電氣設(shè)備故障診斷-變壓器局部放電在線監(jiān)測

1、變壓器局部放電變壓器局部放電 的在線監(jiān)測的在線監(jiān)測變壓器局部放電的在線監(jiān)測變壓器局部放電的在線監(jiān)測目錄目錄u1.概述概述u2.局部放電信號的檢測局部放電信號的檢測u3.監(jiān)測靈敏度和抗干擾技術(shù)監(jiān)測靈敏度和抗干擾技術(shù)u4.放電量的在線標(biāo)定放電量的在線標(biāo)定u5.放電源的定位放電源的定位l局部放電的概念局部放電的概念當(dāng)外加當(dāng)外加電壓電壓在電氣設(shè)備中產(chǎn)生的場強(qiáng)，足以使絕緣在電氣設(shè)備中產(chǎn)生的場強(qiáng)，足以使絕緣部分區(qū)域發(fā)生放電，但在放電區(qū)域內(nèi)未形成固定放電部分區(qū)域發(fā)生放電，但在放電區(qū)域內(nèi)未形成固定放電通道的這種放電現(xiàn)象通道的這種放電現(xiàn)象l危害危害局部放電會使絕緣逐步受到侵蝕和損傷。局部放電會使絕緣逐步受到侵蝕

2、和損傷。l監(jiān)測方法監(jiān)測方法 油中溶解氣體分析；油中溶解氣體分析； 專門的局部放電監(jiān)測方法。專門的局部放電監(jiān)測方法。1.1.概念概念1.1 1.1 變壓器局部放電的監(jiān)測方法變壓器局部放電的監(jiān)測方法電測法電測法 脈沖電流法脈沖電流法 非電測法非電測法 油中氣體分析、紅外監(jiān)測、光測法和油中氣體分析、紅外監(jiān)測、光測法和聲測法聲測法1.1.脈沖電流法脈沖電流法u原理原理 利用局部放電所產(chǎn)生的利用局部放電所產(chǎn)生的脈沖信號脈沖信號，即測量因放電，即測量因放電時電荷變化所引起的脈沖電流。它是離線條件下測時電荷變化所引起的脈沖電流。它是離線條件下測量電氣設(shè)備局部放電的基本方法，也是在線監(jiān)測局量電氣設(shè)備局部放電的

3、基本方法，也是在線監(jiān)測局部放電的主要手段。部放電的主要手段。 u特點特點 優(yōu)點：優(yōu)點：靈敏度高、放電量可以標(biāo)定。靈敏度高、放電量可以標(biāo)定。 缺點缺點：由于現(xiàn)場嚴(yán)重的電磁干擾將大大降低監(jiān)測靈敏度由于現(xiàn)場嚴(yán)重的電磁干擾將大大降低監(jiān)測靈敏度和信噪比。和信噪比。1.1 1.1 變壓器局部放電的監(jiān)測方法變壓器局部放電的監(jiān)測方法2.2.聲測法聲測法u原理原理 利用局部放電時發(fā)出的利用局部放電時發(fā)出的聲波聲波來進(jìn)行測量，是應(yīng)用來進(jìn)行測量，是應(yīng)用最廣泛的非電測法測量局放方法。最廣泛的非電測法測量局放方法。u特點特點 優(yōu)點：優(yōu)點：基本上不受現(xiàn)場電磁干擾的影響，信噪比高，可基本上不受現(xiàn)場電磁干擾的影響，信噪比高，

4、可以確定放電源的位置。以確定放電源的位置。缺點缺點：靈敏度低且不能確定放電量。靈敏度低且不能確定放電量。聲測法和脈沖電流法配合使用，能揚長避短、各取所長聲測法和脈沖電流法配合使用，能揚長避短、各取所長，是局部放電的重要監(jiān)測手段。，是局部放電的重要監(jiān)測手段。1.1 1.1 變壓器局部放電的監(jiān)測方法變壓器局部放電的監(jiān)測方法1.21.2變壓器局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)變壓器局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)目錄目錄u1.概述概述u2.局部放電信號的檢測局部放電信號的檢測u3.監(jiān)測靈敏度和抗干擾技術(shù)監(jiān)測靈敏度和抗干擾技術(shù)u4.放電量的在線標(biāo)定放電量的在線標(biāo)定u5.放電源的定位放電源的定位2.1 2.1 脈沖電流法信號檢測

