变压器局部放电的在线监测

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压幅值为 U 2CxUR ,U为系统运行电压。 此时,相当于在Cx上注入了电荷 Qa U Cx
优点:与国标规定的离线标定法相比偏差在6% 以内。
缺点:需要更改设备接地运行方式,现场实现有困难。
第二节 变压器局部放电的在线监测 五、放电量的在线标定
脉冲电荷耦合法
第二节 变压器局部放电的在线监测 五、放电量的在线标定
第二节 变压器局部放电的在线监测 四、监测灵敏度和抗干扰技术
局部放电抗干扰技术
选择合适的检测频带,以避开现场的主要干扰频带。对固定式系 统可在现场实测调试确定,检测系统本身可设置多个检测频带。
差动平衡系统-抑制共模干扰。 脉冲极性鉴别。 平均技术。常用于声测法的抗干扰。 数字滤波技术,自适应数字滤波技术。
第七章 变压器局部放电的在线监测
一、概述
变压器局部放电的在线监测方法
电测法
脉冲电流法
非电测法
声测法
第七章 变压器局部放电的在线监测 一、概述
变压器局部放电的在线监测方法-电测法
电测法是利用局部放电所产生的脉冲信号,即测量因放电时 电荷变化所引起的脉冲电流,故称脉冲电流法。是离线条件 下测量电气设备局部放电的基本方法;在线监测局部放电的 主要手段。
脉冲电流法信号检测
高频电流互感器型脉冲电流传感器
在线监测时由于电流传感器安装位置的不同,工频电流大小不等,要 求传感器有较强的抗工频磁饱和能力。由于铁淦氧对工频电流不灵敏, 铁芯材料多用铁淦氧,其最高监测频率一般为500kHz;主要采用窄带 谐振型(几十~几百千赫)或宽带型(几十千赫~几十兆赫)电流传感器。
放电发生在油浸固体材料中的气隙或油中气隙,由于声波的衰减 或被反射,即使放电量大于l000pC也不定能检测出来。
由于变压器较复杂的绝缘结构,声检测局部放电的灵敏度不高。
声发射传感器后往往紧接有放大滤波装置,对声发射传感器信号 进行预处理。
第二节 变压器局部放电的在线监测 二、局部放电信号的检测
监测信号的A/D转换
对于70~180kHz的被测局部放电信号应采用高速采样系统。一般 采样频率应为信号频率的10倍以上,即700~1000kHz。
第二节 变压器局部放电的在线监测 三、局部放电信号的传输
电缆模拟信号传送
一根信号电缆传送一通道信号;多通道信号需多根电缆或采用多 芯电缆传送。
第二节 变压器局部放电的在线监测 四、监测灵敏度和抗干扰技术
干扰来源分析
干扰的传播途径
从监测系统的工频电源进入,故监测系统电源宜由隔离变压器加 上低通滤波器供电以抑制干扰。
通过电磁耦合进入监测系统,故监测系统包括联线应很好地屏蔽。 利用光电光纤系统传输信号也可减少干扰。
通过这个干扰通道,需采取其它技术措施。
第二步是识别过程,对于未知的放电类型,在获取数据和提取 特征后,依据同样的规则与已存在的特征库在限定条件下进行 匹配,从而判断出放电的类型。
第二节 变压器局部放电的在线监测 七、放电模式的识别
模式识别的重点是特征提取(即放电指纹的提取)和特征空间划 分(即识别算法的选择),划分的方法有最小距离分类法、神经 元网络法、结构匹配法、模糊分类、隐式马尔可夫模型等,目 前常用的是前两种。
实验室定位精度为:5~10cm,应用较为普遍。
六、放电量的定位
U L
KCchx CN shx
U N KCch l x CL sh l x
KC chx shx
IL
CN
I N KC chl x shl x
第二节 变压器局部放电的在线监测 六、放电量的定位
声-电联合定位
球面定位法 电信号从放电源传至传感器可认为没有时延,可以电 信号作为参考基准,声信号到达不同位置的声发射传感器时存在不 同的时廷Δ t。利用Δ t和声传播的速度求解一组声发射传播距离和 时差的球面方程,可求出放电源位置。
特点是简单、直观,运用电信号可确定局放的视在放电量,但由于 电磁干扰的影响,有时会难于确定电信号出现的时刻而影响时延和 定位的准确性。
