變壓器局部放電在線(xiàn)監測方法綜述
目前 , 國內外在線(xiàn)檢測變壓器局部放電的方法主要有 7 種。
1脈沖電流法
脈沖電流法是研究變壓器局部放電在線(xiàn)監測技術(shù)最早、應用最廣泛的監測方法。當變壓器內部出現局部放電時(shí) , 產(chǎn)生的高頻脈沖電流可利用羅可夫斯基線(xiàn)圈檢測變壓器中性點(diǎn)、外殼接地電纜處的脈沖電流 , 或用監測器捕獲變壓器高壓套管抽頭連接處的脈沖電流 , 以此判斷變壓器內部是否發(fā)生局部放電。。該方法一般是檢測脈沖電流信號的低頻部分 ,通常為數 kHz至數百kHz(至多數 MHz)。目前 , 脈沖電流法廣泛用于變壓器型式試驗、預防和交接試驗、變壓器局部放電實(shí)驗研究等 , 其特點(diǎn)是測量靈敏度高、放電量可以標定等。
2超聲波檢測法
當變壓器內部發(fā)生局部放電時(shí) , 不僅產(chǎn)生電脈沖信號 , 同時(shí)還產(chǎn)生超聲波信號 , 可通過(guò)同時(shí)產(chǎn)生的超聲波信號和電信號判斷變壓器內部的絕緣狀況。超聲傳感器的頻帶約為50kHz～200kHz,以避開(kāi)鐵心的鐵磁噪聲和變壓器的機械振動(dòng)噪聲。當變壓器內部發(fā)生局部放電時(shí) , 固定在變壓器外殼的超聲傳感器采集到超聲波信號 , 通過(guò)電 — 聲傳感器將聲波信號轉化為電信號 , 連同局部放電時(shí)產(chǎn)生的電信號一同送到監測系統。其中現場(chǎng)控制與預處理單元主要完成對超聲信號和電信號的收集 , 并將超聲信號轉換為電信號后 ,并放大處理。
該方法的優(yōu)點(diǎn)是不影響電氣主設備的安全運行 ,并且受電磁干擾影響較小 ;缺點(diǎn)是放電源和超聲探頭之間的波阻抗異常復雜 , 超聲波信號常常因為傳播途徑復雜、衰減嚴重而導致檢測靈敏度很低。光纖技術(shù)已經(jīng)應用在局部放電的超聲波探測上 , 變壓器內局部放電產(chǎn)生的超聲波擠壓光纖并導致光波在光纖中傳播時(shí)受到調制 , 采用合適的調制解調器可以把局部放電的超聲波信號提取出來(lái) , 可以避免傳統的油 — 鋼復合路徑所造成的影響。采用光學(xué)技術(shù)對電氣設備局部放電的檢測技術(shù)達到現場(chǎng)應用還有很大距離 , 其主要原因在于光學(xué)設備造價(jià)高、檢測穩定性不高。
3射頻檢測法
射頻檢測法屬于高頻局部放電測量 , 其檢測頻帶已達甚高頻 (VHF)范圍 ,測量頻率達 30MHz。射頻檢測法使用方便 ,檢測系統不會(huì )影響變壓器的運行方式。超寬頻帶(UWB)局部放電檢測技術(shù) (上限頻率可達GHz)具有測量頻帶寬、信息量大等優(yōu)點(diǎn),可以較全面地研究局部放電的特性。利用傳感器監測變壓器中性點(diǎn)處或傳感器直接在變壓器內部截取變壓器局部放電輻射產(chǎn)生的電磁波信號 ,截取頻率可達到 30MHz,常用的傳感器主要有羅可夫斯基線(xiàn)圈、電容器傳感器和射頻傳感器。相對于超聲波法 , 射頻檢測法大大提高了測量頻率 , 而且不受變壓器運行方式改變的影響 , 但對于三相分體電力變壓器來(lái)說(shuō) , 得到的射頻信號是三相局部放電信號的總和 , 無(wú)法進(jìn)行分辨 , 且脈沖電磁波信號在傳遞過(guò)程中易衰減損耗 , 特別是在變壓器中性點(diǎn)處截取的電磁波信號衰減很快 , 得到的頻率分量很低 , 而放在變壓器內部傳感器截取的局部放電產(chǎn)生的電磁波衰減相對較少。
4氣相色譜法
這是一種基于油中氣體成分分析(DGA)的化學(xué)檢測方法。變壓器中發(fā)生的局部放電將導致各種絕緣材料發(fā)生分解破壞 , 產(chǎn)生新的生成物 , 通過(guò)檢測各種氣體生成物的組成和濃度 ,可以判斷局部放電的狀態(tài)。目前 , 該方法廣泛應用于變壓器故障類(lèi)型和故障程度的診斷 ,IEC為此制定了三比值法的推薦標準。氣相色譜法的優(yōu)點(diǎn)是不受外界電磁干擾影響 ,準確度較高 , 且對早期潛伏性故障較靈敏 , 但不能反映突發(fā)性故障。
5光測法