5、脈沖電流法信號檢測傳感器傳感器種類：穿心式高頻電流互感器型（種類：穿心式高頻電流互感器型（CTCT型型）分類（帶寬）：分類（帶寬）： 窄帶型（諧振型）：幾十千赫；窄帶型（諧振型）：幾十千赫； 寬帶型：幾百千赫。寬帶型：幾百千赫。 材料：鐵淦氧材料：鐵淦氧 要求：高靈敏度、高信噪比，有較強(qiáng)的要求：高靈敏度、高信噪比，有較強(qiáng)的抗工頻磁飽抗工頻磁飽和能力和能力2.1 2.1 脈沖電流法信號檢測脈沖電流法信號檢測2.1 2.1 脈沖電流法信號檢測脈沖電流法信號檢測多個檢測傳感器（多個檢測點）的目的：多個檢測傳感器（多個檢測點）的目的： 多方面測量局部放電，以便判斷放電部位；多方面測量局部放電，以便判斷

6、放電部位； 抑制現(xiàn)場干擾的需要，有時需要兩個或更多信號比較，抑制現(xiàn)場干擾的需要，有時需要兩個或更多信號比較，如：極性鑒別系統(tǒng)。如：極性鑒別系統(tǒng)。2.2 2.2 聲測法信號檢測聲測法信號檢測1.1.局部放電聲波的局部放電聲波的檢測頻率檢測頻率聲波是一種機(jī)械振動波，它是當(dāng)發(fā)生局部放電時，在放電區(qū)域聲波是一種機(jī)械振動波，它是當(dāng)發(fā)生局部放電時，在放電區(qū)域中分子間產(chǎn)生劇烈的撞擊，這種撞擊在宏觀上產(chǎn)生了一種壓力中分子間產(chǎn)生劇烈的撞擊，這種撞擊在宏觀上產(chǎn)生了一種壓力所形成。所形成。 局部放電由一連串脈沖形成，由此產(chǎn)生的聲波也是由脈沖形成局部放電由一連串脈沖形成，由此產(chǎn)生的聲波也是由脈沖形成，它的頻譜范圍很廣

7、，為，它的頻譜范圍很廣，為1010107Hz107Hz數(shù)量級范圍。研究表明，數(shù)量級范圍。研究表明，變壓器局部放電聲波的主頻率范圍變壓器局部放電聲波的主頻率范圍3030180kHz180kHz。 變壓器的噪聲：巴克豪森噪聲的頻率在變壓器的噪聲：巴克豪森噪聲的頻率在20kHz20kHz以內(nèi)；磁聲發(fā)射以內(nèi)；磁聲發(fā)射的頻率分布在的頻率分布在202065kHz65kHz；機(jī)械振動、風(fēng)扇振動等頻率一般都；機(jī)械振動、風(fēng)扇振動等頻率一般都在數(shù)千赫茲以內(nèi)。在數(shù)千赫茲以內(nèi)。 所以，所以，聲發(fā)射傳感器聲發(fā)射傳感器的檢測頻帶大致在的檢測頻帶大致在7070180kHz180kHz間。間。2.2 2.2 聲測法信號檢測聲

8、測法信號檢測2.2.局部放電聲波的局部放電聲波的傳播傳播局部放電產(chǎn)生的聲波可以看成局部放電產(chǎn)生的聲波可以看成點聲源點聲源，以球面波形式向，以球面波形式向四外傳播。由于變壓器油和凡士林油都只能傳播縱波（四外傳播。由于變壓器油和凡士林油都只能傳播縱波（縱波的介質(zhì)質(zhì)點振動方向與聲波的傳播方向是一致的，縱波的介質(zhì)質(zhì)點振動方向與聲波的傳播方向是一致的，而橫波則與之垂直），故而橫波則與之垂直），故聲發(fā)射傳感器在變壓器外殼上聲發(fā)射傳感器在變壓器外殼上接收到的是縱波接收到的是縱波。 聲波在不同媒質(zhì)中的聲波在不同媒質(zhì)中的傳播速度傳播速度不同：不同：2.2 2.2 聲測法信號檢測聲測法信號檢測2.2 2.2 聲測

