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电力变压器局部放电检测与诊断方法评述

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发表时间:2015-10-27 14:37

对局部放电进行检测,具有丈量频率高频带宽信息量大等优点,可以较全面地研究局部放电的本征特征,是基于超高频基础上的检测频带的拓宽,检测频率可达数GHZ,实质是种超宽频带的UHF检测法。近年来对于局部放电进行超宽频带研究处于探索阶段,需要研究解决的技术关键包括局部放电UWB传感器技术超宽频局部放电信号的实时收罗技术和噪声干扰抑制技术等。

  1.2局部放电的非电测法局部放电的非电测法中应用最广的是化学检测法。局部放电化学检测是通过检测局部放电导致周围绝缘质料分解气体的接受不接受水平对变压器电能量是紧密相关的17,放电产生的气体主要包括孔,14,22,2等。离线化学检电力变压器局部放电检测与诊断方法评述律方成,刘云鹏,李燕青华北电力大学电力工程系,河北保定071003局部放电定位和放电模式识别的研究现状。对目前存在的上要问进行总结以及对未来的发展进行展望。

  电力变压器是电力系统的重要设备之,它的可靠运行对电力系统的安全经济行有重大意义。电力变压器运行的可靠性主要取决户其绝缘状况,而造成变压器绝缘老化和破坏的主要原因之是局部放电,所以变压器局部放电的检测对电力系统的可靠性和经济性具有很高的理论和实用价值。

  现状,并对未来发展进行展望。

  1局部放电的检测方法21变压器局部放电时伴有电脉冲电磁辐射声光局部发热以及放电导致绝缘质料分解出气体等现象,通过这些现象可以检测局部放电。通常将检测方法分为电测法和非电测法。

  1.1局部放电的电测法变压器局部放电定量检测主要接纳的是电信号检测技术,包括脉冲电流法超高频检测法和超宽频检测法等。

  目前应用广泛的是脉冲电流法,主要在变压器中性点外壳接地线或套管末屏接地线串入罗果夫斯基线圈3尺0界出,或用个与变压器高压套管抽头连接的检测阻抗来检测。

  随着传感器技术数据收罗技术等的不断发展,局部放电的检测向超高频和超宽频方向发展。

  超高频局部放电检测法是通过接收变压器内部放电所产生的超高频电信号,实现局部放电的检测。研究明,变压器局部放电的脉冲上升沿的时间基本为2耶,发射的电磁波中高频分量十分丰富,通过接收该高频分量是可以实现变压器局部放电检测信号主要有两种方式天线法4和电容耦合法5采样频率可分别达到1.20和1.5,12.其优点是可以对现场局部放电检测的干扰进行有效的抑制,但由于电力变压器内部绝缘结构的复杂性,电磁波在传播过程中会发生多次折反射和衰减,同时变压器箱壁的屏蔽作用也给局部放电的传播带来不利的影响,这就大大地增加了变压器局部放电超高频检测法的难度。

  超宽频带6山1加评48,0界8局部放电检测技术是在足够宽的频率范围内测方法,即实验室油色谱分析发展己经成熟,积累了较多的故障诊断经验,但分析过程相对比较复杂,分析周期较长。化学方法的在线检测正逐步应用推广叭包括变压器油色谱在线检测变压器油氢气浓度在线检测变压器油中乙炔在线检测等,它们可以反映不同气体的动态特性,具有更好的展现变压器内部变化的潜能,但是这个知识体系是随现场经验的增多而逐渐积累起来的,是需要时间精力资金和创造力的。化学检测是种定性检测法,不能检测放电量,对发现缓慢性的早期潜伏性故障较灵敏,不能反映突发性的故障,如围屏放电主绝缘放电这类对变压器绝缘造成极大危害的流柱型放电。

  电力变压器局部放电超声检测也有很好的应用前景。在电力变压器内部发生局部放电时,会伴随有超声波能量的放出,超声波在不同介质油纸隔板绕组油等中向外传播,到达固定在变压器油箱壁上的超声波传感器。根据由超声波传感器探测到的超声信号进行局部放电的判断分析称为超声检测法9.其优点是方面不影响电气主设备的安全运行,另方面不会受电磁干扰。缺点是放电源和超声探头之间的超声波阻抗是非常复杂的,超声信号经常因为多种因素影响而失真,例如传播途径频率速度相关特性以及不同介质中的传播衰减等。典型的超声波传感器的频带大约为50让2光纤技术已经应用在局部放电的超声探测上1.其优点是仅接收由油中直接路径传播径造成的影响。丈量原理是当局部放电的超声信号传播到光纤上时会发生碰撞从而使光纤发生形变,紧接着导致光纤长度和折射系数发生变化。光波在光纤中传播时受到超声信号的相位调制,然后接纳合适的调制解调器把局部放电的信号提取出来1尽管在实验室里接纳光学技术对电气设备的局部放电和老化等做了许多有用的研究但该技术达到现场应用还有很大的距离。造成这种局限的主要原因有光学设备的造价高对电气设备的入侵性以及被检测的电气设备自身的原因。