在變壓器油中 , 放電產(chǎn)生脈沖電流的同時(shí)伴生發(fā)光、發(fā)熱現象。光測法是利用光電探測器監測局部放電產(chǎn)生的光輻射信號 , 將截取的光輻射信號轉化為電信號經(jīng)放大處理送到監測系統。通常放電產(chǎn)生的光輻射信號波長(cháng)500mm～700mm之間。光測法不受強電磁環(huán)境的干擾 , 但測量設備復雜昂貴 , 測量靈敏度較低。
6化學(xué)法
化學(xué)法通過(guò)分析變壓器油分解產(chǎn)生的各種氣體的組成和濃度來(lái)確定故障 ( 局部放電、過(guò)熱等 )狀態(tài) , 例如當變壓器內部局部放電時(shí) , 變壓器油分解的特征氣體成分主要是 H2、CH4、C2H2、CO[5]?；瘜W(xué)法檢測變壓器內部局部放電的缺點(diǎn) : 一是油氣分離時(shí)間較長(cháng) , 很難發(fā)現突發(fā)性的局部放電 ; 二是化學(xué)法只能定性的分析變壓器內部局部放電 , 無(wú)法對放電位置進(jìn)行定位。
7UHF 法
這是目前局部放電檢測的一種新方法 , 該方法通過(guò)天線(xiàn)傳感器接收局部放電過(guò)程輻射的 UHF電磁波 ,實(shí)現局部放電的檢測。在 20世紀 80年代末 ,UHF法測量局部放電首先應用在GIS設備中。該技術(shù)的特點(diǎn)在于 :檢測頻段較高 ,可以有效地避開(kāi)常規局部放電測量中的電暈、開(kāi)關(guān)操作等多種電氣干擾 ; 檢測頻帶寬 , 所以其檢測靈敏度很高 ; 而且可識別故障類(lèi)型和進(jìn)行定位。UHF檢測的特點(diǎn)使其在局部放電檢測領(lǐng)域具有其他方法無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn) , 因而在近年來(lái)得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應用。
變壓器油/隔板結構的絕緣強度比較高 , 理論上其局部放電能夠激發(fā)出很高頻率 的 電 磁 波 , 最 高 可 達 數 G H z 。1 9 9 6 年Rutgers首先將UHF技術(shù)應用于變壓器的局部放電測量。他們在實(shí)驗室中檢測到了幾種缺陷放電的 UHF信號 ,研制了 300MHz～1200MHz的UHF天線(xiàn)并通過(guò)放油閥將其用于實(shí)際變壓器中 ,其檢測靈敏度可達10pC。
英國Strathclyde大學(xué)的Judd等人在GIS特高頻檢測研究的基礎上 , 也對變壓器局部放電 UHF檢測進(jìn)行了研究。他們以盤(pán)式電容作為傳感器并通過(guò)在變壓器箱體頂部開(kāi)介質(zhì)窗的方式安裝 , 傳感器耦合的局放信號送入頻譜分析儀 ,選取最優(yōu)頻率后 ,使用頻譜儀的 POW模式進(jìn)行分析。法國 ALSTOM 輸配電研究中心的 K.Raja等人在實(shí)驗室內研究了各種典型局部放電模型的 UHF特性,通過(guò)頻譜儀的Zero Span方式檢測,并據此建立了模式識別方法。此外Raja等人在真實(shí)變壓器模型上實(shí)驗證實(shí)了 UHF方法的靈敏度遠高于超聲法 , 且基本不受紙板等絕緣物的影響。
在國內 , 變壓器的局部放電 UHF檢測方面也作了許多工作 , 特別是西安交通大學(xué)李彥明等人基于混頻技術(shù)建立了頻帶可調的窄帶檢測系統 , 通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )方法實(shí)現了局部放電類(lèi)型的自動(dòng)識別。華北電力大學(xué)李成榕等人則采用檢波技術(shù)對原始UHF信號進(jìn)行調理 ,并研制了基于檢波技術(shù)的電力變壓器在線(xiàn)監測裝置。該裝置已經(jīng)于2003年10月底通過(guò)變壓器事故放油閥在河南某 220kV主變上進(jìn)行了在線(xiàn)安裝和運行 ,并成功地檢測到局部放電信號。之后又發(fā)明了 UHF人孔、手孔等傳感器安裝方式 , 在將該技術(shù)實(shí)用化方面做出了一些成績(jì)。清華大學(xué)則試圖通過(guò)在變壓器內部引出線(xiàn)的附近安置 UHF天線(xiàn)的方法來(lái)測量變壓器的內部放電 , 在實(shí)驗室內和現場(chǎng)都進(jìn)行了探索。