9、法信號檢測聲測法信號檢測 2.2.局部放電聲波的局部放電聲波的傳播傳播界面衰減：界面衰減：當(dāng)聲波從一種媒質(zhì)傳播到另一媒質(zhì)時，由于當(dāng)聲波從一種媒質(zhì)傳播到另一媒質(zhì)時，由于聲特性阻抗不匹配造成反射而致。衰減大小可用聲特性阻抗不匹配造成反射而致。衰減大小可用反射系反射系數(shù)數(shù)R R來表示。特性阻抗相差越小，反射系數(shù)來表示。特性阻抗相差越小，反射系數(shù)R R越小，檢測越小，檢測靈敏度越高靈敏度越高（聲發(fā)射傳感器與變壓器外殼之間涂上一層（聲發(fā)射傳感器與變壓器外殼之間涂上一層凡士林油）凡士林油）。2.2 2.2 聲測法信號檢測聲測法信號檢測 2.2.局部放電聲波的局部放電聲波的傳播傳播 聲波在同一媒質(zhì)中傳播也會

10、衰減（衰減的大小與聲波頻聲波在同一媒質(zhì)中傳播也會衰減（衰減的大小與聲波頻率有關(guān)，頻率越高衰減越大）。率有關(guān)，頻率越高衰減越大）。 聲波經(jīng)傳播到達(dá)傳感器需要時間，電信號到達(dá)電流傳感器幾聲波經(jīng)傳播到達(dá)傳感器需要時間，電信號到達(dá)電流傳感器幾乎不需要時間。則電流和聲傳感器同時檢測局部放電時，聲信乎不需要時間。則電流和聲傳感器同時檢測局部放電時，聲信號將遲后于電信號號將遲后于電信號t t，這個時延可用來確定，這個時延可用來確定放電源的放電源的位置位置。2.2 2.2 聲測法信號檢測聲測法信號檢測 3.3.聲測法的檢測聲測法的檢測靈敏度靈敏度u聲發(fā)射傳感器的關(guān)鍵元件是聲發(fā)射傳感器的關(guān)鍵元件是鋯鈦酸鉛壓電晶

11、體鋯鈦酸鉛壓電晶體（將聲波轉(zhuǎn)換成（將聲波轉(zhuǎn)換成一定頻率的電信號），選擇原則：靈敏度大。一定頻率的電信號），選擇原則：靈敏度大。 u局放在液體材料中產(chǎn)生聲波的聲壓較大，例如油中比空氣中聲局放在液體材料中產(chǎn)生聲波的聲壓較大，例如油中比空氣中聲壓約大壓約大2 2萬倍，故用聲測法檢測變壓油中的局放是較靈敏的。萬倍，故用聲測法檢測變壓油中的局放是較靈敏的。 u若局部放電發(fā)生在油浸固體材料中的氣隙或油中氣隙，由于聲若局部放電發(fā)生在油浸固體材料中的氣隙或油中氣隙，由于聲波的衰減或被反射，檢測靈敏度將大大降低。波的衰減或被反射，檢測靈敏度將大大降低。 u總體來說，總體來說，由于變壓器具有較復(fù)雜的絕緣結(jié)構(gòu)，聲測

12、法檢測局由于變壓器具有較復(fù)雜的絕緣結(jié)構(gòu)，聲測法檢測局部放電的靈敏度不高。部放電的靈敏度不高。 u措施：聲發(fā)射傳感器后往往措施：聲發(fā)射傳感器后往往緊接緊接有放大、濾波裝置，對聲發(fā)射有放大、濾波裝置，對聲發(fā)射傳感器信號進(jìn)行預(yù)處理。傳感器信號進(jìn)行預(yù)處理。2.3 2.3 監(jiān)測信號的監(jiān)測信號的A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換對于對于7070180kHz180kHz的被測局部放電信號應(yīng)采用高速采的被測局部放電信號應(yīng)采用高速采樣系統(tǒng)。樣系統(tǒng)。 一般采樣頻率應(yīng)為信號頻率的一般采樣頻率應(yīng)為信號頻率的1010倍以上，即倍以上，即7007001800kHz1800kHz目錄目錄u1.概述概述u2.局部放電信號的檢測局部放電信號

