变压器局部放电在线监测技术

1、变压器局部放电在线监测技术西安电力科技大学变压器局部放电在线监测技术目录1前言21在线监测方法21. 1超声监测法21. 2光测法31. 3电脉冲法L4射频监测法31. 5超高频监测法32在线监测监控技术4现场噪声的抑制周期性干扰的抑制脉冲型干扰的抑制白噪声干扰的抑制5局部放电模式识别5局部放电定位技术63结束语7结论7致谢7参考文献7刖百近年来，随着电力系统的快速发展，变压器的容量和电压等级不断提高，运行中 的安全问题也越来越受到重视。在变压器所发生的故障中，绝缘问题占很大的比重, 因此需要一种有效的手段对变压器的绝缘状况进行监测,确保运行中变压器的安全。局部放电监测作为检测变压器绝缘的一种

2、有效手段,无论是检测理论还是检 测技术，近年来都取得了较大的发展，并在电厂和电站中得到了实际应用。相对传统的停电局部放电检测,在线局部放电检测可以长时间连续监测变压器 局部绝缘放电情况，在放电量达到危险时，及时停机做进一步的检查，因此在检 修工时和经济效益等方面有很大的优势,是目前惟一的一种有效避免变压器突发性 事故的监测手段。在线局部放电监测反映的是变压器实际工作状态下的绝缘放点情况, 比离线检测更符合设备的实际运行工）兄。工在线监测主要方法根据变压器局放过程中产生的电脉冲、电磁辐射、超声波、光等现象，相应出现了 电脉冲检测法超声波检测法、光测法及射频检测法和UHF超高频检测法。、1.1 超

3、声监测法用固体在变压器油箱壁上的超声传感器接收变压器内部局放产生的超声波来 检测局放的大小和位置。通常采用的超声传感器为电压传感器，选用的频率范围为 70T50kHz，目的是为了避开铁心的磁噪声和变压器的机械振动噪声。超声检测法主 要用于定性判断是否有局放信号，结合电脉冲信号或直接利用超声信号对局放源进行 物理定位。近年来，由于声电换能元件效率的提高和电子放大技术的发展，超声检测 的灵敏度有了较大的提高。1.2 光测法光测法是利用局部放电产生的光辐射进行检测。在变压器油中，各种放电发出的光 波不同，光电转换后，通过检测光电流的特征可以实现局放的识别。虽然是实验室中利 用光测法来分析局放特征及绝

4、缘劣化机理等方面取得了很大进展。但由于光测法设备复 杂、昂贵、灵敏度低在实际中并未直接使用。尽管如此，光纤技术作为超声技术的辅助 手段应用于局放检测，将光纤伸入变压器油中，当变压器内部放生局放时，超声波在油 中传播，这种机械力波挤压光纤，引起光纤变形，导致光纤折射率和光纤长度发生变化, 从而光波被调制，通过适当的解调器即可测量出超声波，实现放电定位。1.3 电脉冲法电脉冲法又称脉冲电流法，通过检测阻抗、变压器套管末端接地线、外壳接地线、 铁芯接地线及绕组中由于局放引起的脉冲电流获得视在放电量。该方法是研究最早、应 用最广泛的一种检测方法。IEC对此制订了相应标准，但存在以下缺点：a、由于检测阻

5、抗和放大器对测量的灵敏度、准确度、分辨率及动态范围都有影响， 因此当试品电容量较大时，受耦合阻抗的限制，测试仪器的测量灵敏度也受到一 定限制。氏测试率低，一般小于1MHz ,包含的信息量少。G现场测试中容易受到外界干扰噪声的影响，抗干扰能力较差。电脉冲法的关犍技术是如何有效地识别和抑制干扰，将真正的局放信号提取。近 年来，人们在原有技术基础上又引入信号分析方法，包括小波理论、神经网络、指纹分 析、模糊诊断等方法，局放在线监测装置的性能有了进步，如德国AVO、L EMEC及澳 4西安电力科技大学西安电力科技大学大利亚虹项等局放在线监测装置，检测最小局放量达lOOpc,国内装置由于数字滤波技 术不