  红外检测也被应用于电力变压器局部放电的检测131.红外检测是基于局部放电点的温度升高,利用红外探测仪的热成像原理实现热点丈量。但由于变压器结构和传热过程的复杂性,要利用红外成像方法直接检测位于变压器本体内部的局部放电是十分困难的。目前变压器红外检测针对变压器外部故障包括导体连接不良漏磁引起的箱体涡流冷却装置故障和变压器套管故障等是有效的。

  2局部放电检测的电磁干扰及抑制变压器局部放电的电测法可以直接反映变压器降低了检测的灵敏度,有时甚至使得丈量根本无法进行。有效地抑制电磁干扰是电力变压器局部放电检测技术中的关键之。

  局部放电检测干扰是多样的,按时域波形可分为周期性干扰脉冲型干扰和白噪声。周期性丁扰包括系统高次谐波载波通讯以及无线电通讯等;脉冲窀干扰分为周期脉冲型干扰和随机脉冲型丁扰,周期脉冲型干扰士要由电力电子器件动作产生高频涌流引起,随机脉冲型干扰包括高压输电线。

  动作产生放电以及接触不良产生的悬浮电位放电等;白噪声包括线圈的热噪声地网的噪声配电线路和变压器继电保护信号线中费合进入的各种噪声以及检测线路中半导体器件的噪声等。

  目前针对不同类型的干扰接纳相应的抑制方法。周期型干扰也称为窄带千扰,具有强度大,相位比较固定的特点。大多接纳频域方法处理惩罚,兰要包括,丁阀值滤波器适应滤波器固定系数滤波器理想多通带数字滤波器和陷波滤波器等。随机型干扰最难剔除,干扰和局部放电信号在频域有相似性,因而多在时域考虑,包括硬件电路法App波形识别法和人工智能法。与局部放电信号混杂在起的白噪声是均值为,的7稳随机信号,属宽带千扰信号,目前应用较多的是基于小波的滤波方法研究小波消噪的方法有小波变换局部模极大值法小波包消噪处理惩罚小波强制消噪法小波阈值消噪法和小波相关函数法等。

  总之对于电力变压器局部放电检测的电磁干扰现在还未找到普遍适应的抑制方法,每种措施仅对种或几种下扰有效。许多方法的有效性是在实验室或仿真情况下得到验证的,对现场的实际下扰抑制效果不明显。另外很多新方法是基于数字化处理惩罚的基础提出的,从数字信号处理惩罚的角度出发,高分辨率大容量的高速数据收罗系统还难以满足现场实际的要求。

  3变压器局部放电的定位12对于变沃器制造厂家和现场监护人员来说,在确定变压器内部存在局部放电后,快速准确地对局部放电进行定位,这对于迅速排除故障保障电力系统的正常运行具有重要意义。目前研究最多的是超声波定位和电气定位法。

  超卢波定位法原理是通过丈量超声波传播的时延来确定局放源的位置,分为电声定位和卢声定位。电声定位的关键参数是放电点至传感器之间声波的直接传播时间7,近似为电声信号的时间差,通常接纳形曲线法和球面法进行定位;声声定位的关键参数是放电点至两传感器之间声波传播的时间差通常接纳双曲面法进行定位。精确的局部放电超声波定位的误差在50胃以内22.

  另外可接纳模式识别法进行油浸变压器局部放电超声定位,把变压器分成若干个子模块,逐个求解变压器中每个子模块所对应的标准模式矢量和待定模置就可能是放屯点1231.

  当变压器发生局部放电时,电脉冲信号沿变压器绕组传播到丈量端,根据该信号中所包含的电气传播特性进行局部放电的定位。传统的电气方法有起始电压法多端丈量定位法极性法行波法电容分量法等。随着对变压器绕组传输特性的深入研究和数字化丈量技术的发展,两种新的定位方法,即改进电容分量法和端点电流脉冲频谱分析法得到了研究和应用。对于改进电容分量法而言,某拽变压器绕组如纠结式绕组在0.1范围内,可近似的等效为个容性梯形网络。当变压器内部某点发生局部放电时,该点作为放电源产生个陡脉冲向两端传播,传播规律满足电和电容为放电点到中性点的绕组长度;为变扭器绕组的总长度;=76分别为绕组单位长度的并联串联电容。根据方程1找到两个电容分量和绕组位置上的对应关系,就可以进行精确定位。该方法对66kV变压器绕组进行了局部放电模拟丈量,定位误差在5之内241.