13、的檢測u3.監(jiān)測靈敏度和抗干擾技術(shù)監(jiān)測靈敏度和抗干擾技術(shù)u4.放電量的在線標(biāo)定放電量的在線標(biāo)定u5.放電源的定位放電源的定位3.1 3.1 局放在線監(jiān)測的靈敏度要求局放在線監(jiān)測的靈敏度要求 定義：定義：在線條件下監(jiān)測系統(tǒng)能夠測到或辨識的在線條件下監(jiān)測系統(tǒng)能夠測到或辨識的最小放電最小放電量量。從實際使用情況考慮，監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)能達(dá)到測出。從實際使用情況考慮，監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)能達(dá)到測出危險危險放電量放電量的靈敏度。的靈敏度。 根據(jù)國內(nèi)外運行經(jīng)驗，電力變壓器的局部放電量在數(shù)千皮庫時根據(jù)國內(nèi)外運行經(jīng)驗，電力變壓器的局部放電量在數(shù)千皮庫時仍可繼續(xù)安全運行，當(dāng)達(dá)到仍可繼續(xù)安全運行，當(dāng)達(dá)到10000pC10000pC

14、及以上時則應(yīng)引起嚴(yán)重注及以上時則應(yīng)引起嚴(yán)重注意，此時絕緣可能存在明顯的損傷。意，此時絕緣可能存在明顯的損傷。 從能監(jiān)測出設(shè)備最小的危險放電量考慮，在線監(jiān)測的靈敏度至從能監(jiān)測出設(shè)備最小的危險放電量考慮，在線監(jiān)測的靈敏度至少應(yīng)在數(shù)千皮庫，例如少應(yīng)在數(shù)千皮庫，例如400040006000pC6000pC。 一般情況下，變電站的干擾水平可達(dá)到數(shù)萬甚至百萬皮庫。例一般情況下，變電站的干擾水平可達(dá)到數(shù)萬甚至百萬皮庫。例如如500kV500kV線路電暈的干擾水平可能達(dá)到線路電暈的干擾水平可能達(dá)到l l4 4l04pCl04pC。3.2 3.2 干擾來源分析干擾來源分析3.2 3.2 干擾來源分析干擾來源分析

15、干擾的傳播途徑干擾的傳播途徑 從監(jiān)測系統(tǒng)的工頻電源進(jìn)入，故監(jiān)測系統(tǒng)電源宜由從監(jiān)測系統(tǒng)的工頻電源進(jìn)入，故監(jiān)測系統(tǒng)電源宜由隔離變壓器隔離變壓器加上加上低通濾波器低通濾波器供電以抑制干擾。供電以抑制干擾。 通過電磁耦合進(jìn)入監(jiān)測系統(tǒng)，故監(jiān)測系統(tǒng)包括連線通過電磁耦合進(jìn)入監(jiān)測系統(tǒng)，故監(jiān)測系統(tǒng)包括連線應(yīng)很好地應(yīng)很好地屏蔽屏蔽。利用光電隔離和光纖傳輸信號也可。利用光電隔離和光纖傳輸信號也可減少電磁耦合引起的干擾。減少電磁耦合引起的干擾。 通過傳感器（即檢測元件）進(jìn)入，它和局部放電的通過傳感器（即檢測元件）進(jìn)入，它和局部放電的信號混疊在一起，上述方法不能抑制這個干擾通道信號混疊在一起，上述方法不能抑制這個干擾通