6、是很完善，只能检测3000pc局放量。1.4 射频检测法利用罗哥夫斯基线图从电气设备的中性点处取信号，测量的信号频率可达 30MHz ,提高了局放的测量频率。测试系统安装方便，检测设备不改变电力系统运行 方式。对三相变压器而言，得到的信号是三相局放量总和，无法进行分辨，信号容易受 外界干扰。随着数字滤波技术的发展，该法在局放在线监测中有较广泛的应用，尤其是 在发动机在线监测领域。1.5 超高频检测法针对传统检测方法的不足，近年来出现了一种新的检测方法一超高频检测法。超高频检测通过检测变压器内部局放产生的超高频(300-3000MHZ )电信号，实现局 部放电的检测和定位，达到抗干扰目的，局放放

7、电特高频在线监测系统如图所示:哥放放电特高频在线监测系统10西安电力科技大学1电力变压器；2特高频传感器；3通信电缆；4一特高频接收机；5采集卡和工控机系统每一次局放的发生都伴随一个陡的电流脉冲，并向周围辐射电磁波。研 究表明，变压器中局部放电脉冲上升时间基本为l2ns ,发射的电磁波中超高 频分量相当丰富。这些超高频成分可以用电容传感器或脉冲电流法不同，脉冲 电流法的频率测量范围一般不超过1MHz , UHF法的频率范围为30。3000 MHz。脉冲电流法中将试品看作一个集中参数的对地电容发生一次局放时,3品电容两端产生一个是瞬时的电压变化，通过耦合电容在检测阻抗中产生 脉冲电流。UHF法传

8、感器并非起电容耦合作用，而是接收超高频信号的天线。 超高频局放检测技术近年来得到了较快发展，在一些电力设备(如GIS 电缆)的检测中已得到应用。由于GIS结构为使用UHF法进行局放有利的条件，电磁波以波导的方式传播，有利于局放信号的检测，因此该方法 在GIS局放在线监测中起着较为重要的作用，起灵敏度可达到lpc° UHF法在 电机、电缆中也有较成功的应用，有的已形成产品。对电力变压器而言，局放 在变压器内油一隔板绝缘中，由于绝缘结构复杂，电磁波在其中传播时会发 生多次折射、发射及衰减，同时变压器内壁箱也会对电磁波的传播带来不利影 响，增加了局放超高频电磁波检测的难度，因此,深入研究油

9、一隔板绝缘和 箱壁对超高频电磁波传播机理的影响十分必要。2在线监测关键技术变压器局部放电在线监测技术主要解决现场噪声的抑制、局部放电模式识 别及局部放电的定位。现场噪声的抑制变压器正常运行时现场存在多种噪声干扰源，其中包括周期性干扰、白噪声干扰 及脉冲干扰。局部放电信号与干扰相比较弱，甚至相差几个数量级。因此，在检测中如 果不能有效地消除噪声干扰，局部放电信号就无法有效地分离出来。这是目前局部放电 在线监测中存在的最大难题°周期性干扰的抑制周期性干扰的频谱特征与局部放电信号的频谱特征有较大差异，因此，常采用频 域方法处理。主要包括IIR陷波滤波器、FFT秩滤波器、固定系数滤波器和理想

10、数字滤 波器等，通过频谱分析来确定各谐波成分，然后再进行滤波。近年来随着滤波技术的发 展，滤除周期性干扰的方法越来越多，如自适应滤波、非自适应滤波和小波分析方法等。 自适应滤波技术利用周期性干扰信号与局部放电脉冲的不同相关性，在测得的信号中插 入一定的延迟，通过自适应滤波器后就可以自动消除周期性干扰。自适应滤波不用预先 噪声干扰信息，一定程度上可以实现智能化。脉冲型干扰的抑制脉冲型干扰分为周期性脉冲干扰和随机性脉冲干扰。周期性脉冲干扰和局部 放电信号在频域上分布非常接近，时域的表现形式也基本相同。常用的消除周期性 脉冲干的方法有差动平衡法和脉冲极性鉴别法。这两种方法都是利用2个测量点间 的极性

11、行判别，如果是外来脉冲，表现为同极性z内部局部放电脉冲表现出反极性, 由此可以判断是局部放电信号还是周期性脉冲信号。在实际应用中，由于两路脉冲 干扰的来源和途径不同，导致两路脉冲干扰在相位、幅值和波形上有很大的差别， 造成电踣调整困难。由于变压器绕组为电感、电阻和电容组成的分布参数，传播途 径比较复杂，导致测得的两路脉冲不符合判别规律。随机脉冲干扰与局部放电信号 的特征也很相似，有些是外部放电信号，区分他们十分困造 目前常采用逻辑判断 和模式识别方式。逻辑判断主要是采用可以抑制周期型脉冲干扰的差动平衡法和脉 冲极性鉴别法z但只能抑制外部耦合的干扰。模式识别是根据不同脉冲的特征建 立各自的指纹库

