文档库

最新最全的文档下载
当前位置:文档库 > 特高压变压器局放在线监测技术研究

特高压变压器局放在线监测技术研究

特高压变压器局放在线监测技术研究邓建钢,伍志荣,聂德鑫,罗先中,程林,刘诣,杜振波 (国网电力科学研究院,湖北省武汉市珞喻路143号,430074)

摘要:本文介绍了目前常用的变压器局部放电(局放)在线监测技术,并针对特高压变压器的特殊情况提出了局放在线检测的特殊要求以及解决办法,重点介绍了超声精确定位技术在监测技术中的应用。提出在发现局放异常时,应以超声精确定位技术作为必要的监测手段,结合油色谱和电脉冲监测结果,为变压器故障诊断及运行决策提供科学依据。最后在实际工程中获得了良好的实践效果。

关键词:特高压;变压器;局部放电;超声定位;在线监测1引言

特高压变压器是特高压工程中的关键设备,对其进行局部放电(局放)的在线监测可以即时发现变压器内部的缺陷和故障,并给出预警,从而保证特高压变压器乃至特高压工程安全稳定的运行。由于特高压变压器体积庞大,结构复杂,若出现故障,现场检修困难,回厂则运输成本高昂并影响系统正常运行。考虑到经济等因素,对于不危及变压器正常安全运行的局放缺陷,例如引线上远离线圈位置的杂质放电等,并不一定要求即使停电检修,但要对此类缺陷进行在线监测,确保故障不发展不恶化,不对变压器的正常运行产生影响,这就对在线监测技术提出了更高的要求。传统的局放在线监测技术可以发现变压器内部的局放情况,但不能精确的确定故障点,不能对变压器是否可以继续带电运行提供科学的决策依据,特高压变压器在线监测技术需要进行进一步的研究[1-2]。

2 局放在线监测技术概述

变压器内部发生局放时,将伴随着电流脉冲、电磁波、声波(超声波)及油中分解出来的气体等信号[3-4]。现有的在线监测技术都是基于以上信号的监测,从而对变压器内部的放电状况进行评估。根据监测信号的不同,变压器在线监测技术一般分为以下几种:

1)油色谱在线监测技术

基于油中气体色谱分析法的在线监测技术基本不受现场干扰的影响,可以有效的对放电情况进行分析,通过三比值法还可以监测绝缘过热,电弧放电等缺陷故障,是一种优秀可靠的监测手段[6]。但由于其量值非常低,对检测手段要求比较高,同时对缺陷的反应有滞后,不能实时的对故障做出反应。

2)电脉冲信号在线监测技术

电流脉冲法是最灵敏局放检测方法之一。但是作为在线监测技术,不能按常规的电流脉冲法进行检测,而且不能定量的反应放电量值。同时变电站现场电信号的干扰比较大,局放信号往往被淹没在噪声干扰中,监测系统很难采集到有效的局放信号。

3)超高频在线监测技术

同传统的检测方法相比, 超高频检测技术具有检测频率高、抗干扰性强和灵敏度高等优点,更适合局放在线监测[5]。它通过接收电力变压器局放产生的特高频电磁波,实现局放的检测。由于变压器结构复杂,这种技术仍处于实验室研究阶段。

4)超声波在线监测技术

超声波在线监测是一种比较成熟的在线监测技术,抗干扰能力强,通过声-声或电-声法能够对故障点进行定位[7-8],方便对缺陷进行检修,并可以对变压器状态进行评估。但由于变压器结构复杂,超声信号的获取以及时延的确定技术难度比较大。同时,通过超声定位只能确定变压器内部是否有固定声源,此声源是否由局放产生需要其它监测结果进行辅助验证。

综上所述,不同的监测技术有着不同的优点和缺点,变压器局放的在线监测应根据需要,采用多种技术手段,综合的分析监测结果,以便对变压器内部的局放情况做出科学的诊断。

3 特高压变压器局放在线监测

特高压变压器造价昂贵、体积庞大、运输困难。为保证安全、稳定、经济的运行,其局放的在线监测有着较高的要求。在线监测系统应不仅能监测变压器内部是否有局放发生,还应该能够精确的确定

