变压器局部放电在线监测系统

变压器局部放电在线监测系统
一、市面上的变压器局部放电在线监测技术介绍
1. 油中气体色谱分析法
它是基于油中气体成分分析(DGA)的化学检测方法。

变压器采用油纸绝缘结构，当变压器油受到高电场能量作用时，即使温度较低，也会分解气体，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等，也可能生成碳的固体颗粒及碳氢聚合物。

检测油中气相色谱法可查出其所含上述气体组分的量值。

它的优点是不受外界电磁干扰影响，在变电站得到普遍应用，但它不能检测故障点的位置。

而且对于突发性故障不能反映出来。

2.超声波检测法
典型的超声波传感器的频带大多为50kHz～200 kHz。

将超声探头放置在变压器外壳的各个部位，获取从变压器局内部放电传出来的超声波信号，同时还要获取放电的电信号相配合计算出放电源的位置。

该方法的优点是不影响电气主设备的安全运行，并且受电磁干扰影响较小，缺点是放电源和超声探头之间的波阻抗异常复杂，超声波信号常常因为传播途径复杂、衰减严重而导致检测灵敏度很低。

3.UHF（特高频）法
这是目前变压器局部放电检测的一种新方法，通过天线传感器接收局部放电过程辐射的UHF 电磁波，实现局部放电的检测。

由于检测频段较高，可以有效地避开常规局部放电测量中的电晕、开关操作等多种电气干扰, UHF 法能否检测电力变压器局部放电的位置，仍然是一个科研课题。

其困难表现在：
（1）变压器结构复杂，局部放电产生的UHF电磁波在变压器内的传播特性尚不明了，特别是在铁心、绕组等障碍物对UHF 电磁波的衰减和畸变作用下最短光程原理的有效
性问题是定位可行与否的首要问题。

（2）UHF 信号时延精确测量是进行准确局部放电定位的关键所在。

由于电磁波在变压器中的传播速度极快，仅稍低于真空中的光速，因此其时延精确测量十分困难，采用
什么样的定位频带、时延测量应满足何种精度、如何达到这种测量精度等等都是UHF
法所必须解决的问题。

4. 变压器局部放电在线监测定位系统 (武汉利捷电子技术有限责任公司)
变压器局部放电在线监测定位系统是“电力变压器局部放电电气定位方法”专利技术在变电站运行变压器的应用扩展。

在变压器高压套管末屏及中性点安装高频电流传感器获取信号，采用专利技术“局部放电脉冲有效对”鉴别判据剔除干扰，检测出变压器内部局部放电量和故障点位置。

“电力变压器局部放电电气定位法”原理简介：它是基于下列原理：变压器在不同频率电压作用下其显示的阻抗特性是不同的。

变压器绕组在工频电压作用下的等值电路，可用线圈
的电感和电阻代替，可不计电容的影响。

当高频或冲击电压作用时，则必须考虑绕组间的电容及绕组对地电容的影响。

当频率进一步提高，则在铁芯、铁壳会产生铁磁作用（集膚效应、涡流），产生附加的电感及电阻。

常用的变压器等值电路，只考虑高压绕组的电感和电容即匝间电容，饼间、层间电容的电容（称串联电容）和绕组对地电容（称并联电容），忽略低压绕组互感作用，铁磁作用等。

可以通过变压器的特性实验找到一个频率段，在这个频段范围内，电感支路阻抗比电容支路阻抗大得多，因而电感支路可以不考虑。

而且，此频段的频率又不是特别的高，铁芯、铁壳的铁磁作用引起的附加电感及电阻还没有出现，此时变压器的等值电路可近似地看作纯电容性的链形电路。

这种纯电容性的链形电路，属于线性电路，当脉冲电流通过时，波形不会改变，也不会产生振荡，亦即在任何位置检测到的波形是一样的，只是幅值不同而已。

同样原理，在变压器绕组的首端、末端检测到的脉冲电流波形，也是相似的。

由此，它们的第一个峰值出现的时间是相同的。

二、“电力变压器局部放电电气定位法”在运行变压器的应用扩展
1. 局部放电传感器安装
变压器局部放电在线监测定位系统是前述的“变压器局部放电电气定位技术”在变电站运行变压器的应用扩展。

