【局部放电】电力变压器UHF局部放电在线检测试验研究

1电力变压器UHF局部放电在线检测试验研究唐琪1，林韩2，陈金祥3，唐志国4(1.福州大学电气工程与自动化学院，福建福州350002;2.福建省电力有限公司，福建福州350003;3.福建省电力试验研究院，福建福州350007;4.高电压与电磁兼容北京市重点实验室,华北电力大学，北京102206)摘要：本文采用内置超高频探头对南埔电厂220KV启备变进行局部放电在线检测。介绍了现场的安装，测试以及排除干扰的过程，检测到了内部存在局部放电的发生，并运用相位统计谱图分析的方法，对局部放电的类型、性质、位置进行了分析。关键词：关键词:电力变压器；局部放电；超高频０引言局部放电（以下简称局放）是造成绝缘劣化的主要原因，也是劣化的重要征兆和表现形式，与绝缘材料的劣化和击穿密切相关。因此，对局部放电的有效检测对于电力设备的安全稳定运行具有重要意义。脉冲电流法测试的频率低，一般小于1MHz，因而包含的信息量少，现场中易受外界干扰、噪声的影响，抗干扰能力差，灵敏度低，并且一般只能对变压器离线检测[1]；油中溶解气体分析(DissolvedGasesAnalysis，DGA)DGA法给出的是累积的滞后的反映，不能反映突发性的故障和局放源的空间位置；超声波法对变压器进行局放检测，只有当放电量很大时才能检测到介质深层中发生的局放[2]；变压器内部局部放电所产生的电流脉冲，宽度窄，可小于200ps，上升时间很短，表明局放源可以激励起数GHz的高频信号[3-4]。UHF局放检测，通过传感局放所激励的超高频（300～3000MHz）电磁波信号，实现局部放电的检测和定位。由于所采取的频段较高，能有效地避开常规测量中的电晕、开关操作等多种电气干扰(一般小于400MHz)；并且由于采用的检测频带很宽，因此该方法的检测灵敏度很高。本次试验通过故障放油阀内置探头的安装方式，成功地检测到变压器内部发生的局放，并运用相位统计谱图分析的方法，对局部放电的类型、性质和位置进行了分析，这对今后开展电力变压器超高频局部放电在线检测、故障诊断与定位具有重要的指导意义。Ⅰ局放在线检测系统及其现场安装2005年8月20日，南埔启备变受电运行后，8月30日、9月20日、10月1日、10月9日和10月11日的油色谱试验表明，C2H2含量一直在缓慢增长，最高达4.6μl/L，启备变色谱跟踪结果如附表Ⅰ所示。于是，在这台已被怀疑发生局放的变压器上，安装了超高频局部放电在线监测系统，以期发现故障的类型和放电点。该启备变的型号为SFFZ10-CY-50000/220，特变电工沈阳变压器集团公司生产。附表Ⅰ启备变色谱跟踪结果μl/L时间H2CH4C2H6C2H4C2H2总烃2005-08-303.90.90.10.22.53.72005-09-57.63.01.40.22.26.82005-09-206.01.91.20.23.16.42005-10-16.42.21.10.13.56.92005-10-99.32.20.40.34.17.02005-10-11112.30.40.34.67.62005-10-19122.72.00.33.98.92005-10-26142.52.00.44.08.92005-11-4202.81.90.44.29.42005-11-25153.00.20.54.58.22005-12-12133.10.70.64.58.92006-01-25133.51.81.94.5122006-03-099.02.800.44.07.22006-04-21123.61.20.43.68.8局放在线检测系统如图1所示，本次局放检测试验采用宽频带的平面等角螺旋天线[5]，驻波比3.0，测量的频带为500~1500MHz，经过检波[6]和前置放大处理后，放大器的增益为40dB，由示波器（TecTDS3021B,100MHz,1.25GS/s）采集信号，以观察是否有局放发生，或者由工控机对局放信号加以采集（高速DAQ采集卡，20MS/s），并对采集的信号进行相位统计谱图分析，进行局放故障类型离线的诊断。2图1在线检测系统示意图局放在线检测的关键是探头安装。变压器箱体为密封接地铁壳，电磁屏蔽作用良好,有利于提高测量系统的抗干扰能力。探头采用故障放油阀安装方式,将探头伸入变压器油中,它并不影响变压器的正常运行。10月24日16：30-18：00，安装超高频传感器以及密封装置。探头安装示意图如图2所示。图2放油阀安装示意图安装测量步骤：⑴、确认放油阀关闭，卸下放油阀上的防尘盖；⑵、在原防尘盖的位置上安装转接法兰，在转接法兰后端面安装UHF探头、射频电缆和密封装置；⑶、确认转接法兰和密封装置连接良好后，打开排气孔，缓慢拧开放油阀，直到有少量变压器油从排气孔流出，表明排气完毕，关闭排气孔；⑷、确认没有油漏出的情况下，用射频电缆经过放大器将信号引到工控机输入端，开始测量；⑸、测量完毕后，拆掉射频电缆和放大器；⑹、关闭放油阀，拆掉密封装置、UHF传感器和转接法兰；⑺、装上防尘盖。Ⅱ局放现场检测过程通过油阀安装传感器后，分别在10月25日08：30-18：00，22：00-23：00，10月26日08：00-11：00对启备变进行了在线测量。在阀门未打开时检测系统便接收到较强的UHF放电脉冲信号，典型波形如图3所示。采集100个周波，对其进行了谱图统计分析[7-8]，其N-Ф与Vmax-Ф二维谱图如图4所示。