12、，区分脉冲的类型，是一种很有效的方法，可靠性较高，但建立脉冲 指纹库工作量很大。利用差动平衡。法抗干扰的基本原理如图2所示。白噪声干扰的抑制白噪声信号是一均值为0的平稳随机信号，属宽带干扰信号，与局部放电信号混叠在 一起，用常规的频域分析方法很难将其分离开来。近年来一些数学家通过引入基于小波 的滤波方法对白噪声干扰进行滤除。小波去噪一般采用Shrinkage技术，设定一个门 限值把系数小于门限的值置为0 ,保留大于门限的鱼再经过反变换，得到去噪后的 信号。此方法具有实现简单、运算速度快、去噪效果好、波形失真小等优点。上述方法 对某种干扰可起到很好的抑制效果，但无法单独完全滤除现场所有噪声的干扰

13、。目前采 用分层式干扰抑制方法，可有效抑制现场的各种干扰。在变压器中，由于周期性干扰最 为严重，因此可以先滤除周期性干扰，然后再滤除白噪声和脉冲干扰，将检测到的局部 放电信号失真降到最小。局部放电模式识别最初的变压器局部放电在线监测设备对局部放电类型判定采用与离线检测相同 的方法，对局部放电的一些基本参数进行测量（如视在放电电荷、放电重复率、放电能 量等）。随着统计分析方法在局部放电模式识别上的应用，局部放电谱图作为一种重要 的分析方法得到重视。与传统的基本参数不同，放电谱图需要观察的基本参数不是一个 工频周期内的信息，而是一个比较长的时间段内基本参数的统计量。这个时间段一般要 大于100个工

14、频周期。放电谐图根据基本参数的变化大致可分成三类：随时间变化的 放电谱图;随工频相位变化的放电谱图；组合参数分布放电谱图。以时间为变量的局部放 电谱图反映了单个物理量测量值随时间的变化规律，不同的绝缘缺陷对应不同的变化 规律，以相位为变量的局部放电谱图反映了放电量及次数在工频周期内按相位的分布， 将0。360。的相位分成一定数目的相位窗，观察每个相位窗内的局部放电特性，从而 形成一个完整的包含所有相位的局部放电谱图。组合分布参数中的幅值分布和能量分布 反映了视在放电量和放电能量的分布密度，其密度大小不仅和放电源有关，而且和绝缘 的老化程度也有关。该方法需要通过有经验的专业人员分析，才能得出正确

15、的结果，在 现场推广有很大的难度。近年来，T学者利用局部放电谱图，提出了以其为统计参数 （也称指纹参数），描述谱图的正、负半个周期的统计特征。引入统计参数的目的是将繁 杂而且仅仅是定性的各种分布谱图用于定量分析，用定量的数值提取每个相应谱图的 特征精确分析和判断测量到的局部放电信号。(a)(b)差动平衡法抗干扰基本原理图（a）差动外界干扰；（b）内部放电；（c）局部放电定位技术合格的局部放电在线监测设备不仅能检测局部放电量，而且还应能准确判断局 部放电发生的位置为下一步检测做准备。目前，应用在变压器上的在线局部放电监测 定位方法主要有超声法，电气定位法和声一电联合法。电气定位法是利用变压器在特

16、定 频率范围内等值电路的特点、变压器绕组内部产生局部放电时首末端电压（或电流）比 值、放电点位置的关系，判定故障点位置的方法。超声定位是在电气设备外壁放置声波 传感器，探测辐射出的声能，对绝缘状态做出判断，并确定发生局部放电的位置。超声波 法不需采用高压电容器，不用其他电源提供电力，对电磁干扰完全免疫，在局部放电的 定位上是最灵敏的。结束语近几年来变压器局部放电的在线监测取得了很大的进展，已有多台在线监测仪 在现场应用，并取得了较好的效果，但距预期所要达到的目标还有一定的距离，不仅要 提高检测技术，而且要对局部放电机理、放电脉冲在变压器传播路径等理论进行深入的 研究。致谢感谢这段时间老师和同学们对我的指导学习，让我获益