变压器绕组的局部放电定位研究_罗旖旎

试

验

研

究

变压器绕组的局部放电定位研究

罗旖旎1，黄超2

（1．长沙电力职业技术学院，湖南长沙410000；2．长沙理工大学电气与信息工程学院，

湖南长沙410076）

摘要：通过ATP－Draw建立了变压器单绕组模型，模拟了局部放电脉冲在绕组中的传播过程，并介绍了基于分段绕组传递函数的局部放电定位方法。

关键词：变压器；绕组；局部放电；传递函数

中图分类号：TM406文献标识码：B文章编号：1001－8425（2009）03－0043－04 Research on Partial Discharge Location in Transformer Winding

LUO Yi－ni1,HUANG Chao2

（1．Changsha Vocational＆Technical College of Electricity,Changsha410000,China;

2．Changsha University of Science＆Technology,Changsha410076,China）Abstract：The model of single phase transformer winding is established by ATP－Draw．The propagation process of partial discharge pulses along the windings is simulated．The method of partial discharge location based on the theory of sectional winding transfer functions is introduced．

Key words：Transformer；Winding；Partial discharge；Transfer function

1引言

变压器的绝缘状况是影响电力系统安全稳定运行的重要因素，而变压器内部产生的局部放电又是导致绝缘劣化的重要原因，因此，局部放电监测对于变压器的安全运行来说是十分必要的。

笔者通过ATP－Draw建立单绕组模型，模拟了局部放电脉冲的传播，分析了局部放电脉冲的传播特性，如信号能量和幅值衰减、波形畸变和延时等。通过MATLAB程序计算了这些特性与变压器绕组和绝缘结构、脉冲传播的路径和距离存在的关系，并在此基础上进行了研究分析，介绍了基于分段传递函数这一电气定位方法，实现了对变压器单个点局部放电的精确定位。

2仿真分析

随着计算机技术的发展，仿真受到了更多学者们的青睐。由于许多试验是破坏性的、不可逆转的或者是根本无法模拟的，因此无法在现实中进行，而仿真则弥补了这些缺陷。它具有灵活、适应

性强、经济、省时而且能重复进行的特点。为了对变压器局部放电源进行电气定位，需要了解在不同位置发生的放电脉冲沿绕组传播至测量点的变化规律，探求放电位置不同时脉冲传播的差异，利用ATP－Draw仿真软件结合MATLAB能很好地对此进行研究。

2．1建立单绕组模型

变压器绕组实质上是由类似均匀传输线的导线绕制而成，传播局部放电信号的变压器绕组可认为是一个分布参数网络。在ATP－Draw中变压器单绕组模型如图1所示，其中R、L、C、K分别是绕组单位长度的电阻、主电感、对地电容和纵向电容。从图1中可见，该模型由N个相同结构的段落组成，并在

0123N－1

N－2N R L

K C

y1

y2 x x

图1变压器绕组模型

Fig．1Model of transformer winding

第46卷第3期

2009年3月TRANSFORMER Vol．46

March

No．3

2009

第46

卷

电路单元段落连接的节点处编号。模型在一定程度上能反映出变压器绕组在一定频率范围的特性。

绕组模型两端分别表示高压套管末屏接地和中性点接地，上面均接有检测电阻。当变压器内部发生局部放电时，放电脉冲沿绕组传播到达测量端，从两端的检测电阻上可以得到放电脉冲信号，该放电脉冲包含了丰富的放电特性和局放定位所需的有用信息，通过对放电脉冲进行分析，可以确定局部放电源的位置。

2．2分段传递函数法

对于模拟绕组中发生单个局部放电源放电的

情况，可以把图1简化为图2来说明。

根据分段传递函数法，把绕组模型分为N 节，那么有（N －1）个节点处可能发生局部放电，假设局部放电发生在K 号节点处，把放电点到两端的传播路径分别看成两个系统，根据信号与系统，检测到的输出信号为输入信号与系统传递函数的卷积。

y 1（t ）＝x （t ）·h 0（t ）·h 0（t ）…h 00000000

K （t ）y 2（t ）＝x （t ）·h 0（t ）·h 0（t ）…h 00000000

（N－K ）（t ω

0ω

ω

）（1）

由于仿真中每个段落的元件及参数都是相同的，其中h 0（t ）表示每段结构的传递函数的时域形式。利用MATLAB 进行快速傅里叶变换（FFT ），把输出信号y 1（t ）和y 2（t ）转换到频域范围后，可得：

Y 1（j ω）＝X （j ω）·H 0（j ω）·H 0（j ω）…H 0（j ω）＝X （j ω）·H K

0（j ω）Y 2（j ω）＝X （j ω）·H 0（j ω）·H 0（j ω）…H 0（j ω）＝X （j ω）·H N －K 0（j ωω

00

ω

ω

）（2）同样，H 0（j ω）表示每段结构的传递函数的频域形式，也称之为基本传递函数。对两端采集到的输出信号进行如下计算：

H （j ω）＝Y 2（j ω）Y 1（j ω）

＝

H 0N－K （j ω）H 0K

（j ω）

＝

H 0

N －2K

（j ω）＝H 0（j ω）

N －2K

（3）

式（3）中排除了局部放电源这一输入信号的因素，使得H （j ω）仅仅取决于基本传递函数

H 0（j ω）的（N －2K ）次方，其中N 是可以在仿真中设

置的参数，而且H 0（j ω）曲线可以由输出曲线计算得出，所以局部放电源不同的位置参数K 成为影响

H （j ω）曲线的重要因素。因此，可以根据计算得到H （j ω）的不同来定位局部放电源的具体位置K 。其中变压器绕组的单位段落如图3所示。

根据图3可以得出基本传递函数如下：

H 0（j ω）＝U 0U i

＝

1j ωC

1j ωC ＋

（R ＋j ωL ）·1j ωK （R ＋j ωL ）＋1

j ωK

＝1＋j ωRK －ω2LK

1＋j ωR （K＋C ）－ω2L （K＋C ）

有：H （j ω）＝H 0（j ω）

N －2K

3单点定位的仿真算例

绕组在15节～25节内最能代表实际变压器的绕组特性，在单个局部放电点的ATP－Draw 仿真中，设置变压器绕组模型为N ＝20节，为电路单元的节点编号从1号～19号。ATP －Draw 中HEIDLER －

Surge function 函数用来模拟局部放电电源，即在图2的变压器绕组某段注入双指数电流脉冲模拟局部

放电源，其波形如图4所示。上升时间为0．002ms ，下降到峰值30％的时间为0．06ms 。设置绕组模型中的元件参数为：L ＝220mH 、C ＝2500pF 、K ＝450pF 、R ＝

10Ω。

在此算例中设置单个局部放电源x （t ）位于在9号节点处时，从两端的检测电阻上可以得到的输出曲线如图5所示。y 1（t ）电流曲线在0．047ms 出现起始电压，0．259ms 到达第一个电流峰值，为0．4822A 。

y 2（t ）电流曲线在0．133ms 出现起始电压，0．309ms 到达第一个电流峰值，为0．4675A 。可以看出，局部放

电在传播中信号幅值发生了衰减、波形严重畸变并伴随着时延等现象。随着局部放电点距离两端检测

1

2

K

N －3

N －2N －1

y 2（t ）

y 1（t ）

x （t ）

图2简化的变压器绕组模型

Fig．2Simplified model of transformer winding

R

L

K

C

U o U i

＋－

＋－

图3变压器绕组的单位段落

Fig．3Unit section of transformer winding

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