16、道，需采取其它技術(shù)措施。，需采取其它技術(shù)措施。3.3 3.3 局部放電抗干擾技術(shù)局部放電抗干擾技術(shù)1.1.選擇合適的檢測頻帶，以避開現(xiàn)場的主要干擾頻帶。選擇合適的檢測頻帶，以避開現(xiàn)場的主要干擾頻帶。 對固定式系統(tǒng)，可在現(xiàn)場實測確定干擾頻帶。對固定式系統(tǒng)，可在現(xiàn)場實測確定干擾頻帶。 設(shè)置多個檢測頻帶。設(shè)置多個檢測頻帶。2.2. 差動平衡系統(tǒng)差動平衡系統(tǒng)抑制共模干擾。抑制共模干擾。 現(xiàn)場兩臺完全一致（或基本一致）的變壓器；現(xiàn)場兩臺完全一致（或基本一致）的變壓器； 現(xiàn)場只有一臺變壓器（或兩臺變壓器結(jié)構(gòu)差別極大）?，F(xiàn)場只有一臺變壓器（或兩臺變壓器結(jié)構(gòu)差別極大）。窄帶型監(jiān)測系統(tǒng)窄帶型監(jiān)測系統(tǒng)3.3 3.

17、3 局部放電抗干擾技術(shù)局部放電抗干擾技術(shù)3.3.脈沖極性鑒別。脈沖極性鑒別。 現(xiàn)場兩臺完全一致（或基本一致）的變壓器；現(xiàn)場兩臺完全一致（或基本一致）的變壓器； 現(xiàn)場只有一臺變壓器：以第一個半波（即電容分量）作為現(xiàn)場只有一臺變壓器：以第一個半波（即電容分量）作為極性鑒別的判據(jù)；在信號進(jìn)入鑒別系統(tǒng)之前先對周期性干極性鑒別的判據(jù)；在信號進(jìn)入鑒別系統(tǒng)之前先對周期性干擾進(jìn)行濾波，以保證鑒別的靈敏度。擾進(jìn)行濾波，以保證鑒別的靈敏度。4.4. 平均技術(shù)平均技術(shù)常用于聲測法的抗干擾。常用于聲測法的抗干擾。5.5. 數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波技術(shù)目錄目錄u1.概述概述u2.局部放電信號的檢測局部放電信號的檢測u3.監(jiān)

18、測靈敏度和抗干擾技術(shù)監(jiān)測靈敏度和抗干擾技術(shù)u4.放電量的在線標(biāo)定放電量的在線標(biāo)定u5.放電源的定位放電源的定位4.4.放電量的在線標(biāo)定放電量的在線標(biāo)定u目的：目的：定量定量給出局部放電給出局部放電視在放電量視在放電量的數(shù)值的數(shù)值 u原理：原理：Qa= UCX Qa= UCX u放電量的在線標(biāo)定方法放電量的在線標(biāo)定方法 阻抗法阻抗法 脈沖電荷耦合法脈沖電荷耦合法 套管末屏注入法套管末屏注入法4.4.放電量的在線標(biāo)定放電量的在線標(biāo)定 視在放電量視在放電量是指在試品兩端注入一定電荷量，使試是指在試品兩端注入一定電荷量，使試品端電壓的變化量和局部放電時端電壓變化量相同，此品端電壓的變化量和局部放電時端

19、電壓變化量相同，此時注入的電荷量即稱為局部放電的視在放電量，以皮庫時注入的電荷量即稱為局部放電的視在放電量，以皮庫（pCpC）表示。）表示。 實際上，實際上，視在放電量與試品實際點的放電量并不視在放電量與試品實際點的放電量并不相等相等，但后者不能直接測得。視在放電量的大小除了與，但后者不能直接測得。視在放電量的大小除了與真實放電量的大小有關(guān)外尚與放電位置有關(guān)。放電位置真實放電量的大小有關(guān)外尚與放電位置有關(guān)。放電位置直接影響到對變壓器的危害程度及以后的處理方案。尤直接影響到對變壓器的危害程度及以后的處理方案。尤其是視在放電量較大的變壓器更應(yīng)密切注意放電位置。其是視在放電量較大的變壓器更應(yīng)密切注意