故障点,以便对变压器的运行提供科学的决策依据,应具备以下功能:

1)能够准确的监测变压器内部局放情况

2)能够对放电部位进行精确定位,以便于故障分析、检修以及运行决策

3)能够实时反映监测局放的发展情况

因此,特高压变压器的在线监测应采用“电”、“声”、“气”同时监测。在有局放异常时,应采用精确定位技术的超声在线监测结果作为必要的故障诊断依据,同时辅以其他手段进行验证。

3.1 油色谱在线监测的应用

油色谱监测抗现场干扰能力强,监测结果反映故障准确率高,应成为特高压变压器在线监测的必要手段之一。色谱监测时应密切注意C2H2、H2等量值的发展情况,若有异常应及时对其他监测手段进行调整,以达到最好的监测效果。

3.2 电脉冲信号在线监测技术的应用

电流脉冲法的在线监测信号一般从套管末屏、铁芯或夹件接地装置上获取。出于运行中变压器的安全考虑,现场比较可行的是从铁芯或夹件接地上获取电流脉冲信号。电脉冲法灵敏度高,但受到现场干扰影响较大,局放信号识别困难,应作为局放的验证手段,综合油色谱结果以及超声定位结果对变压器局放故障进行诊断。

3.3 超声波在线监测技术的应用

超声波监测作为唯一的局放精确定位技术,在变压器出现局放异常时应作为必要的在线监测手段。为保证精确定位的需要,在监测时除了要采用抗干扰技术获取真实的超声波形外,还应注意以下几点:

1)探头的布置

受到变压器结构以及超声波传播路径的影响,超声探头在变压器表面监测超声信号的范围有限,因此探头的位置应该不是固定不变的。在出现局放异常时,应及时调整探头位置,尽量接收到有效的超声信号,以便准确的选取时延。

2)波形识别及时延的选取

识别局放超声波形并准确的确定时延是精确定位的基础。超声波频率应在70kHz-120kHz,波形为三角波或菱形波,波长大于0.6ms左右,一般为直接波和间接波的叠加。最有效的超声信号波形为三角形波,其时延应选取在第一个波峰的位置,定位精度较高,如图1波形(a)所示。在波形中有间接波出现时,如图1波形(b)、(c)所示,说明探头没有正对声源。若能分辨出直接波,时延选取应在直接波的第一个波峰。若不能分辨出直接波,应调整探头,使其收到直接波。若无法收到直接波,时延可选取在间接波最大峰值位置,如图1中t1所示,此时定位结果误差较大,仅做参考。

特高压变压器局放在线监测技术研究

图1局放超声信号波形图

Fig. 1 Typical acoustical signal of PD in transformer

3)精确定位算法

要满足特高压变压器在线监测的需要,必须对故障点进行精确定位。目前比较成熟的有“电-声”定位法和“声-声”定位法两种。要满足精确定位的需要,“电-声”定位法应采用球面定位算法,其定位精确度高,但需要有电脉冲信号参与计算。“声-声”定位法应采用双曲面定位算法,不需要电脉冲信号,但定位精确度略低。由于现场识别有效电脉冲信号比较困难,“电-声”定位法的误差反而大于“声-声”定位法。通过合理的布置探头、正确的选取时延,“声-声”定位法同样可以得到“电-声”定位法的精度。根据国网电科院的试验研究,“声-声”定位法定位误差在试验室可以达到50mm以内,现场可以达到200mm以内,完全能满足特高压变压器在线监测的需要。现场中,通过“声-声”定位法得到定位结果,在通过“电-声”定位法进行验证,可以为局放故障诊断提供有效的科学依据。

4实际工程中的应用

在某特高压变压器的交接试验过程中,发现油

色谱发生异常。局放试验时在主变中压端检测到局放量在100pC~5000pC 之间波动。在试验时同时进行局放超声波定位,经过不断调整探头位置,使各通道都获得较好的波形后,多组测量波形显示各探头之间的超声信号时差和声电信号时差关系明确。通过声-声定位和声-电定位分别进行了精确计算,计算结果一致,定位坐标集中在(0.60m, 0.95m, 0.66m)区域。结合变压器内部结构,该位置为中压线圈上下连线与下部水平连线的转角连接处。

