第6讲-变压器局部放电在线检测

1、第第6讲讲 变压器局部放电的变压器局部放电的在线检测与故障诊断在线检测与故障诊断 唐志国唐志国Telhp); 51971617(o)办公室：办公室：教教5楼楼D325Email：高电压与电磁兼容研究所监测手段油色谱监测局部放电的监测油温的监测微水监测套管介损的监测有载调压开关监测寿命监测铁心接地电流监测绕组变形的监测主要内容局部放电测量基础 什么是局部放电 局部放电的主要特征 如何检测局部放电 局部放电的模式识别变压器局部放电的检测技术 检测方法 在线检测技术局部放电的成因制造过程中的局部缺陷（如气泡、裂缝、悬浮导电质点和电极毛刺等） 正是这些缺陷会造成绝缘体内部或表

2、面出现某些区域电场强度高于平均电场强度，当这些区域的击穿场强低于平均击穿场强时，将会首先发生放电、而其它区域仍保持绝缘特性，从而形成局部放电 。绝缘在电、热、机械等应力长期作用下产生的老化局部放电的劣化机理局部放电引起介质劣化和损伤的机理是多方面的，主要包括三种效应：（1）带电质点(电子和正、负离子)对介质表面的撞击，切断分子构造；（2）由于带电质点撞击介质，在放电点引起介质局部温度上升，使介质加速氧化，导致材料的机械、电气性能下（3）局部放电产生的活性生成物对介质的氧化作用使介质逐渐劣化。 目前无论是研究机构、制造厂商，还是电力系统运行部门，都愈来愈关心局部放电检测技术的发展，并广泛地把局部

3、放电测量作为质量监控的重要指标。国际电工委员会(IEC)和我国都在局部放电的测量原理、方法及各类设备允许放电量等方面制定了标准. IEC-60270-2000；GB/T 7354-2000国内外制造厂商均将局部放电测量作为出厂试验项目，以控制产品的质量。 局部放电基础局部放电基础 放电脉冲放电脉冲(Partial Discharge，缩写为，缩写为PD)可用合适的检测电路测量到的电流或电压脉冲 放电重复率放电重复率测量时间内平均每单位时间内的脉冲次数 放电起始时间放电起始时间ti电压过零点到放电起始时的时间）放电起始相位放电起始相位 i = 360 (ti / T)局部放电基础局部放电基础 视

4、在电荷量视在电荷量 (Apparent charge q )(Apparent charge q )在局部放电时，绝缘体施加电压的两端上出现脉动电荷称为视在放电电荷。视在放电电荷的大小是这样测定的：将模拟实际放电的瞬变电荷注入试样施加电压的两端，在此两端出现的脉冲电压与局部放电时所产生的脉冲电压相同，则注入的电荷量即为视在放电电荷量，单位用pC表示。 绝缘内的电场分布绝缘内的电场分布开始外加电压时空穴内没有初始电荷绝缘内的电场分布绝缘内的电场分布空间电荷改变了电场分布=绝缘体其他部分的电场增强并使其劣化几率增加绝缘缺陷的电气模型绝缘缺陷的电气模型经典三电容模型空穴放电空穴放电 空穴上的电压 V

5、c降到0 击穿时， Cc放电释放出能量 Ca向Cb提供能量Va = Vb + VcVc = 0Va1 = Vb1视在放电量估计视在放电量估计视在放电量估计视在放电量估计局部放电的检测方法局部放电的征兆及检测方法电磁辐射电磁辐射射频射频声子声子超声波超声波 电荷迁移电荷迁移-电流脉冲电流脉冲(脉冲电流法脉冲电流法)PD材料分解材料分解(DGA方法方法)光发射光发射(光测法光测法)产生热量产生热量(测温法测温法)气相色谱法(DGA)化学检测法(罗杰斯比值法)优点：受外界电磁干扰影响相对较小，准确度较高缺点：油气分离时间长，实时性差，对突发性故障不灵敏脉冲电流法当变压器内部出现局部放电时，在出现脉冲

6、电流信号的出线端、套管末屏接地线、铁芯接地线等处，利用电流传感器在这些点测量局部放电脉冲电流信号并进行分析，这种方法称为脉冲电流法。 脉冲电流法主要利用局部放电频谱的较低频段部分，一般为数kHz到数百kHz 。常规电流传感器采用电耦合的方式，包括RC和RLC两种检测阻抗，RC型检测阻抗一般是宽带测量，多用于试验研究；RLC型检测阻抗多串接在变压器套管末屏接地线，作为窄带测量。 脉冲电流法宽带的检测频带变化较大，一般在200400kHz ,具有脉冲分辨率高，但信噪比低窄带的检测频带一般为15kHz,中心频率在1MHz以内，具有灵敏度高、抗干扰能力强，但输出波形畸变严重。在线检测时，目前普遍采用的