监测系统投运前，对被监测变压器进行一次试验，获取它的特征频率段及有关特征参数。

局部放电传感器按图1，图2为一般电力变压器局部放电传感器安装位置。

---在高压、中压绕组高压套管末屏安装局部放电传感器（1#、2#、3#、4#、5#、6# 传感器）。

---在中性点安装局部放电传感器（7#、4#【图2】）
---在铁芯安装局部放电传感器（8#、5#【图2】此传感器只作辅助观察用）
图1 500kV 自耦式变压器局部放电传感器安装
图2 110kV (220kV)双绕组变压器局部放电传感器安装
2.监测系统组成
●监测系统包括A/D采样系统、放大单元、多路模拟开关、传感器、变压器数据处
理软件包等。

●A/D卡分辨率为12bit，采样率1.25M/s~20M/s 。

●传感器为特殊设计，采用开口式，易于装在变压器各部位，不需要断开接地线就可
以装在中性点及铁芯接地线上。

传感器灵敏度为8~10μV/1μA。

●巡检周期可调，每次采集数据为工频5个周波的信号量，通过数据处理可得到放电量
放电位置、脉冲个数、脉冲最大值、脉冲峰值平均值等数据。

●3D图形显示变压器局部放电故障点位置。

3.信号处理流程
变压器局部放电在线监量定位时，需要采集每一绕组的首端及末端信号进行放大、滤波及数据处理，采用多路模拟开关可以依次对变电站多台变压器的每个绕组进行检测及定位。

对每一绕组信号处理流程如图3所示。

图3 变压器局部放电在线监测定位系统数据处理流程框图
4.结果显示（3D图形）
图4、图5、图6为营口某变电站1#主变220kV 局部放电定位图Q—视在放电量（坐标读数X 100pC）N---脉冲个数
L---绕组位置（0代表中性点，10代表高压套管位置）
图4 营口某变电站1#主变220kV A相局部放电定位图
图5 营口某变电站1#主变220kV B相局部放电定位图
图6 营口某变电站1#主变220kV C相局部放电定位图
从图4、图5、图6可以看出，所有放电发生在220kV 套管头部的电极上。

三、变压器局部放电在线监测定位系统监测故障实例
根据武汉利捷电子技术有限责任公司专利技术“电力变压器局部放电电气定位技术”扩展的“变压器局部放电在线监测定位系统”在多个电力系统变电站安装使用。

运行的变压器通常安装有变压器油气色谱在线监测装置，因此“变压器局部放电在线监测定位系统”与变压器油气色谱在线监测装置作为监测变压器绝缘状态的两种手段，相辅相成，有助于对运行变压器绝缘状况的监督。

下面是一些我们监测到的变压器故障。

2. 监测故障实例
（1）贵州某500kV变电站1# 500kV主变压器，型号：ABB AUTO TRASFORMER 525kV/230kV/35kV 运行中油气色谱监测有乙炔等组分。

●“变压器局部放电在线监测定位系统”监测结果
500kV B相：放电量3500pC，位置：从中性点起在绕组高度的0.7-1.0之间。

500kVC相：放电量4200pC，位置: 从中性点起在绕组高度的0.4-0.5之间。

●变压器吊罩检查结果
在B相500kV绕组外围的绝缘屏0.7-1.0处有放电杂物痕迹。

在C相500kV绕组外围的绝缘屏0.4-0.5处有明显放电痕迹。

下图显示检修前后局部放电3D示图对比。

500kV 绕组B-Bm 检修前（3500pC） 500kV绕组B-Bm 检修后(700pC)
500kV 绕组C-Cm 检修前（4200pC） 500kV绕组C-Cm 检修后(700pC) 【局部放电定位3D图示： N—Q—L图是在指定时间段，脉冲个数—电荷量—位置
之间关系）】
(2) 贵州某220kV变电站2#主变压器型号：SFPSZ7-90000/220 ，运行中由由武汉利捷电子技术有限责任公司的“变压器局部放电电气定位系统”查出A相高压端有放电，已由吊芯检查证实。

(3)四川某220kV变电站2#主变压器型号：SFPSZ7-120000/220，油样色谱分析有乙炔，武汉利捷电子技术有限责任公司“变压器局部放电电气定位系统”查出A相、B相、C 相220kV绕组离高压端部15%-20%有放电痕迹。

吊芯检查发现在三相220kV绕组与套管连接处，均有放电痕迹。

【此变压器为早期“薄绝缘”变压器，更换绝缘后运行恢复正常。

】
四、变压器局部放电在线监测方法比较。