變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)方法綜述
目前 , 國(guó)內(nèi)外在線檢測(cè)變壓器局部放電的方法主要有 7 種。
1脈沖電流法
脈沖電流法是研究變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)技術(shù)最早、應(yīng)用最廣泛的監(jiān)測(cè)方法。當(dāng)變壓器內(nèi)部出現(xiàn)局部放電時(shí) , 產(chǎn)生的高頻脈沖電流可利用羅可夫斯基線圈檢測(cè)變壓器中性點(diǎn)、外殼接地電纜處的脈沖電流 , 或用監(jiān)測(cè)器捕獲變壓器高壓套管抽頭連接處的脈沖電流 , 以此判斷變壓器內(nèi)部是否發(fā)生局部放電。。該方法一般是檢測(cè)脈沖電流信號(hào)的低頻部分 ,通常為數(shù) kHz至數(shù)百kHz(至多數(shù) MHz)。目前 , 脈沖電流法廣泛用于變壓器型式試驗(yàn)、預(yù)防和交接試驗(yàn)、變壓器局部放電實(shí)驗(yàn)研究等 , 其特點(diǎn)是測(cè)量靈敏度高、放電量可以標(biāo)定等。
2超聲波檢測(cè)法
當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí) , 不僅產(chǎn)生電脈沖信號(hào) , 同時(shí)還產(chǎn)生超聲波信號(hào) , 可通過同時(shí)產(chǎn)生的超聲波信號(hào)和電信號(hào)判斷變壓器內(nèi)部的絕緣狀況。超聲傳感器的頻帶約為50kHz～200kHz,以避開鐵心的鐵磁噪聲和變壓器的機(jī)械振動(dòng)噪聲。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí) , 固定在變壓器外殼的超聲傳感器采集到超聲波信號(hào) , 通過電 — 聲傳感器將聲波信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào) , 連同局部放電時(shí)產(chǎn)生的電信號(hào)一同送到監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。其中現(xiàn)場(chǎng)控制與預(yù)處理單元主要完成對(duì)超聲信號(hào)和電信號(hào)的收集 , 并將超聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后 ,并放大處理。
該方法的優(yōu)點(diǎn)是不影響電氣主設(shè)備的安全運(yùn)行 ,并且受電磁干擾影響較小 ;缺點(diǎn)是放電源和超聲探頭之間的波阻抗異常復(fù)雜 , 超聲波信號(hào)常常因?yàn)閭鞑ネ緩綇?fù)雜、衰減嚴(yán)重而導(dǎo)致檢測(cè)靈敏度很低。光纖技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在局部放電的超聲波探測(cè)上 , 變壓器內(nèi)局部放電產(chǎn)生的超聲波擠壓光纖并導(dǎo)致光波在光纖中傳播時(shí)受到調(diào)制 , 采用合適的調(diào)制解調(diào)器可以把局部放電的超聲波信號(hào)提取出來 , 可以避免傳統(tǒng)的油 — 鋼復(fù)合路徑所造成的影響。采用光學(xué)技術(shù)對(duì)電氣設(shè)備局部放電的檢測(cè)技術(shù)達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用還有很大距離 , 其主要原因在于光學(xué)設(shè)備造價(jià)高、檢測(cè)穩(wěn)定性不高。
3射頻檢測(cè)法
射頻檢測(cè)法屬于高頻局部放電測(cè)量 , 其檢測(cè)頻帶已達(dá)甚高頻 (VHF)范圍 ,測(cè)量頻率達(dá) 30MHz。射頻檢測(cè)法使用方便 ,檢測(cè)系統(tǒng)不會(huì)影響變壓器的運(yùn)行方式。超寬頻帶(UWB)局部放電檢測(cè)技術(shù) (上限頻率可達(dá)GHz)具有測(cè)量頻帶寬、信息量大等優(yōu)點(diǎn),可以較全面地研究局部放電的特性。利用傳感器監(jiān)測(cè)變壓器中性點(diǎn)處或傳感器直接在變壓器內(nèi)部截取變壓器局部放電輻射產(chǎn)生的電磁波信號(hào) ,截取頻率可達(dá)到 30MHz,常用的傳感器主要有羅可夫斯基線圈、電容器傳感器和射頻傳感器。相對(duì)于超聲波法 , 射頻檢測(cè)法大大提高了測(cè)量頻率 , 而且不受變壓器運(yùn)行方式改變的影響 , 但對(duì)于三相分體電力變壓器來說 , 得到的射頻信號(hào)是三相局部放電信號(hào)的總和 , 無法進(jìn)行分辨 , 且脈沖電磁波信號(hào)在傳遞過程中易衰減損耗 , 特別是在變壓器中性點(diǎn)處截取的電磁波信號(hào)衰減很快 , 得到的頻率分量很低 , 而放在變壓器內(nèi)部傳感器截取的局部放電產(chǎn)生的電磁波衰減相對(duì)較少。
4氣相色譜法
這是一種基于油中氣體成分分析(DGA)的化學(xué)檢測(cè)方法。變壓器中發(fā)生的局部放電將導(dǎo)致各種絕緣材料發(fā)生分解破壞 , 產(chǎn)生新的生成物 , 通過檢測(cè)各種氣體生成物的組成和濃度 ,可以判斷局部放電的狀態(tài)。目前 , 該方法廣泛應(yīng)用于變壓器故障類型和故障程度的診斷 ,IEC為此制定了三比值法的推薦標(biāo)準(zhǔn)。氣相色譜法的優(yōu)點(diǎn)是不受外界電磁干擾影響 ,準(zhǔn)確度較高 , 且對(duì)早期潛伏性故障較靈敏 , 但不能反映突發(fā)性故障。