图3油阀内传感器接收的典型放电信号波形（a）N-φ二维谱图（b）Vmax-φ二位谱图图4油阀未打开无屏蔽时的统计结果打开阀门后该信号有所增强，但放电特征和规律不变。经过长时间的在线测量观察发现，该信号幅值稳定，规律性强，发生相位不在工频峰值处，而接近工频相位过零附近，脉冲次数约每周波5~7次，最大脉冲峰值可达200~300mV。采集100个周波，统计结果如图5所示。3（a）N-φ二维谱图（b）Vmax-φ二维谱图图5油阀传感器接收信号统计图初步分析表明，该放电具有典型的悬浮放电特征，但也不排除整流干扰的可能性。为排除此信号为干扰信号的可能性，对传感器密封装置进行了多重屏蔽，包括采用铝箔纸、专用的高频屏蔽布等，如图6所示。信号幅值有一定的降低，但未消失。可见，该信号从变压器内部发出，放电的可能较大。图6屏蔽后照片然后，采用外部传感器和示波器（如图7）在不同位置进行了移动的测试（如图8所示），同时采集了外部的高频信号，进行统计分析，统计结果如图9所示。考虑到发电厂内使用设备很多，包括切割机、电焊机等等，其噪声干扰可能很大，因此在厂房内及变压器周围较远处均进行了测试。测试发现，在变压器外部同样能检测到与图3波形特征和规律相似的脉冲波形；移动传感器位置，信号波动很大，传感器远离变压器及在厂房内部时，放电幅值迅速降低，甚至完全消失；传感器接近C相套管时信号最强，如图8中圆圈所标示的区域，最大脉冲幅值可达500～600mV，比阀门处强3倍以上；将传感器及放大器一起用铝箔纸及屏蔽布双重紧密包扎后，信号完全消失，表明试验采取的屏蔽具有可靠的抗干扰效果。由此说明对油阀传感器采取的屏蔽措施能够起到良好的屏蔽作用，在做了各种屏蔽之后，仍能在变压器油阀处检测到很强的辐射脉冲信号，由此断定，脉冲信号最大的可能就是源自C相高压侧套管附近部位，且放电距离油箱壁很近的位置。图7外部高频信号测量系统示意图图8围绕启备变移动测试及放电信号最强区域示意图（a）N-φ信号最强区域围绕变压器移动测试位4（b）Vmax-φ图9外部天线统计结果Ⅲ结论⑴、变压器C相套管附近存在悬浮性局部放电，其位置发生部位大致在高压引线至套管内的高压导杆上；⑵、一般超高频检测幅值在数十mV～150mV之间，而本次测量则达到了500mV以上，且无论在油阀内和外部都可以测到，因此其放电强度可能较大；⑶、可以采用红外热像仪扫描C相套管测得均压环附近的温度，以进一步考察放电究竟在出线端还是套管内部的高压导杆或引线处；也可与本次测试结果互为参照；⑷、对乙炔含量进一步跟踪，发现异常及时处理。⑸、现场试验表明，采用铝箔纸,尤其是采用高频电磁屏蔽软布,具有理想的屏蔽外界电磁干扰效果,现场屏蔽方便，实用性强。致谢作者在此由衷的感谢福建省电力有限公司及其技术中心大力支持与协助。参考文献[1]IEC60270-2000:High-voltagetesttechniques-Partialdischargemeasurements[S].2000.[2]K.RajaandT.Floribert.ComparativeinvestigationsonUHFandacousticPDdetectionsensitivityintransformers[C].inConf.Recordofthe2002IEEEInt.Symp.Elect.Insul.,Boston,Apr.2002,pp.150–153.[3]M.D.Judd,G.P.Cleary,C.J.Bennoch,J.S.Pearson,T.Breckenridge.PowertransformermonitoringusingUHFsensors:sitetrials[C].Conf.Recordofthe2002IEEEInt.Symp.onElect.Insul.,Boston,MA.pp.145–149.[4]M.D.Judd,L.Yang,andI.B.B.Hunter.PartialdischargemonitoringforpowertransformersusingUHFsensorsPart1:Sensorsandsignalinterpretation[J].IEEEtrans.onDiel.andElect.Insul.,2005,21(2):5–14.[5]周朝栋,王元坤,杨恩耀.天线与电波[M].西安电子科技大学出版社，1994.[6]王伟，李成榕，丁燕生等.局部放电UHF检波及其仿真[J].高电压技术，2004，30（3）:32-33.[7]E.Gulski,F.H.Kreuger.Computer-aidedrecognitionofdischargesources[J].IEEEtrans.onDiel.Elect.Insul.,1992,27(1):82–92.[8]E.Gulski.DigitalAnalysisofPartialDischarges[J].IEEETrans.Dielect.Elect.Insul.,Oct.1995,2(5):822–837.作者简介：唐琪（1979-），男，重庆大足，汉族，硕士研究生，主要研究方向为电气设备在线监测与故障诊断。Email：[e-mail]。林韩（1958-），男，福建莆田，汉族，教授，高级工程师，主要研究方向为电力系统继电保护，电气设备在线监测与故障诊断。陈金祥(1973-)，男，汉族，博士，主要从事电气设备的状态检修和电气仪表的开发工作。唐志国（1977-）男，博士，主要从事电气设备在线监测与故障诊断方面的研究。