电气设备故障诊断-变压器局部放电在线监测

1、变压器局部放电变压器局部放电 的在线监测的在线监测变压器局部放电的在线监测变压器局部放电的在线监测目录目录u1.概述概述u2.局部放电信号的检测局部放电信号的检测u3.监测灵敏度和抗干扰技术监测灵敏度和抗干扰技术u4.放电量的在线标定放电量的在线标定u5.放电源的定位放电源的定位l局部放电的概念局部放电的概念当外加当外加电压电压在电气设备中产生的场强，足以使绝缘在电气设备中产生的场强，足以使绝缘部分区域发生放电，但在放电区域内未形成固定放电部分区域发生放电，但在放电区域内未形成固定放电通道的这种放电现象通道的这种放电现象l危害危害局部放电会使绝缘逐步受到侵蚀和损伤。局部放电会使绝缘逐步受到侵蚀

2、和损伤。l监测方法监测方法 油中溶解气体分析；油中溶解气体分析； 专门的局部放电监测方法。专门的局部放电监测方法。1.1.概念概念1.1 1.1 变压器局部放电的监测方法变压器局部放电的监测方法电测法电测法 脉冲电流法脉冲电流法 非电测法非电测法 油中气体分析、红外监测、光测法和油中气体分析、红外监测、光测法和声测法声测法1.1.脉冲电流法脉冲电流法u原理原理 利用局部放电所产生的利用局部放电所产生的脉冲信号脉冲信号，即测量因放电，即测量因放电时电荷变化所引起的脉冲电流。它是离线条件下测时电荷变化所引起的脉冲电流。它是离线条件下测量电气设备局部放电的基本方法，也是在线监测局量电气设备局部放电的

3、基本方法，也是在线监测局部放电的主要手段。部放电的主要手段。 u特点特点 优点：优点：灵敏度高、放电量可以标定。灵敏度高、放电量可以标定。 缺点缺点：由于现场严重的电磁干扰将大大降低监测灵敏度由于现场严重的电磁干扰将大大降低监测灵敏度和信噪比。和信噪比。1.1 1.1 变压器局部放电的监测方法变压器局部放电的监测方法2.2.声测法声测法u原理原理 利用局部放电时发出的利用局部放电时发出的声波声波来进行测量，是应用来进行测量，是应用最广泛的非电测法测量局放方法。最广泛的非电测法测量局放方法。u特点特点 优点：优点：基本上不受现场电磁干扰的影响，信噪比高，可基本上不受现场电磁干扰的影响，信噪比高，

4、可以确定放电源的位置。以确定放电源的位置。缺点缺点：灵敏度低且不能确定放电量。灵敏度低且不能确定放电量。声测法和脉冲电流法配合使用，能扬长避短、各取所长声测法和脉冲电流法配合使用，能扬长避短、各取所长，是局部放电的重要监测手段。，是局部放电的重要监测手段。1.1 1.1 变压器局部放电的监测方法变压器局部放电的监测方法1.21.2变压器局部放电在线监测系统变压器局部放电在线监测系统目录目录u1.概述概述u2.局部放电信号的检测局部放电信号的检测u3.监测灵敏度和抗干扰技术监测灵敏度和抗干扰技术u4.放电量的在线标定放电量的在线标定u5.放电源的定位放电源的定位2.1 2.1 脉冲电流法信号检测

5、脉冲电流法信号检测传感器传感器种类：穿心式高频电流互感器型（种类：穿心式高频电流互感器型（CTCT型型）分类（带宽）：分类（带宽）： 窄带型（谐振型）：几十千赫；窄带型（谐振型）：几十千赫； 宽带型：几百千赫。宽带型：几百千赫。 材料：铁淦氧材料：铁淦氧 要求：高灵敏度、高信噪比，有较强的要求：高灵敏度、高信噪比，有较强的抗工频磁饱抗工频磁饱和能力和能力2.1 2.1 脉冲电流法信号检测脉冲电流法信号检测2.1 2.1 脉冲电流法信号检测脉冲电流法信号检测多个检测传感器（多个检测点）的目的：多个检测传感器（多个检测点）的目的： 多方面测量局部放电，以便判断放电部位；多方面测量局部放电，以便判断

6、放电部位； 抑制现场干扰的需要，有时需要两个或更多信号比较，抑制现场干扰的需要，有时需要两个或更多信号比较，如：极性鉴别系统。如：极性鉴别系统。2.2 2.2 声测法信号检测声测法信号检测1.1.局部放电声波的局部放电声波的检测频率检测频率声波是一种机械振动波，它是当发生局部放电时，在放电区域声波是一种机械振动波，它是当发生局部放电时，在放电区域中分子间产生剧烈的撞击，这种撞击在宏观上产生了一种压力中分子间产生剧烈的撞击，这种撞击在宏观上产生了一种压力所形成。所形成。 局部放电由一连串脉冲形成，由此产生的声波也是由脉冲形成局部放电由一连串脉冲形成，由此产生的声波也是由脉冲形成，它的频谱范围很广