  端点电流脉冲频谱分析法是根据变压器首末端丈量的电流脉冲信号随变玉器内部放电位置不同而在频谱上有较大差别进行定位的。2对连续饼式绕组84饼进行了局部放电模拟,用绕组的简化等效电路计算出放电注入点对应的通报函数,从而根据频谱分析确定放电点的位置251.电气定位法目前主要应用局部放电的不精确定位,现场实际的定位中还很少接纳电气定位的方法,需进步深入研究。

  4局部放电的模式识别局部放电的模式识别从其特征提取上分为两类统计分析法和时域分析法。统计分析法般基于传统的低频窄带局部放电丈量,是在相域空间上进行的,也是指针对局部放电的统计分布谱进行的。目前常的有基于维分布及2私少维分布的统计分析法频域分析法隐式马尔代夫模型法7,名,1分布法和处诎分布模型法等。近年来,分形理论在电树和象处理惩罚中得到乐成的应用,同时也被引入到局部放电的模式识别中,根据放电谱的分形维数,和空缺率构成特征向量实现局部放电的模式识别2627.分形方法的最大个特点是可以实现局部放电的数据谱压缩和特征参数提取在同步完成28.对于分形理论应用的关键的问在于如何证明局部放电明其具有自相似性或统计意义上的自相似性,需进步深入研究。另外小波分析也被应用到统计分析方法中,即应用小波方法基于维统计谱对多个放电进行分类,但仅对3种不同类型局部放电进行识别,正确率达883.

  时域分析法是针对高速收罗次放电产生的时域脉冲所得到的波形特征或相应的变换结果进行模展,超宽频带UWB丈量成为可能,将带动基于单次放电脉冲的模式识别的发展。文献31接纳小波变换提取油中单次放电脉冲的特征,进行了局部放电模式识别的实验。0前这方面的研究不多,而且提取的特征参数也比较简单,如脉冲上升时间50连续时间视在放电量等。

  到目前为止,局部放电的模式识别主要是针对电脉冲信号进行的,有少量的研究是关于超声信号信号转换到频域,利用幅频特性进行识别32.

  局部放电的模式识别向两方面发展方面是广度,除典型的放电模型如电极模型外,已经开始针对高压电气设备模型上的各种放电类型进行识别,最终目的实现实际运行设备中的局部放电识别;另方面是深度,对统计分析方法中,小波理论分形理论等现代新的数学工具得以应用,而且开始时域波形识别和考虑局部放电的随机性对识别的影响等。

  5存在的问和未来发展局部放电检测研究的最终目的是实现局部放电断提高,局部放电电信号检测将为电力变压器局部放电的实质和放电水平等提供较满意的分析判断,在将来将得到更广泛的应用。超声诊断主要用于局部放电的定位方面,电声结合诊断局部放电将有很广泛的应用前景。如果对于某个给定的系统,预先知道其内部局部放电的形式水平与放电导致的化学产物之间的内在关系,局部放电的化学诊断方法将更多地被应用。另外对于直接不直接的光学诊断系统会有很大的发展,光纤技术将逐步在局部放电中应用。但仍然有许多问需要解决。下面对存在的主要问进行了总结首先需要解决的是所检测的局部放电中各种信号参量与电气设备本身绝缘特性降低老化水平的关系问,这是实现变压器整体绝缘寿命评估和预测的最大挑战。没有深入地了解绝缘老化机理以及老化在电声化学以及光学参量上的作用,而去进行所谓的电声和化学方面的局部放电诊断都是不可靠的。

  外部噪声和电磁干扰对现场丈量的影响是直难以克服的问,尽管有些模拟的或数字化处理惩罚技术,但从干扰信号中提取出局部放电特征信号还是很难的。

  个电气设备中同时存在多点放电时是很难区分和诊断的,这个问困扰目前几乎所有的诊断方法。当多点故障共存时,目前技术就很难把真正的放电从其他混叠的放电中提取出来,当所需要的信号被其他放电造成的干扰所淹没的时想进行诊断是更加困难的,所以必须接纳些新的模式识别的方法或其他技术去克服这个难。

  局部放电信号从放电源到丈量端子或传感器的传播过程中的信失真同样是个大难。

  旦解决这个问,可以说对局部放电的电和声信号诊断有突破性的意义。信号的传播路径是十分复杂的,与现场的具体为素有关,这也将对局部放电信号的进步研究分析带来极大的困难。闵为如果接收的是畸变的信号,所得到的数据也是畸变的。

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