根据试验结果,专家讨论后认为此变压器放电部位远离主线圈,可以投入试运行。但要实时监测局放的发展情况,在油色谱稳定,放电部位不向主线圈移动,超声幅值不增大的情况下,不会影响变压器的运行安全。

在试运行期间,由于现场干扰较大,无法获取有效的电脉冲信号,超声定位在线监测在多次移动探头后,采用“声-声”的双曲面定位法得到了精确的定位结果,与“电-声”定位结果一致,并与调试时的定位结果一致。波形图如图2所示,其中通道6为电脉冲信号:

特高压变压器局放在线监测技术研究

图2在线监测定位波形图

Fig. 2 On-line monitoring signal

在线监测结果显示此变压器内部所产生的放电位置与调试时相比没有明显变化,超声波信号幅值有下降趋势,油色谱监测数据稳定。根据监测结果,该变压器在试运行阶段状态平稳,放电缺陷没有劣化的征兆,试运行成功。其典型的油色谱监测结果如表1所示:

超声在线监测定位统计结果如图3所示:超声在线监测幅值趋势如图4所示

表1油色谱在线监测典型值

Tab. 1 Typical chromatogram of on-line monitoring

取样

部位

氢气

H2

甲烷

CH4

乙烷

C2H6

乙炔

C2H2

总烃

∑CH 上部 2.32 0.21 0.18 0.40 0.79 中部 2.24 0.22 0.17 0.39 0.78 下部 2.08 0.25 0.14 0.39

特高压变压器局放在线监测技术研究

0.78

0.5

1

1.5

2

2.5

00.51 1.52 2.5

X Y

特高压变压器局放在线监测技术研究

0.5

1

1.5

2

2.5

00.51 1.52 2.5

X Z

特高压变压器局放在线监测技术研究

0.5

1

1.5

2

2.5

00.51 1.52 2.5

Y Z

图3局放超声定位坐标分布图(单位:米)

Fig. 3 PD acoustics location on-line monitoring result

(unit: meter)

特高压变压器局放在线监测技术研究

图4局放超声波幅值趋势图

Fig. 4 PD acoustics amplitude on-line monitoring

tendency

5 结论

综上所述,适用特高压变压器的在线监测系统应能够反映变压器油色谱、局放故障点的变化情况。电流脉冲的监测受到现场运行环境的影响较大,应作为变压器局放的验证手段。其中局放超声定位在无有效电脉冲信号的情况下,可采用“声-声”的双曲面算法,通过探头的合理布置,时延的准确选取,实现故障点的精确定位,并为变压器的运行决策提供科学依据。

参考文献

[1] 董旭柱,王昌长,朱德恒.电力变压器局部放电在线监测研究

的现状与趋势[J].变压器,1996,33(1):3-7.

[2] 郭俊.吴广宁.张血琴.等.局部放电监测技术的现状和发

展[J].电工技术学报.2005.20(2):29-35.

[3] GB 7354—2003.局部放电测量[S].

[4] D1 417—1991.电力设备局部放电现场测量导则[S].

[5] 王国利,郝艳捧,李彦明,“电力变压器局部放电检测技术的现

状和发展”[J].电工电能新技术,2001,20(2):52-57.[6] 许坤.周建华,茹秋实.等.变压器油中溶解气体在线监测技

术与展望[J].高电压技术,2005.31(8):30-33.

[7] 周力行.何蕾.李卫国.变压器局部放电超声信号特性及放

电源定位[J].高电压技术,2003,29(5):11-14.

[8] LUNDGAARD L E.Partial Discharge—XIV:Acoustic Partial

Discharge Detection—practical Application[J].IEEE Electrical Insulation Magazine,1992,8(5):34-43.

收稿日期:2009-04-19。

作者简介:

邓建钢(1978—),男,广东梅州,博士研究生,工程师,从事输变电设备故障诊断及在线监测方面研究工作。

40 60