7、，为，它的频谱范围很广，为1010107Hz107Hz数量级范围。研究表明，数量级范围。研究表明，变压器局部放电声波的主频率范围变压器局部放电声波的主频率范围3030180kHz180kHz。 变压器的噪声：巴克豪森噪声的频率在变压器的噪声：巴克豪森噪声的频率在20kHz20kHz以内；磁声发射以内；磁声发射的频率分布在的频率分布在202065kHz65kHz；机械振动、风扇振动等频率一般都；机械振动、风扇振动等频率一般都在数千赫兹以内。在数千赫兹以内。 所以，所以，声发射传感器声发射传感器的检测频带大致在的检测频带大致在7070180kHz180kHz间。间。2.2 2.2 声测法信号检测声

8、测法信号检测2.2.局部放电声波的局部放电声波的传播传播局部放电产生的声波可以看成局部放电产生的声波可以看成点声源点声源，以球面波形式向，以球面波形式向四外传播。由于变压器油和凡士林油都只能传播纵波（四外传播。由于变压器油和凡士林油都只能传播纵波（纵波的介质质点振动方向与声波的传播方向是一致的，纵波的介质质点振动方向与声波的传播方向是一致的，而横波则与之垂直），故而横波则与之垂直），故声发射传感器在变压器外壳上声发射传感器在变压器外壳上接收到的是纵波接收到的是纵波。 声波在不同媒质中的声波在不同媒质中的传播速度传播速度不同：不同：2.2 2.2 声测法信号检测声测法信号检测2.2 2.2 声测

9、法信号检测声测法信号检测 2.2.局部放电声波的局部放电声波的传播传播界面衰减：界面衰减：当声波从一种媒质传播到另一媒质时，由于当声波从一种媒质传播到另一媒质时，由于声特性阻抗不匹配造成反射而致。衰减大小可用声特性阻抗不匹配造成反射而致。衰减大小可用反射系反射系数数R R来表示。特性阻抗相差越小，反射系数来表示。特性阻抗相差越小，反射系数R R越小，检测越小，检测灵敏度越高灵敏度越高（声发射传感器与变压器外壳之间涂上一层（声发射传感器与变压器外壳之间涂上一层凡士林油）凡士林油）。2.2 2.2 声测法信号检测声测法信号检测 2.2.局部放电声波的局部放电声波的传播传播 声波在同一媒质中传播也会

10、衰减（衰减的大小与声波频声波在同一媒质中传播也会衰减（衰减的大小与声波频率有关，频率越高衰减越大）。率有关，频率越高衰减越大）。 声波经传播到达传感器需要时间，电信号到达电流传感器几声波经传播到达传感器需要时间，电信号到达电流传感器几乎不需要时间。则电流和声传感器同时检测局部放电时，声信乎不需要时间。则电流和声传感器同时检测局部放电时，声信号将迟后于电信号号将迟后于电信号t t，这个时延可用来确定，这个时延可用来确定放电源的放电源的位置位置。2.2 2.2 声测法信号检测声测法信号检测 3.3.声测法的检测声测法的检测灵敏度灵敏度u声发射传感器的关键元件是声发射传感器的关键元件是锆钛酸铅压电晶

11、体锆钛酸铅压电晶体（将声波转换成（将声波转换成一定频率的电信号），选择原则：灵敏度大。一定频率的电信号），选择原则：灵敏度大。 u局放在液体材料中产生声波的声压较大，例如油中比空气中声局放在液体材料中产生声波的声压较大，例如油中比空气中声压约大压约大2 2万倍，故用声测法检测变压油中的局放是较灵敏的。万倍，故用声测法检测变压油中的局放是较灵敏的。 u若局部放电发生在油浸固体材料中的气隙或油中气隙，由于声若局部放电发生在油浸固体材料中的气隙或油中气隙，由于声波的衰减或被反射，检测灵敏度将大大降低。波的衰减或被反射，检测灵敏度将大大降低。 u总体来说，总体来说，由于变压器具有较复杂的绝缘结构，声测

12、法检测局由于变压器具有较复杂的绝缘结构，声测法检测局部放电的灵敏度不高。部放电的灵敏度不高。 u措施：声发射传感器后往往措施：声发射传感器后往往紧接紧接有放大、滤波装置，对声发射有放大、滤波装置，对声发射传感器信号进行预处理。传感器信号进行预处理。2.3 2.3 监测信号的监测信号的A/DA/D转换转换对于对于7070180kHz180kHz的被测局部放电信号应采用高速采的被测局部放电信号应采用高速采样系统。样系统。 一般采样频率应为信号频率的一般采样频率应为信号频率的1010倍以上，即倍以上，即7007001800kHz1800kHz目录目录u1.概述概述u2.局部放电信号的检测局部放电信号