目前主要用于离线故障定位,可确定放电量。
声信号定位
利用四路或更多路声信号进行双曲面定位法。以一路声信号为基准 触发其余通道,测定同一声信号传播到其余各传感器时与基准的时 间差Δ t,将这组Δ t带入满足声发射阵列几何关系的一组双曲面方 程求解,即可求出放电源位置。
特点是不必使用电流传感器,抗电磁干扰能力较强,但不能确定放 电量。
特点:灵敏度高、放电量可以标定
缺点:由于现场严重的电磁干扰将大大降低监测灵敏度和信 噪比。
第二节 变压器局部放电的在线监测 一、概述
变压器局部放电的在线监测方法-非电测法
声测法是利用局部放电时发出的声波来进行测量,常和脉冲 电流法配合使用,是局部放电的重要监测手段。
特点:基本上不受现场电磁干扰的影响,信噪比高,可以硬 定放电源的位置。
模式识别的过程实际上是信息压缩的过程,—般包括学习和 识别两个过程。
第二节 变压器局部放电的在线监测 七、放电模式的识别
第一步是学习过程,首先从变压器提取有典型意义的几种放电 模型,通过试验,获得局部放电数据,包括放电图象或数据采 集结果,从这些所获得的数据中提取特征,包括时域特征或统 计特征。根据这些特征构成特征空间,利用某种算法依据一定 规则,将特征空间根据不同的放电模型进行划分,从而形成特 征库。
数字信号传送
串行方式。RS422A,可传1200m,速率达10Mbps;RS232,可传15m。 并行方式。采样为n位,则需n芯电缆。传送速率高,可靠性较低。
光纤信号传送
以无源RS232C光端机组成的光电光纤数字传输系统串行传送。结 构简单,性能可靠。
第二节 变压器局部放电的在线监测 四、监测灵敏度和抗干扰技术
第二节 变压器局部放电的在线监测 五、放电量的在线标定
阻抗法
在停电时,将待测设备的接地解开,并接入R,K。
在带电运行中测定。如果试品Cx发生局部放电, Cx两端瞬时电压为△U,则Cx的视在放电量
Qa U Cx
靠R上的快速开关K的开闭,R《1/ω Cx,若开关 在电容电流的幅值处打开,则R上建立的脉冲电
根据局部放电声波的主频率范围和避开噪声的频谱,即可确定用以 检测声波的声发射传感器的检测频带大致在70~180kHz间。
第二节 变压器局部放电的在线监测 二、局部放电信号的检测
声测法信号检测
声波的传播
局部放电产生的声波可以看成点声源,以球面波形式向四外传播, 在变压器油中只能传播纵波(纵波的介质质点振动方向与声波的传 播方向是一致的)
局部放电由一连串脉冲形成,由此产生的声波也是由脉冲形成。频 谱为10~107Hz数量级范围。
研究表明局部放电声波的主频率范围30~180kHz。变压器的噪声: 巴克豪森噪声的频率在20kHz以内;磁声发射的频率分布在20~ 65kHz;机械振动,风扇振动等频率一般都在数千赫芝以内;武汉 高压研究所的研究认为变压器的噪声频率低于15kHz,电抗器的噪 声则低于40kHz。
CL
UL,IL — 变压器产生局部放电时 首端响应电压、电流值; UN,IN — 变压器产生局部放电时 末端响应电压、电流值; x —变压器局部放电位置; CL,CN — 变压器首、两端外接电容; C,K — 变压器总的对地电容、纵向 电容。
C K
第二节 变压器局部放电的在线监测 七、放电模式的识别
多检测传感器的目的
多方法测量局部放电,以便判断放电部位
各绕组放电量均需测量
抑制现场干扰需要有两个或更多信号比较,如:极性鉴别系统
第二节 变压器局部放电的在线监测 二、局部放电信号的检测
声测法信号检测
局部放电声波的检测频率
声波是一种机械振动波,它是当发生局部放电时,在放电区域中分 子间产生剧烈的撞击,这种撞击在宏观上产生了一种压力所引成。
干扰的来源
连续周期性干扰(广播、电力载波通信、
周期性干 扰信号
高频保护信号、谐波、工频干扰等)
脉冲型周期性干扰(可控硅整流设备在 可控硅开闭时产生的脉冲干扰信号、旋
干扰
转电机电刷和滑环间的电弧等)
