变压器局部放电带电检测系统的应用
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第３３卷第６期 黑龙江电力 ２０１１年ｌ２月 变压器局部放电带电检测系统的应用 朱学成 ，高自伟 ，盛阿芳 ，张健 ，张洪达 ，李 童 （１．黑龙江省电力科学研究院，黑龙江哈尔滨１５００３０；２．哈尔滨第二电业局，黑龙江哈尔滨１５００１６）
摘要：针对电力系统变压器局部放电带电检测的现状，提出了一种新的局部放电带电检测系统，即采用脉冲电流 法、特高频法、超声法对变压器局部放电应进行综合带电检测。现场试验结果表明，该系统检测电力系统变压器局 部放电结果准确，不会影响设备的正常运行，提高了变压器局部放电带电检测的可靠性和灵敏度。 关键词：变压器；局部放电；脉冲电流法；特高频法；超声法 中图分类号：ＴＭ４０７ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００２—１６６３（２０１１）０６—０４７３—０２
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｐａｒｔｉａｌ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ＺＨＵ Ｘｕｅｃｈｅｎｇ ，ＧＡＯ Ｚｉｗｅｉ ，ＳＨＥＮＧ Ａｆａｎｇ ，ＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎ ，ＺＨＡＮＧ Ｈｏｎｇｄａ ，ＬＩ Ｔｏｎｇ （１．Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈａｒｂｉｎ １５００３０，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｈａｒｂｉｎ Ｎｏ．２ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｂｕｒｅａｕ，Ｈａｒｂｉｎ １５００７６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｒｔｉａｌ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｓｔａｔｕｓ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ｗｅ ｐｒｏｐｏｓｅ ａ ｎｅｗ ｐａｒｔｉａｌ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｃｈａｒｇｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｕｌｓｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ＵＨＦ ｍｅｔｈｏｄ，ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｐａｒｔｉａｌ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｌｉｖｅ．Ｆｉｅｌｄ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｔｅｃｔｓ ｐａｒｔｉａｌ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ａｃｃｕｒａｔｅ， ｄｏｅｓ ｎｏｔ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｎｏｒｍａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐａｒｔｉａｌ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ｐａｒｔｉａｌ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ；ｐｕｌｓｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ；ＵＨＦ ｍｅｔｈｏｄ；ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｍｅｔｈｏｄ
０ 引 言 变压器是电力系统的重要设备，其运行可靠性 直接关系到电力系统的安全与稳定。由于变压器 结构复杂，“超龄”（运行时间超过２５ ａ）变压器数量 普遍增长，局部放电过程产生了多种物理化学现 象，其中包括电荷的迁移、高频电磁辐射、超声振动 及介质分解反应等。因此，可以通过获得的这些现 象，识别变压器内部是否存在局部放电。目前，局 部放电检测方法很多，但各自都存在一些缺陷，所 以，为了弥补这些缺陷，笔者经过调研和对各检测 系统特点的分析，开发了一种新的局部放电带电检 测系统，即采用脉冲电流法、特高频法、超声法对变 压器局部放电应进行综合带电检测，以提高检测结 果准确性。 １局部放电检测方法 局部放电是电气设备绝缘结构中局部区域内 的放电现象，电气绝缘结构中若存在局部的电场较 强处或因制造工艺不完善、运行中有机物分解、绝 缘受机械力作用而发生开裂等原因，在绝缘中形成 缺陷，则在电气设备运行时绝缘中的这些部位就容 易击穿而发生局部放电。在金属（或半导体）电极 的尖锐边缘处或具有不同特性的绝缘层间，容易发 生局部放电。目前国内外对变压器局部放电带电 检测的方法有脉冲电流法、超声检测法、特高频检 测法、光测法、化学检测法、射频检测法、红外热像 法等。 １．１脉冲电流法 脉冲电流法是通过检测阻抗检测变压器套管 末屏接地线、外壳接地线、铁芯接地线中局部放电 引起的脉冲电流，即测得视在放电量。检测变压器 局部放电脉冲的电流传感器通常分为窄带和宽带 两种。窄带传感器频宽一般为１０ ｋＨｚ，中心频率为 ２０—３０ ｋＨｚ，具有灵敏度高、抗干扰能力强等优点， 但输出波形严重畸变；宽带传感器带宽为１００ ｋＨｚ，
收稿日期：２０１１—０９—１８ 作者简介：朱学成（１９６６一），男，１９８８年毕业于哈尔滨电工学院电机专业，高级工程师，从事高压电气设备试验、科研和管理工作。
