圈數的數量過大，電力傳輸損耗也會相繼擴大，綜合傳輸損耗、終端效應等因素進行考慮，UHF局部放電檢測通常將螺旋線的圈數設置為10，即螺旋線的寬度較大、單臂螺旋線的圈數是5，而雙臂的螺旋線圈數是10，其阻抗的輸入值也相繼減小，在間隙寬度和螺旋線寬度相等的情況下，這種結構便是自補結構，其能夠促進寬頻帶阻抗之間實現有效匹配。通過分析能夠發現，螺旋線的圈數和外徑已經得到了初步確定，螺旋線的間距和寬度大致相同。

結合相關方案，以阿基米德式天線為基礎設計主變壓器的局部放電監測傳感器，并將其安置于變壓器的入門孔或外罩，利用導線引出信號[1]。

2 硬件降頻電路

2.1 基本原理

局部放電監測信號通常是將研究重點放到放電峰脈沖當中，或小于50赫茲的工頻信號相位上，對于放電波形并沒有太多的關注。在這種條件下，為了進一步減小監測工作的難度，此次主要通過檢波電路來對監測的信號實施降頻處理，從而在確保局部放電相位和脈沖峰值的基礎上，進一步減小采樣頻率。此次設計主要是以二極管為基礎，相應的檢波電路基本原理如下，檢波電路信號輸出狀況能夠直接將超高頻調幅的包絡波動變化規律直接反映出來，包括低通濾波器、檢波二極管、輸入后回路等幾部分構成，充電時間常數較小，電容的充電速度快，能夠快速創建電壓，放電時間較大，遠遠超出了主變電器的局部放電周期。

2.2 實測信號

主變壓器等電力設備內部出現了局部放電的問題時，便會散發出一種電磁波信號，即UHF超高頻電磁波信號，對空間中的超高頻電磁波信號進行檢測，便可以準確找出電力設備中的局部放電問題。在局部放電問題下，衍生出來的超高頻電磁波信號的頻率相對較高，已經超出了500MHZ，但空氣中的電暈干擾和背景噪音通常都相對較低，小于400MHZ。為此通過UHF檢測能夠有效消除核電廠中的各種信號干擾，提高局部放電檢測數據的準確性。為此設計UHF天線檢測系統，和相應的配套硬件電路，對實測信號驗證系統可靠性。

通過分析可以發現檢波電路能夠對主變壓器的局部超高頻放電信號進行合理檢測，同時使檢波工作結束后的脈沖正向峰值誕生時間維持一種固定不變的狀態。此外，放電時間常數的差異，還會對波形疊加造成一定的影響，為此需要對檢波電路系統中的放電時間常數進行合理設計，即科學設計電容大小。

3 變壓器局部放電監測和模型分析

3.1 硬件設計

充分結合核電廠中的變壓器鐵芯接地電流、主變壓器的局部超高頻信號以及油中的氣體含量等元素，對主變壓器進行準確判斷，看其內部是否存在局部放電的問題。而主變壓器的局部超高頻檢測傳感器設備主要安裝于人孔門當中，設備的前置處理可以通過檢波電路實施，這種模型的核心結構是主變壓器的局部超高頻放電監測設備，融合了各種診斷手段方式、鐵芯接地電流、油中的色譜等輔助檢測方式，能夠進一步提高結果診斷的準確性[2]。

3.2 軟件框架

系統中的軟件包括信息集成、信息交互、綜合診斷、綜合分析、統計放電圖譜、脈沖分析、數據管理、數據快速采集等功能模塊。其中的統計放電圖譜主要是針對主變壓器中的放電三維圖譜和二維圖譜實施準確計算，從而為后期的快速、準確診斷主變壓器局部的放電故障問題提供可靠的參考依據，合理診斷變壓器的故障問題。綜合診斷和綜合分析是全面綜合鐵芯的接地電流、油中的色譜等數據信息，聯合變壓器中的運行狀況，進行全面的監控分析[3]。

4 實測數據監測分析

此次系統主要應用在某核電廠中的主變壓器，對主變壓器出現的局部放電問題進行合理檢測。主變壓器的低壓側24千伏，高壓側是500千伏，變壓器的整體容量是410MVA，運行期間出現油色譜異常。通過在主變高壓側面底部裝設UHF超高頻裝置，進行長期的局放檢測。檢測過程中發現，主變壓器的放電現象呈現出一種持續穩定放電的趨勢，油中乙炔量穩定在0.3ppm。特高頻存在穩定絕緣放電信號，幅值最大57dB左右且持續穩定，但放電脈沖數有明顯變化趨勢，從原來日平均50-70脈沖左右，增加到300脈沖左右，逐漸減弱到150左右脈沖。根據放電脈沖說明放電程度存在內部提升。通過放電圖譜分析認為是中性點套管連接部位螺栓松動引起。目前，電廠已組織。

通過案例分析能夠發現，此次的核電廠主變壓器監測模型具有較強的實效性。核電廠中的主變壓器是電網和電機組之間進行有序連接的關鍵環節，一旦主變壓器出現問題，便會對整個核電廠造成不良影響，無法為電網饋電，并發揮出有效的價值作用。在快速準確發現主變壓器中的局部放電問題后，并及時進行檢修工作，和主變壓器發生重大事故后才開始進行檢修工作相比，能夠縮減半個月左右的維修時間，為此通過此次設計出來的局部放電監測系統，能夠迅速檢測出主變壓器的故障問題，并制定針對性的檢修方案，能夠有效減少檢修工期，同時還不會產生額外的檢修費用，主變壓器的局部監測系統不會對主變壓器的操作運行產生任何的影響。從技術層面分析，系統研發能力進一步提高了核電廠中的經濟效益和安全效益。

5 結語

綜上所述，核電廠中的油浸式相關主變壓器所產生的局部放電問題主要是導致變壓器事故的直接原因，為此需要對主變壓器中的局部放電活動進行全面監測，從而有效預防變壓器事故的出現。

【參考文獻】

[1]陳吉慶.核電機組主變壓器分側差動保護誤動缺陷原因分析及對策[J].核動力工程，2017，38（S2）：93-96.

[2]任巖，龔傳利.基于UHF技術的風電場油浸式主變壓器局部放電監測與分析[J].上海理工大學學報，2016，38（06）：540-545.

[3]張百舸，歐小高.核電主變壓器局放在線監測及診斷技術的研究與應用[J].電氣應用，2014，33（18）：22-25.

[4]宋光耀，鄭海龍.海陽核電一期工程主變壓器低壓側加裝接地變壓器方案的探討[J].電氣應用，2014，33（06）：73-76.