基于uhf法的在线变压器局部放电检测

基于uhf法的在线变压器局部放电检测

0局部放电测量检测脉冲电流法广泛应用于压力场的局部放电测量中。传统方法不易解决现场干扰问题,除一般性干扰信号外,电网中的电晕信号和开关动作等产生的瞬态脉冲信号是变压器局部放电测量的最重要干扰,它们与局部放电信号特征相似且幅值较高,淹没被测信号,严重影响局部放电测量。国内外局部放电检测抗干扰工作取得了一些成效,但在线局部放电测量的抗干扰问题仍未圆满解决。超高频(UHF)法抗干扰能力强,广泛用于GIS(SF6封闭组合电器)局部放电检测。GIS和变压器局部放电信号的幅频特征相似,本文在实验室模拟实验UHF法的基础上对现场220kV电压等级的电力变压器实现了在线检测。1开硬件环境,保证信噪比变压器油及油/纸绝缘中的局部放电信号频谱范围宽,其超高频电磁波信号可达数百甚至数千MHz。而现场干扰信号的频谱范围一般<300MHz,且在传播过程中衰减很大,若检测局部放电产生的数百MHz以上的电磁波信号,则可有效避开电晕等干扰,大大提高信噪比。但需设计专用的UHF探头,探头一般需要预埋或伸进变压器油中。1.1信号测量系统图1为UHF法检测局部放电实验示意图。图中,试品S为有机玻璃;O为有机玻璃容器中的纯净变压器油;T为无晕试验变压器;Ck为约2000pF无晕耦合电容;E为高压电极,G为地电极。信号测量系统包括UHF探头、放大器(放大增益约30dB)及数字存储示波器等。探头贴在容器外壁,接收到的信号送入采样频率2GHz,频带500MHz的示波器,用DST-3型局放仪测量局放脉冲电流,放大处理后送入示波器。实验变压器高压出线端缠绕若干匝细导线,实验电压>10kV时,局放仪明显电晕干扰,而超高频信号测量回路未受影响。(1)极形貌有机玻璃试品厚约6mm,内置直径1mm的5个球形小气隙,E、G电极均为圆板形。图2为实验电压15kV(略高于放电的起始电压)时的气隙局部放电波形,其中,CH1为UHF信号波形,最大幅值约50mV;CH2为脉冲电流波形,最大幅值约600mV;正弦波为实验电压参考波形。(2)kv略高于放电的初始电压高压电极E换成针尖,与地电极间为一厚2mm有机玻璃。图3为实验电压12kV(略高于放电的起始电压)时尖电极附近油间隙局部放电波形,通道1为UHF信号波形,最大幅值约160mV;通道2为局部放电脉冲电流波形,最大幅值约1100mV,正弦波为实验电压参考波形。1.2油间局部放电测试用110kV电磁PT铁心和线圈模拟单相变压器(见图4),模型置于盛满变压器油的壁厚3mm,800mm×650mm×450mm的铁箱中,模型高压侧线圈距箱壁约100mm。剥去高压线圈的部分外绝缘(纸筒)并在线圈上缠绕若干匝细导线,通过局部放电仪观测试品局部放电信号。图5为变压器模型实验接线示意图,低压感应加压。铁箱上盖打开,探头置于在铁箱上方距油面约8cm处,高压15.6kV时,可见明显的油放电信号,幅值约200mV,方波校正放电量约100pC。测量局部放电脉冲电流时观察到UHF信号幅值约80mV。根据模拟绝缘缺陷状况及局部放电波形,可判断放电为油间隙局部电场偏高部位产生的局部放电。图6为单次脉冲波形及其频谱,具有放电信号的一般特征,频谱主要集中在300～900MHz间。3变压器表面放电在线检测的关键是探头安装。变压器箱体屏蔽作用良好,利于提高测量系统的抗干扰能力。探头宜内置安装,有3种方式:一是放油阀安装方式,通过放油阀将探头伸入变压器油中,它不影响变压器的正常运行;二是人孔安装方式,探头安装在变压器人孔(或手孔)端盖上,需在变压器大修或放油处理时实施;三是预制方式,变压器出厂前预制探头。本文选择放油阀安装方式。被测在运变压器SFPPSZ9-120000/220为1997年投运,不久即发现C2H2缓慢增长而总烃等正常(见表1),此前该变曾两次滤油处理。分析认为,该变压器无局部过热而C2H2持续缓慢增长,说明内部存在某种形式高能量放电,但变压器本体及有载分接开关的一系列检查和试验(包括图7所示现场局部放电试验)均未发现异常。目前只能采取油色谱跟踪运行。图8为超高频探头现场安装照片,该探头直接与变压器油相接触。除依赖于变压器外壳的屏蔽作用外,测量系统还对可能遭受现场电磁干扰的环节采取了一系列抗干扰措施,如超高频探头与变压器放油阀的连接处以及数据采集系统等。实测表明,测量系统基本上未受到现场电磁信号的干扰,测量系统自身的噪声扰水平<30mV。数天连续监测中观测到若干次超高频信号,信号时间间隔较长,幅值约120～140mV,图9为一典型信号波形。根据波形特征可认为该信号为放电超高频信号。结合表1分析结果以及对该变压器进行的一系列检查和试验判定该变压器内部可能存在间歇性放电,而且能量较大、间隔时间长。受现场实际运行情况所限,目前未能对变压器进行吊罩检查。4油/纸缘局部放电灵敏度a.与GIS局部放电测量类似,UHF法可以有效地测量油/纸绝缘气隙、油