13、的检测u3.监测灵敏度和抗干扰技术监测灵敏度和抗干扰技术u4.放电量的在线标定放电量的在线标定u5.放电源的定位放电源的定位3.1 3.1 局放在线监测的灵敏度要求局放在线监测的灵敏度要求 定义：定义：在线条件下监测系统能够测到或辨识的在线条件下监测系统能够测到或辨识的最小放电最小放电量量。从实际使用情况考虑，监测系统应能达到测出。从实际使用情况考虑，监测系统应能达到测出危险危险放电量放电量的灵敏度。的灵敏度。 根据国内外运行经验，电力变压器的局部放电量在数千皮库时根据国内外运行经验，电力变压器的局部放电量在数千皮库时仍可继续安全运行，当达到仍可继续安全运行，当达到10000pC10000pC

14、及以上时则应引起严重注及以上时则应引起严重注意，此时绝缘可能存在明显的损伤。意，此时绝缘可能存在明显的损伤。 从能监测出设备最小的危险放电量考虑，在线监测的灵敏度至从能监测出设备最小的危险放电量考虑，在线监测的灵敏度至少应在数千皮库，例如少应在数千皮库，例如400040006000pC6000pC。 一般情况下，变电站的干扰水平可达到数万甚至百万皮库。例一般情况下，变电站的干扰水平可达到数万甚至百万皮库。例如如500kV500kV线路电晕的干扰水平可能达到线路电晕的干扰水平可能达到l l4 4l04pCl04pC。3.2 3.2 干扰来源分析干扰来源分析3.2 3.2 干扰来源分析干扰来源分析

15、干扰的传播途径干扰的传播途径 从监测系统的工频电源进入，故监测系统电源宜由从监测系统的工频电源进入，故监测系统电源宜由隔离变压器隔离变压器加上加上低通滤波器低通滤波器供电以抑制干扰。供电以抑制干扰。 通过电磁耦合进入监测系统，故监测系统包括连线通过电磁耦合进入监测系统，故监测系统包括连线应很好地应很好地屏蔽屏蔽。利用光电隔离和光纤传输信号也可。利用光电隔离和光纤传输信号也可减少电磁耦合引起的干扰。减少电磁耦合引起的干扰。 通过传感器（即检测元件）进入，它和局部放电的通过传感器（即检测元件）进入，它和局部放电的信号混叠在一起，上述方法不能抑制这个干扰通道信号混叠在一起，上述方法不能抑制这个干扰通

16、道，需采取其它技术措施。，需采取其它技术措施。3.3 3.3 局部放电抗干扰技术局部放电抗干扰技术1.1.选择合适的检测频带，以避开现场的主要干扰频带。选择合适的检测频带，以避开现场的主要干扰频带。 对固定式系统，可在现场实测确定干扰频带。对固定式系统，可在现场实测确定干扰频带。 设置多个检测频带。设置多个检测频带。2.2. 差动平衡系统差动平衡系统抑制共模干扰。抑制共模干扰。 现场两台完全一致（或基本一致）的变压器；现场两台完全一致（或基本一致）的变压器； 现场只有一台变压器（或两台变压器结构差别极大）。现场只有一台变压器（或两台变压器结构差别极大）。窄带型监测系统窄带型监测系统3.3 3.

17、3 局部放电抗干扰技术局部放电抗干扰技术3.3.脉冲极性鉴别。脉冲极性鉴别。 现场两台完全一致（或基本一致）的变压器；现场两台完全一致（或基本一致）的变压器； 现场只有一台变压器：以第一个半波（即电容分量）作为现场只有一台变压器：以第一个半波（即电容分量）作为极性鉴别的判据；在信号进入鉴别系统之前先对周期性干极性鉴别的判据；在信号进入鉴别系统之前先对周期性干扰进行滤波，以保证鉴别的灵敏度。扰进行滤波，以保证鉴别的灵敏度。4.4. 平均技术平均技术常用于声测法的抗干扰。常用于声测法的抗干扰。5.5. 数字滤波技术数字滤波技术目录目录u1.概述概述u2.局部放电信号的检测局部放电信号的检测u3.监

18、测灵敏度和抗干扰技术监测灵敏度和抗干扰技术u4.放电量的在线标定放电量的在线标定u5.放电源的定位放电源的定位4.4.放电量的在线标定放电量的在线标定u目的：目的：定量定量给出局部放电给出局部放电视在放电量视在放电量的数值的数值 u原理：原理：Qa= UCX Qa= UCX u放电量的在线标定方法放电量的在线标定方法 阻抗法阻抗法 脉冲电荷耦合法脉冲电荷耦合法 套管末屏注入法套管末屏注入法4.4.放电量的在线标定放电量的在线标定 视在放电量视在放电量是指在试品两端注入一定电荷量，使试是指在试品两端注入一定电荷量，使试品端电压的变化量和局部放电时端电压变化量相同，此品端电压的变化量和局部放电时端