－－－－——４７３－－－—— Ｖｏ１．３３ Ｎｏ．６ Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ 中心频率为２００～４００ ｋＨｚ，具有脉冲分辨率高等优 点，但信噪比较低。 当变压器内部发生局部放电时，放电所产生的 脉冲电流将流经绕组、各种屏蔽及铁心的接地回 路，通过检测这些回路中的脉冲放电电流即可判断 设备内部的放电情况。检测系统的脉冲电流传感 器采用钳式结构，能够直接卡在接地线上，所以无 需拆动被测设备的任何部件。 １．２特高频检测法 特高频检测法是通过特高频信号传感器接收 局部放电过程辐射的特高频电磁波，实现局部放电 的检测。在特高频范围（３００～３ ０００ ＭＨｚ）内提取 局部放电产生的电磁波信号，检测系统受外界干扰 影响小，提高变压器局部放电带电检测的可靠性和 灵敏度 。 电力变压器内部局部放电产生的ＵＨＦ信号能 够耦合到铁芯引出地线上，沿此地线传播到变压器 体外，在地线长度方向存在显著的幅值相位变化， 相距一段距离的两点间存在传输线电位差，测量此 传输线电位差。对铁芯引出地线和地线套管进行 屏蔽，并与设备金属外壳相连，构成封闭的屏蔽体 能有效抵抗外部空间的电磁干扰。此传感方法不 改变变压器结构，安装方便，传感灵敏，抗电磁干扰 能力强，适用于电力变压器局部放电带电检测。测 试接线如图１所示。 引出屏蔽截至 图１特高频检测法测试 １．３超声检测法 超声检测法是测量局部放电时产生的超声波 信号。用固定在变压器油箱壁上的超声传感器可 以接收到变压器内部局部放电产生的超声波，由此 来检测局部放电的大小及位置。通常采用的超声 传感器是压电传感器，选用频率范围为７０—１５０ ｋＨｚ，目的是避开铁芯的磁噪声和变压器的机械振 动噪声。 当发生局部放电时，放电区域分子相互产生剧 ．．．——４７４．．．—— 烈地撞击，形成一种压力。放电是由一连串的脉冲 形成，所以由放电产生的压力波应为脉冲式，从而 形成局部放电的声信号。放电超声探测是通过放 置在变压器箱体外的超声传感器，检测设备内部局 部放电产生的超声振动。信号通过空间介质传播， 不需拆动被测设备的任何部件。检测过程不会影 响设备的正常运行。
２局部放电现场带电检测 局部放电现场带电检测系统采用脉冲电流法、 特高频检测法和超声检测法，检测系统包括便携式 工业计算机、脉冲电流传感器和超声传感器。对 ２２０ ｋＶ变压器进行了现场局部放电带电检测，检测 的具体结果如图２一图５所示。
５０ ４０ 墨３０ 匣２０
ｌ０ ０
０ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １Ｏ１１ １２ １３ １４ １５１６ １７ １８ １９ ２Ｏ 时间／ｍＳ
图２脉冲电流法检测时域波形
趔 馨
ｌ０ ２０ ３０ ４０ ５Ｏ ６０ ７０ ８Ｏ ９０ １ＯＯ 时间
图３脉冲电流法检测的三维图谱
２ ０００ ｌ ５００ ｌ ０００ ５００ Ｏ
０ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０１１ １２ １３ ｌ４ ｌ５ｌ６ １７ １ ８ １９ ２０ 时问／ｍＳ
图４特高频法检测时域波形 （下转第４７７）
Ｏ Ｏ Ｏ ０ ０ ＯＯ ＯＯ ∞∞∞如 ∞∞卯∞ ，‘ｌ１ １１ ２ 暑、覃Ｊ罂一聪 一｜Ｉｕ 第３３卷第６期 黑龙江电力 ２０１１年ｌ２月 们可以通过潮流计算得到各个合环点在不同运行 方式下的允许合环功角，可以采用不同运行方式下 较小的计算值，这比采用一个固定的３０。要合理一 些，并且不会失去大量的合环机会。 ４ 同期并网采取的对策 通过上述分析可知，传统的检同期概念对于两 种不同形式的并网已经不合时宜了，因此在断路器 的操作回路中不能再简单的利用同期继电器来闭 锁合环操作了。考虑到现有变电站的硬件装置和 系统管理模式，采取更新同期装置和继电保护及测 控装置和加快调控一体化技术支持系统，完善调控 一体管理制度等措施，使电网调度运行控制适应电 网快速发展的要求 ｊ。 ａ．积极研究主网调控一体化工作，拓展调度工 作职责，整合电网调度、设备运行集控功能，实现变 电运行工作由有人、多人值班模式和集控模式层面 向调控层面的升级和转化。 调度运行工作应充分利用先进的技术手段，充 分发挥现有潮流计算和稳态计算的作用，拓宽潮流 计算的使用范围，计算出不同运行方式下合环点的 允许合环的功角，并把该功角应用到同期合闸回路 的设计当中。 ｂ．在完善同期合闸回路二次接线和自动装置 设计的基础上，制造厂家应加大产品研制力度，生 产出具备适应不同形式同期并网方式的继电保护 和自动装置 。 线路的自动同期除了能够适应不同形式的同 期方式，实时测量合环点功角值，在不同系统运行 方式下修改闭锁角定值的功能外，还必须具备向调 度部门上传各种信息，及时地做出是否合环的决 定，以及在不满足合环条件时，调度管理人员能及 时调整潮流，以便为合环创造条件。
参考文献： ［１］潘书燕，程利军，刘维锋，等．同期功能应用于关于线路保护测 控单元［Ｊ］．电力自动化设备，２００５，２５（１２）：７３—７６． ［２］ 李继晟，郑蔚，叶艳军．一种新型的综合测控装置中同期功能 的设计实现［Ｊ］．继电器，２００５，３３（５）：５６—５８，６２． ［３］彭晓涛，王少荣，程时杰．高性能微机自动准同期装置（Ｊ］．电 力系统自动化，２００２，２６（９）：７５—７７． ［４］ 周斌，鲁国刚．具有检同期合闸功能的变电站测控装置［Ｊ］．电 力自动化设备，２００４，２４（１）：９１—９３． ［５］郭建，周斌．新型微机自动准同期装置设计［Ｊ］．电力自动化设 备，２００５，２５（８）：７７—８１． （责任编辑郭金光）
（上接第４７４页） 蹊 匪
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图５特高频法检测的三维图谱 图２和图３是脉冲电流法测量的波形和图谱， 没有明显的时域特性。图４和图５是特高频法测量 的波形和图谱，具有明显时域特性，峰值为４０～６０
ｍＶ。从图２一图５可以看出，采用脉冲电流法和特 高频法测量没有发现异常，超声检测局部放电量为 １Ｏ一３０ ｐｃ，没有发现异常。
