干式變壓器局部放電在線監測脈沖電流傳感器的開發

田富

摘?要：傳統的功率變換器電路包括兩種類型的電流傳感器，一種用于電流控制，另一種用于過流保護。最近，人們對電流傳感器進行了研究，這些傳感器將集成在電源模塊中。這些傳感器應該能夠保護電源設備不受過電流的影響。此外，電源轉換電路必須實現交流側電流傳感器的控制。通常，這些電流傳感器是獨立使用的;因此，需要兩種類型的傳感器。但是，如果用于保護的傳感器也可以進行電流控制，那么用于電流控制的傳感器就可以消除。功率器件的電流波形是脈沖波形。因此，需要一種考慮傳感器位置和同步采樣的采樣技術。本文提出了一種利用集成在功率模塊中的電流傳感器控制輸出電流的方法。單極調制單相逆變器的傳感器位置和采樣點之間的關系是顯而易見的。通過與功率器件串聯安裝的普通電流傳感器的實驗，驗證了該方法的有效性。此外，還考慮到實際電流具有頻率特性，進行了包含傳感器特性的仿真。最后通過實驗驗證了電流控制方法的有效性。

關鍵詞：干式變壓器;局部放電;在線監測;脈沖電流傳感器

引言

電氣設備的維修與技術開發可分為三個階段，即故障維修、定期維修、狀態維修。狀態維修是以可靠性為中心的維修，并逐步取代以往的定期預防性維修。它基于設備的狀態并執行預防性操作。設備的狀態維護通過測量關鍵參數來識別現有或潛在的損壞跡象。對于工作設備，可以進行狀態評估。這種策略不需要定期檢修設備，這提高了檢修的相關性和有效性。發現問題，及時發現，有效地延長了設備的使用壽命，合理地降低了設備的運行維護成本。目前，避雷器全電流和阻性電流檢測技術、電容器件介質損耗和電容檢測技術、變壓器體內油溶氣體、局部放電監測技術和傳輸線紅外檢測技術都比較廣泛。隨著電纜在城市電網建設中的普遍應用，改進電纜檢測方法的要求越來越迫切，尤其是帶電檢測。

一、干式變壓器局部放電概述

（一）干式變壓器發展

干式變壓器以其低噪聲、低損耗、免維護、高可靠性、無污染、抗燃燒、抗燃燒等優點，受到越來越多的關注和推廣。廣泛應用于地鐵、機場和居民區。目前干式變壓器主要有兩種類型：一種是F類環氧樹脂澆注干式變壓器（ORDT），另一種是H類真空壓力浸漬干式變壓器（OVDT）。自上世紀80年代末以來，中國從歐洲引進了先進的薄型絕緣ORDT技術，現已在全國廣泛應用。近年來，由于浸漬干式變壓器采用真空壓力浸漬（VPI）技術，并采用美國杜邦公司的NOMEX紙作為絕緣材料，浸漬干式變壓器（作為NOMEX紙絕緣浸漬干式變壓器）在我國開始試運行。環氧樹脂澆注干式變壓器整體機械強度和耐短路能力良好。短路時對軸向和徑向電功率均有較強的容錯能力。由于沒有墊塊這樣的強點，鋼絲不會繼承彎曲應力。高機械強度可以認為是環氧樹脂澆注干式變壓器的最大優點。但對于NOMEX紙絕緣清漆干式變壓器，NOMEX紙具有抗壓強度好、受壓變形小、可靠性好的特點，從真空壓力清漆和干燥固化過程來看，其表面不留釘痕。由于清漆干式變壓器使用的交叉線圈與油浸式變壓器基本相同，所以墊塊在扁平繞組之間起支撐作用，它由低壓線與鐵心之間的支撐物支撐。就變壓器的結構而言，其整體機械強度和短路電阻容量均低于環氧樹脂澆注干式變壓器。NOMEX紙絕緣漆干式變壓器的過載能力優于環氧樹脂澆注式干式變壓器，這是由于采用了熱等級為H級（溫度等級為180℃）的NOMEX紙，而且變壓器的起動過載熱裕度較大。隨著干式變壓器技術的不斷改進和NOMEX紙的進一步國產化，h級干式變壓器的生產成本將進一步下降。H級NOMEX紙絕緣漆干式變壓器以其環保優勢在未來市場上將具有強大的競爭力。采用這種技術是我國變壓器行業的發展趨勢，具有廣闊的發展前景。