5光測(cè)法
在變壓器油中 , 放電產(chǎn)生脈沖電流的同時(shí)伴生發(fā)光、發(fā)熱現(xiàn)象。光測(cè)法是利用光電探測(cè)器監(jiān)測(cè)局部放電產(chǎn)生的光輻射信號(hào) , 將截取的光輻射信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)經(jīng)放大處理送到監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通常放電產(chǎn)生的光輻射信號(hào)波長(zhǎng)500mm～700mm之間。光測(cè)法不受強(qiáng)電磁環(huán)境的干擾 , 但測(cè)量設(shè)備復(fù)雜昂貴 , 測(cè)量靈敏度較低。
6化學(xué)法
化學(xué)法通過分析變壓器油分解產(chǎn)生的各種氣體的組成和濃度來確定故障 ( 局部放電、過熱等 )狀態(tài) , 例如當(dāng)變壓器內(nèi)部局部放電時(shí) , 變壓器油分解的特征氣體成分主要是 H2、CH4、C2H2、CO[5]。化學(xué)法檢測(cè)變壓器內(nèi)部局部放電的缺點(diǎn) : 一是油氣分離時(shí)間較長(zhǎng) , 很難發(fā)現(xiàn)突發(fā)性的局部放電 ; 二是化學(xué)法只能定性的分析變壓器內(nèi)部局部放電 , 無法對(duì)放電位置進(jìn)行定位。
7UHF 法
這是目前局部放電檢測(cè)的一種新方法 , 該方法通過天線傳感器接收局部放電過程輻射的 UHF電磁波 ,實(shí)現(xiàn)局部放電的檢測(cè)。在 20世紀(jì) 80年代末 ,UHF法測(cè)量局部放電首先應(yīng)用在GIS設(shè)備中。該技術(shù)的特點(diǎn)在于 :檢測(cè)頻段較高 ,可以有效地避開常規(guī)局部放電測(cè)量中的電暈、開關(guān)操作等多種電氣干擾 ; 檢測(cè)頻帶寬 , 所以其檢測(cè)靈敏度很高 ; 而且可識(shí)別故障類型和進(jìn)行定位。UHF檢測(cè)的特點(diǎn)使其在局部放電檢測(cè)領(lǐng)域具有其他方法無法比擬的優(yōu)點(diǎn) , 因而在近年來得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。
變壓器油/隔板結(jié)構(gòu)的絕緣強(qiáng)度比較高 , 理論上其局部放電能夠激發(fā)出很高頻率 的 電 磁 波 , 最 高 可 達(dá) 數(shù) G H z 。1 9 9 6 年Rutgers首先將UHF技術(shù)應(yīng)用于變壓器的局部放電測(cè)量。他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中檢測(cè)到了幾種缺陷放電的 UHF信號(hào) ,研制了 300MHz～1200MHz的UHF天線并通過放油閥將其用于實(shí)際變壓器中 ,其檢測(cè)靈敏度可達(dá)10pC。
英國(guó)Strathclyde大學(xué)的Judd等人在GIS特高頻檢測(cè)研究的基礎(chǔ)上 , 也對(duì)變壓器局部放電 UHF檢測(cè)進(jìn)行了研究。他們以盤式電容作為傳感器并通過在變壓器箱體頂部開介質(zhì)窗的方式安裝 , 傳感器耦合的局放信號(hào)送入頻譜分析儀 ,選取最優(yōu)頻率后 ,使用頻譜儀的 POW模式進(jìn)行分析。法國(guó) ALSTOM 輸配電研究中心的 K.Raja等人在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)研究了各種典型局部放電模型的 UHF特性,通過頻譜儀的Zero Span方式檢測(cè),并據(jù)此建立了模式識(shí)別方法。此外Raja等人在真實(shí)變壓器模型上實(shí)驗(yàn)證實(shí)了 UHF方法的靈敏度遠(yuǎn)高于超聲法 , 且基本不受紙板等絕緣物的影響。
在國(guó)內(nèi) , 變壓器的局部放電 UHF檢測(cè)方面也作了許多工作 , 特別是西安交通大學(xué)李彥明等人基于混頻技術(shù)建立了頻帶可調(diào)的窄帶檢測(cè)系統(tǒng) , 通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法實(shí)現(xiàn)了局部放電類型的自動(dòng)識(shí)別。華北電力大學(xué)李成榕等人則采用檢波技術(shù)對(duì)原始UHF信號(hào)進(jìn)行調(diào)理 ,并研制了基于檢波技術(shù)的電力變壓器在線監(jiān)測(cè)裝置。該裝置已經(jīng)于2003年10月底通過變壓器事故放油閥在河南某 220kV主變上進(jìn)行了在線安裝和運(yùn)行 ,并成功地檢測(cè)到局部放電信號(hào)。之后又發(fā)明了 UHF人孔、手孔等傳感器安裝方式 , 在將該技術(shù)實(shí)用化方面做出了一些成績(jī)。清華大學(xué)則試圖通過在變壓器內(nèi)部引出線的附近安置 UHF天線的方法來測(cè)量變壓器的內(nèi)部放電 , 在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)都進(jìn)行了探索。