脉冲型干扰(高压输电线的电晕放电,相邻电气设备
内部放电,雷电,开关、继电器的断、合,电焊操作
等无规律的随机性干扰)
第二节 变压器局部放电的在线监测 二、局部放电信号的检测
声测法信号检测
声波的传播
变压器内局部放电发出的声波在同一媒质中传播也会衰减。 衰减的大小与声波频率有关,频率越高衰减越大。
声波经传播到达传感器需要时间,电信号到达电流传感器几乎不需 要时间,则电流和声传感器同时检测局部放电时,声信号将迟后于 电信号△t,这个时延可用来确定放电源的位置。
脉冲电荷耦合法
在停电时,先按(a)图,用国标规定的离线标定方法(脉冲电荷
注入法),注入电荷 Q0 U0C0 ,此时CT上的输出为UD
设备带电运行时,用CT’耦合,注入电荷 Q0' U0' C0',使CT上的输
出仍为UD,有校正系数
K

U
0C0
U 0' C0'
运行中等效的电荷注入量为 U0 KU 0' C0'
实现稍微复杂,校正系数K不容易得到,与离线标定相比偏差在 12%左右。
此法注入的脉冲波形和国标规定的离线下注入的波形不同,这 将影响标定的准确度。
第二节 变压器局部放电的在线监测 五、放电量的在线标定
套管末屏注入法
校准脉冲的放电量为
Q0 U0CB1
监测系统测量值H,则系 统的灵敏度为H/Q0
局部放电在线监测灵敏度要求
在线监测局部放电的灵敏度是指在线条件下监测系统能够测到或 辫识的最小放电量。从实际使用情况考虑,监测系统应能达到测 出危险放电量的灵敏度。
根据国内外运行经验,电力变压器的局部放电量在数千皮库时仍 可继续安全运行,当达到10000pC及以上时则应引起严重注意,此 时绝缘可能存在明显的损伤。
从能监测出设备最小的危险放电量考虑,在线监测的灵敏度至少 应在数千皮库,例如4000~6000pC。
变电站的干扰水平可达到数万甚至百万皮库。例如500kV线路电晕 的干扰水平可能达到l~4Xl04pC。
第二节 变压器局部放电的在线监测 四、监测灵敏度和抗干扰技术
干扰来源分析
变电站的干扰水平可达到数万甚至百万皮库。例如500kV线路电晕 的干扰水平可能达到l~4Xl04pC。
第二节 变压器局部放电的在线监测 二、局部放电信号的检测
声测法信号检测
声测法的灵敏度
声发射传感器的关键元件是锆钛酸铅压电晶体,将声波转换成一 定频率的电信号。选择原则是希望灵敏度大,以每个帕的声压产 生的电压毫伏来表示,即μ V/Pa。
局放在液体材料中产生声波的声压较大,例如油中比空气中声压 约大2-万倍,故用声测法检测变压油中的局放是较灵敏的。
声波在不同媒质中的传播速度不同。
第二节 变压器局部放电的在线监测 二、局部放电信号的检测
声测法信号检测
声波的传播
检测用声传感器安装在变压器外壳上,在传感器与变压器外壳之间 涂上一层凡士林,以消除其间存在的空气隙,改善声阻抗的匹配。
当声波从一种媒质传播到另气媒质时,由于声特性阻抗不匹配因反 射造成很大的界面衰减,衰减大小可用反射系数R来表示。反射系 数R越小,检测灵敏度越大。
图中去掉D、L、K、CB2后就是典型的离线标定方法。 优点:简单、适用,常用于实际的在线校准。 缺点:L和CB2的加入,加重了方波发生器的负载,引起方波波
形改变,与离线相比,误差较大,约10~20%
第二节 变压器局部放电的在线监测 六、放电量的定位
电信号定位
将变压器的绕组分成若干段,通过与中性点信号的同步采样,确定 其与套管首端检测信号的时间差Δ t,由此可大致将故障点定位在某 个区域。
缺点:灵敏度低且不能确定放电量。
第二节 变压器局部放电的在线监测 一、概述
变压器局部放电在线监测系统原理框图
传 感 器
::
通 道 选 择



据 信号传输 工








第二节 变压器局部放电的在线监测 一、概述
变压器局部放电在线监测传感器安装示意图
第二节 变压器局部放电的在线监测 二、局部放电信号的检测
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