20、放電位置。4.1 4.1 放電量的在線標(biāo)定方法放電量的在線標(biāo)定方法-阻抗法阻抗法u原理原理 在停電時，將待測設(shè)備的接地解開，并接入在停電時，將待測設(shè)備的接地解開，并接入小小電阻電阻R ( R1/CR ( R1/CX X) )和和快速開關(guān)快速開關(guān)K K。 在帶電運行中測定。若試品在帶電運行中測定。若試品C CX X發(fā)生局部放電，發(fā)生局部放電，其兩端會出現(xiàn)瞬時電壓其兩端會出現(xiàn)瞬時電壓U U，則，則C CX X的視在放電量的視在放電量： 若開關(guān)若開關(guān)K K在在電容電流的幅值電容電流的幅值處打開，則處打開，則R R上建立上建立的脈沖電壓幅值為：的脈沖電壓幅值為： 相當(dāng)于在相當(dāng)于在C CX X上注入了電

21、荷：上注入了電荷： 可由可由CTCT來測量來測量QaQa引起的脈沖電流引起的脈沖電流4.1 4.1 放電量的在線標(biāo)定方法放電量的在線標(biāo)定方法-阻抗法阻抗法優(yōu)點優(yōu)點 u偏差?。ㄅc國標(biāo)規(guī)定的偏差小（與國標(biāo)規(guī)定的離線標(biāo)定法相離線標(biāo)定法相比偏差在比偏差在6 6以內(nèi)）。以內(nèi)）。 u缺點缺點 需要更改設(shè)備接地運行方式，現(xiàn)場實現(xiàn)有困難。需要更改設(shè)備接地運行方式，現(xiàn)場實現(xiàn)有困難。4.24.2放電量的在線標(biāo)定方法放電量的在線標(biāo)定方法-脈沖電荷耦合法脈沖電荷耦合法原理原理 4.24.2放電量的在線標(biāo)定方法放電量的在線標(biāo)定方法-脈沖電荷耦合法脈沖電荷耦合法原理原理 4.24.2放電量的在線標(biāo)定方法放電量的在線標(biāo)定方

22、法-脈沖電荷耦合法脈沖電荷耦合法特點特點 實現(xiàn)稍微復(fù)雜；實現(xiàn)稍微復(fù)雜； 校正系數(shù)校正系數(shù)K K不容易得到；不容易得到； 與離線標(biāo)定相比偏差在與離線標(biāo)定相比偏差在1212左右；左右； 此法注入（傳感器耦合注入）的脈沖波形和國標(biāo)規(guī)定的離線下注入此法注入（傳感器耦合注入）的脈沖波形和國標(biāo)規(guī)定的離線下注入的波形不同，這將影響標(biāo)定的準(zhǔn)確度。的波形不同，這將影響標(biāo)定的準(zhǔn)確度。 4.24.2放電量的在線標(biāo)定方法放電量的在線標(biāo)定方法-套管末屏注入法套管末屏注入法原理原理 優(yōu)點優(yōu)點 簡單、實用，簡單、實用，常用于實際的在線校準(zhǔn)。常用于實際的在線校準(zhǔn)。 缺點缺點 L L和和C CB2B2的加入，加重了方波發(fā)生器的

23、負(fù)載，引起方波波形改變。與的加入，加重了方波發(fā)生器的負(fù)載，引起方波波形改變。與離線相比，誤差較大，約離線相比，誤差較大，約10102020。目錄目錄u1.概述概述u2.局部放電信號的檢測局部放電信號的檢測u3.監(jiān)測靈敏度和抗干擾技術(shù)監(jiān)測靈敏度和抗干擾技術(shù)u4.放電量的在線標(biāo)定放電量的在線標(biāo)定u5.放電源的定位放電源的定位5. 5. 放電源的定位放電源的定位放電源的定位方法放電源的定位方法 電信號定位電信號定位 聲信號定位聲信號定位 聲聲- -電聯(lián)合定位電聯(lián)合定位5. 5. 放電源的定位放電源的定位-電信號定位電信號定位u原理原理 將變壓器的各繞組分成若干段，通過與中性點信號的同步采將變壓器的各繞組分成若干段，通過與中性點信號的同步采樣，確定其與套管首端檢測信號的時間差樣，確定其與套管首端檢測信號的時間差tt，由此可大致將，由此可大致將故障點定位在某個區(qū)域。故障點定位在某個區(qū)域。 u特點特點 目前主要用于目前主要用于離線離線故障定位；故障定位； 可確定放電量?？纱_定放電量。5. 5. 放電源的定位放電源的定位-聲信號定位聲信號定位u