7、是罗果夫斯基线圈。检测灵敏度高、视在电荷量可标定抗干扰能力差广泛用于变压器型式试验、预防和交接试验、变压器局部放电实验研究超声波(AE)法检测局放产生的声发射优点：不影响电气主设备的安全运行，受电磁干扰影响较小缺点：声波阻抗复杂，超声波信号传播途径复杂、衰减严重，检测灵敏度较低其他方法光纤技术 光纤超声波法 测量原理：当局部放电的超声波信号传播到光纤上时会发生碰撞从而使光纤发生形变，紧接着导致光纤的长度和折射系数发生变化。光波在光纤中传播时受到超声信号的相位调制，然后采用合适的调制解调器把局放的超声波信号提取出来 光测法 测量局部放电产生的光来探测局放 尽管在实验室里采用光学技术对电气设备的局

8、部放电和老化等做了许多有用的研究，但该技术达到现场应用还有很大的距离。造成这种局限的主要原因变压器结构复杂，不透光，且有光学设备的造价高 其他技术红外测温法 红外检测是基于局部放电点的温度升高，利用红外探测仪的热成像原理实现热点测量。目前针对变压器外部故障（包括导体连接不良、漏磁引起的箱体涡流、冷却装置故障和变压器套管故障等）是有效的 由于变压器结构和传热过程的复杂性，要利用红外成像方法直接检测变压器本体内部的局部放电是十分困难的。UHF法高频RF检测、超宽带(300M-3000MHz)国外KEMA公司，Deft大学、法国Alstom公司、英国Strathclyde大学；国内清华大学、西安交通

9、大学、华北电力大学、重庆大学等都展开了大量的理论和工程探索，大大推动了该方法的研究和应用优点：灵敏度高、抗电晕干扰抗电晕干扰、非接触式检测，更安全，适合在线，理论上可定位缺点：发展不完善，诊断判据、定位（变压器）技术都有待于进一步发展局部放电测量系统局部放电测量系统 脉冲电流法测量电路脉冲电流法测量电路 数字化局部放电测量系统数字化局部放电测量系统 电场耦合测量系统电场耦合测量系统标准电路标准电路 “1”检测单元与耦合电容串联标准测量电路标准测量电路 “1”标准测量电路标准测量电路 “2” 检测单元与被测试品串联桥式测量电路桥式测量电路局部放电测量系统局部放电测量系统数字化局部放电测量系统数字

10、化局部放电测量系统独立数字化检测系统 模拟探测器及便携式系统谱图的谱图的2D显示显示谱图的谱图的3D显示显示系统的模式识别系统的模式识别磁场测量探头磁场测量探头磁场方式检测局部放电磁场方式检测局部放电电场测量探头电场测量探头局部放电的电场测量局部放电的电场测量局部放电的模式识别局部放电的模式识别电晕放电电晕放电发生部位发生部位: 高压导体尖端、毛刺高压导体尖端、毛刺 地电极尖端等、毛刺地电极尖端等、毛刺电晕放电电晕放电特点特点: 始发生负脉冲（针电极始发生负脉冲（针电极”+”，板电极，板电极”-”） 更高电压下，产生正脉冲，且幅值较大更高电压下，产生正脉冲，且幅值较大 发生在电压峰值处发生在电

11、压峰值处 随电压增加，放电重复率增大随电压增加，放电重复率增大电晕放电的谱图电晕放电的谱图 (高压端为针电极高压端为针电极)电晕放电的谱图电晕放电的谱图 (地电极为针电极地电极为针电极)沿面放电沿面放电发生位置发生位置: 套管套管 电缆终端、接头电缆终端、接头 发电机线圈发电机线圈沿面放电沿面放电特征特征: 正负半周均有放电正负半周均有放电 发生在零点与峰值之间发生在零点与峰值之间 峰值点后无放电现象峰值点后无放电现象 可沿放电通道延伸可沿放电通道延伸 脉冲幅值高于气泡或空气间隙放电脉冲幅值高于气泡或空气间隙放电沿面放电谱图沿面放电谱图内部放电（内部放电（空穴型放电空穴型放电）位置位置: 固体