（二）局部放電原理及檢測

局部放電（PD）測量是檢測電力設備絕緣缺陷的最重要的、無破壞性的方法。用于電力系統的質量檢測，以及電纜、GIS、電力變壓器、旋轉機械及其部件的現場診斷檢測。變電站內局部放電的傳播受到變電站網絡的很大影響。局部放電脈沖的真實波形無法在現場測量。經典的局部放電校準模型對于局部放電的在線監測是不合理的，因為它用集總電容表示變壓器，用連接線和相鄰設備作為耦合電容。為了解決上述問題，需要建立一個實用的局部放電校準模型。也就是說，需要為變電站內部的變壓器及其外部耦合網絡構造合理的等效電路。介紹了變電站網絡局部放電仿真的策略，以及在500kv 變電站進行的局部放電仿真實驗。這些實驗涉及變壓器外部耦合網絡的五種不同的測試范圍，并注入多個頻率的正弦信號來模擬局部放電信號的不同頻率分量。通過比較相同試驗頻率下不同試驗范圍下的響應，概述了外部耦合網絡對變壓器局部放電監測的影響。

二、干式變壓器局部放電在線監測脈沖電流傳感器的設計

2.1 研究背景

用于交流電流檢測的電流傳感器的原理是基于電流互感器或霍爾效應等。有些論文將自己研制的電流傳感器應用于功率變換器電路。此外，還提出了將電流傳感器集成在功率模塊中的建議。傳感器主要用于電力設備的過電流保護。如果這些電流傳感器集成在電源模塊可以適當地用于控制，消除安裝在交流側的傳感器是可能的。實現了電路的小型化和高功率密度化。當這些傳感器用于交流側電流控制時，需要討論輸出電流的檢測方法。然而，集成電流傳感器只能檢測脈沖形狀的電流波形。如果輸出電流可以恢復脈沖形電流，傳感器可以用于電流控制。正常情況下，電源轉換器電路必須連接到電流傳感器，如圖1所示，在電源模塊之外。如果電流控制可以實現使用集成電流傳感器，沒有電流傳感器需要連接。為了恢復正弦電流波形，必須采用數字控制。此外，采樣點和開關定時都應該是同步的。逆變電路功率模塊中的電流波形取決于功率器件和傳感器位置之間的關系。

2.2 脈沖電流采樣和傳感器位置

本文提出利用這些電流傳感器可以控制輸出電流。在這里，表示流入電源設備的電流。電流波形為脈沖形電流波形。然后對脈沖電流進行采樣，檢測瞬時電流。逆變電路的 PWM 信號是基于三角載波波形產生的。當使用一個傳感器時，采樣點由傳感器種類決定。單相逆變器的波形證實了當功率器件處于 ON 狀態時，輸出交流電流流入該器件。因此，在功率器件的 ON 狀態下，可以使用模塊電流傳感器對瞬時輸出電流進行采樣。從這些波形，可以通過選擇合適的傳感器在 ON 狀態下獲得輸出電流。需要注意的是，同步采樣點和功率模塊電流傳感器具有選擇性。

三、小結

分析表明，由于傳感器的輸出延遲和頻率特性，使得傳感器出現了不可控區域，這些影響可以公式化。實驗驗證了該方法的有效性。由此可見，電流傳感器可以與電源裝置串聯控制輸出電流，而保護模塊式電流傳感器可以完成這一任務。

參考文獻

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