19、电压变化量相同，此时注入的电荷量即称为局部放电的视在放电量，以皮库时注入的电荷量即称为局部放电的视在放电量，以皮库（pCpC）表示。）表示。 实际上，实际上，视在放电量与试品实际点的放电量并不视在放电量与试品实际点的放电量并不相等相等，但后者不能直接测得。视在放电量的大小除了与，但后者不能直接测得。视在放电量的大小除了与真实放电量的大小有关外尚与放电位置有关。放电位置真实放电量的大小有关外尚与放电位置有关。放电位置直接影响到对变压器的危害程度及以后的处理方案。尤直接影响到对变压器的危害程度及以后的处理方案。尤其是视在放电量较大的变压器更应密切注意放电位置。其是视在放电量较大的变压器更应密切注意

20、放电位置。4.1 4.1 放电量的在线标定方法放电量的在线标定方法-阻抗法阻抗法u原理原理 在停电时，将待测设备的接地解开，并接入在停电时，将待测设备的接地解开，并接入小小电阻电阻R ( R1/CR ( R1/CX X) )和和快速开关快速开关K K。 在带电运行中测定。若试品在带电运行中测定。若试品C CX X发生局部放电，发生局部放电，其两端会出现瞬时电压其两端会出现瞬时电压U U，则，则C CX X的视在放电量的视在放电量： 若开关若开关K K在在电容电流的幅值电容电流的幅值处打开，则处打开，则R R上建立上建立的脉冲电压幅值为：的脉冲电压幅值为： 相当于在相当于在C CX X上注入了电

21、荷：上注入了电荷： 可由可由CTCT来测量来测量QaQa引起的脉冲电流引起的脉冲电流4.1 4.1 放电量的在线标定方法放电量的在线标定方法-阻抗法阻抗法优点优点 u偏差小（与国标规定的偏差小（与国标规定的离线标定法相离线标定法相比偏差在比偏差在6 6以内）。以内）。 u缺点缺点 需要更改设备接地运行方式，现场实现有困难。需要更改设备接地运行方式，现场实现有困难。4.24.2放电量的在线标定方法放电量的在线标定方法-脉冲电荷耦合法脉冲电荷耦合法原理原理 4.24.2放电量的在线标定方法放电量的在线标定方法-脉冲电荷耦合法脉冲电荷耦合法原理原理 4.24.2放电量的在线标定方法放电量的在线标定方

22、法-脉冲电荷耦合法脉冲电荷耦合法特点特点 实现稍微复杂；实现稍微复杂； 校正系数校正系数K K不容易得到；不容易得到； 与离线标定相比偏差在与离线标定相比偏差在1212左右；左右； 此法注入（传感器耦合注入）的脉冲波形和国标规定的离线下注入此法注入（传感器耦合注入）的脉冲波形和国标规定的离线下注入的波形不同，这将影响标定的准确度。的波形不同，这将影响标定的准确度。 4.24.2放电量的在线标定方法放电量的在线标定方法-套管末屏注入法套管末屏注入法原理原理 优点优点 简单、实用，简单、实用，常用于实际的在线校准。常用于实际的在线校准。 缺点缺点 L L和和C CB2B2的加入，加重了方波发生器的

23、负载，引起方波波形改变。与的加入，加重了方波发生器的负载，引起方波波形改变。与离线相比，误差较大，约离线相比，误差较大，约10102020。目录目录u1.概述概述u2.局部放电信号的检测局部放电信号的检测u3.监测灵敏度和抗干扰技术监测灵敏度和抗干扰技术u4.放电量的在线标定放电量的在线标定u5.放电源的定位放电源的定位5. 5. 放电源的定位放电源的定位放电源的定位方法放电源的定位方法 电信号定位电信号定位 声信号定位声信号定位 声声- -电联合定位电联合定位5. 5. 放电源的定位放电源的定位-电信号定位电信号定位u原理原理 将变压器的各绕组分成若干段，通过与中性点信号的同步采将变压器的各绕组分成若干段，通过与中性点信号的同步采样，确定其与套管首端检测信号的时间差样，确定其与套管首端检测信号的时间差tt，由此可大致将，由此可大致将故障点定位在某个区域。故障点定位在某个区域。 u特点特点 目前主要用于目前主要用于离线离线故障定位；故障定位； 可确定放电量。可确定放电量。5. 5. 放电源的定位放电源的定位-声信号定位声信号定位u