12、或液体绝缘中充气的空隙部位固体或液体绝缘中充气的空隙部位主要原因气体绝缘低电气强度气隙中电场增强内部放电内部放电特点特点: 两半周均有放电，波形基本对称两半周均有放电，波形基本对称 多发生在零点与峰值之间多发生在零点与峰值之间 电压增加，幅值无明显变化，放电密度加大电压增加，幅值无明显变化，放电密度加大内部放电内部放电内部放电谱图内部放电谱图悬浮放电悬浮放电位置位置: 分接引线、导线接头连接不良等分接引线、导线接头连接不良等因加工损伤而刮伤的金属屑因加工损伤而刮伤的金属屑螺栓松动等螺栓松动等安装中遗落的金属组件等安装中遗落的金属组件等特点特点加压到一定程度，放电突然出现，放电幅值、间隔大体相等

13、随电压升高，脉冲出现的频率加快，幅值则基本不变。统计谱图呈现比较典型的“柱状”分布，放电几乎遍布所有相位，电压峰值后发生较少 悬浮放电悬浮放电悬浮放电统计谱图悬浮放电统计谱图Qmax统计谱图 N统计谱图 监测仪器清华大学JFY-2型局放在线监测：测量系统放在变压器旁的保温屏蔽箱中，微机放在主控室，用光缆传数据。此系统采用了带通滤波，差动平衡，极性鉴别，逻辑判断，声电联合等抑制干扰。已在500KV变电站试运行。电科院PDM2000型：已在葛洲坝电厂的两台主变和一台电抗器上试运行。DST型便携式采用声电联合，可定位。武高所便携式JFD-1变压器超声波自动定位系统：采用双曲面定位法，可同时监测八路以

14、上的信号。东北电科院和四川中试所美国Diagnostic Devices Inc的FD2-EPT超声定位仪局部放电的局部放电的UHF检测检测局部放电定位方法电气法超声波法UHF法定位方法评价超声波定位法 原理：利用放电产生的超声信号和电脉冲信号之间的时延，或直接利用各超声信号的时延，假定声波直线传播，根据各传感器坐标及所测时延，采用最小二乘原理求解等值波速及PD位置。 局限性： 声波在变压器结构内衰减严重，许多情况下难以保证传感器有效地检测到PD信号，造成定位失败。（据现场人员介绍，超声定位成功率仅为30%） 变压器结构复杂，超声波信号在不同介质中的等值声速难以准确确定，加之定位算法不尽完善，

15、造成定位不准定位方法评价电气定位法 根据局放脉冲沿变压器绕组传播规律 (如电容性分量与行波分量到达时延、绕组两端电容分量之比或检测信号频谱特征等)进行定位的方法。 电气法定的是局放发生的电气位置而非几何位置 目前，实际中很少采用电气法。其主要原因在于： 对变压器绕组精确建模难度较大、工作繁琐，通用性差 变压器绕组结构复杂，局部放电发生部位的不同，传播到绕组端部的脉冲规律性不强 现场电磁干扰强烈，该方法在线应用受限制。定位方法评价超声波与RF联合检测定位 原理：以局放射频信号作为触发基准，测量放电信号传播时延进行定位。此外，还有采用基于特高频和超声波相控接收阵的新方法 特点：以局放射频信号作为触

16、发可解决现场难以获取脉冲电流信号的问题。 该技术的关键在于解决超声波检测灵敏度的问题，以及变压器结构对声波波速严重影响的问题。关于该方法的实际效果还有待于接受工程实践的检验。特高频(UHF)定位方法背景 2003年，英国学者Judd提出采用UHF法基于最短光程原理对变压器局放进行定位的思想。即利用多UHF传感器检测PD信号的时延，结合波传播的最短路径搜索，确定放电位置。传感器安装示意图；其中L1,L2,Lm为从放电源到各传感器的信号传播时延最短的路径长度最短传播路径的三维显示基于UHF的变压器局部放电定位技术 变压器变压器UHF局放定位的传感器平面阵列布置方案局放定位的传感器平面阵列布置方案

17、4个传感器布置在放电的同侧 在铁心两侧各装一组传感器，可实现全空间定位阵列的优点避免铁心影响算法只考虑直线传播问题各传感器接收信号的波形相似度高，有利于提高时延的精度时间差定位算法辐射源P(x，y，z)到传感器Si ( xi , yi , zi )的传播时间ti满足 (1)传感器Si 与参考传感器S1的相对时差为1i tit1 ( i = 1 , m ; m 4) (2)通过4个测出3个相对时差1i并列出3个时间差方程用Newton迭代法求解该方程组即求得放电点坐标 czzyyxxtiiii/)()()(222算法的几何解释S1S4S3S24个传感器-3个时间差，即有3个空间双曲面，其交点即为PD位置变压器局放UHF定位系统4路短探针单极天线4个1G-6GHz宽带放大器LeCroy Wavemaster 8620示波器，6GHz，20GS/s，示波器建立时间约58ps定位试验模型压电打火注入，单极探针发射悬浮放电针板放电气泡