电力变压器结构对UHF局部放电在线检测的影响

福建电力与电工

FUJIANDIANLIYUDIANGONG

ISSN1006-0170CN35-1174/TM

电力变压器结构对

UHF

局部放电在线检测的影响

InfluenceoftheInternalStructuresofPowerTransformers

ontheUHFPartialDischargeDetection

唐

琪1,2

林

韩

1

陈金祥3唐志国4

(1.福建省电力有限公司,福建福州350003;2.福州大学电气工程与自动化学院,福建福州350002;

3.福建省电力试验研究院,福建福州350007;4.高电压与电磁兼容北京市重点实验室,华北电力大学,北京102206)

摘要:研究了油中针-板放电模型在电力变压器模型内部不同位置放电时,铁芯和绕组模型对UHF局部放电在线检测系统的影响。结果表明,内部主要结构部件对UHF局放射频信号能量有明显衰减作用,对UHF检波信号幅值有一定程度的衰减作用,但并未发现对检测灵敏度有显著影响,也未发现存在检测“盲区”。关键词:电力变压器;局部放电;超高频;在线检测

Abstract:ThispaperquantificationallystudiesthepowertransformerwindingferritecoremodelshowtoinfluenceourUHFpartialdischarge(PD)detectionsystem,whenpoint!planemodelsdischargeinthetransformermodelaschangingofPDsourcelocations.TheresultshowsthatthewindingferritecoremodelsmaketheUHFelectromagneticenergydecayobviously,weakenthestatisticalaverageamplitudesofUHFdetectionsignal,butwenearlycandetecttheeventsofPDsensitivelywherevertheyhappeninthepowertransformer.

Keywords:powertransformers;partialdischarge;UHF;on-linedetection中图分类号:TM41文献标识码:A文章编号:1006-0170(2007)02-0012-03

试验研究系统包括局部放电模拟系统、超高频局部放电检测系统和常规的脉冲电流法检测系统3部分。其中,脉冲电流法的测量结果主要作为UHF局放检测系统的参照,试验系统线路示意图如图1所示。

局部放电模拟系统由加压系统和试验模型组成。其中,加压系统的试验电源由自耦调压器输出后,经隔离变压器接到高压试验变压器上。局部放电模拟系统中的试验模型包括110kV变压器箱体模型(即空屏蔽室),三绕组铁芯模型和针-板放电模型。

变压器箱体模型按照110kV电力变压器实际尺寸制作,为3500×2400×2000mm3的金属屏蔽室,箱体外壳可靠接地。三绕组变压器铁芯模型的每相均由低压、中压和高压3个绕组组成,各相绕组以及铁芯均由金属制作。铁芯模型与空屏蔽室一起构成了变压器模型。实际电力变压器事故放油球阀安装在箱体模型一侧的中部,离地高度约200mm。

局部放电源用针-板放电模型模拟,高压针尖电极用黄铜制作,接地电极为Φ30×3mm2的黄铜圆

1引言

基于超高频技术的电力变压器局部放电在线检

测,由于检测频带宽,抗干扰能力强,灵敏度高,在学术界和工程界逐渐得到广泛关注。研究表明,变压器油中发生局部放电时,可以激起高达1GHz以上的超高频电磁波。超高频段的电磁能量与油中局部放电放电电流脉冲宽度和真实放电量有关,脉冲宽度越窄,真实放电量越高,超高频段的谱能量也越高,

[2]更利于检测[1]、。电力系统110kV及以上电力变压

器,多为三相油浸式芯式电力变压器,其内部绝缘结构复杂,主要结构部件是铁芯和三绕组线圈;超高频电磁波在变压器内部传播过程中,会在导体表面和电介质表面发生多次反射和透射,并伴随能量不断损失

[3]、[4]

。那么,当把超高频传感器安装在变压器内

部的某一特定位置时,由于局部放电源位置的不同,可能存在检测“盲区”,检测的灵敏度也可能受到较大影响。本文对此进行研究。

2试验研究系统

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板,上面贴一块30×30×1mm3的绝缘纸板,形成油-纸板绝缘结构,不易击穿。

UHF局放检测系统由超高频天线及相应放大

器、射频同轴电缆、数字式示波器、工控机和数据采集分析软件组成。超高频天线采用平面双臂等角螺旋天线

[5]

,检测频带为500～1500MHz,驻波比

(SWR)小于3.0。放大器有射频信号和检波信号[6]两

个输出通道,检波信号宽度约为20μs,放大器增益为40dB。采用LC8620A型数字示波器,单通道最高采样率为20GS/s,模拟带宽6GHz。工控机内部的数据采集卡采用研华PCI-1714型DAQ卡,4通道同步30MS/s的采样率。脉冲电流检测系统由检测阻抗、同轴电缆、DST-4型局部放电检测仪和局部放电脉冲校正仪组成。其中,局部放电检测仪和局部放电脉冲校正装置,检测频带为40～80kHz,其检测灵敏度为5pC;常规局放检测系统与UHF局放检测系统中的同轴电缆长度相等。

试验中的DAQ卡同时采集超高频检波信号、脉冲电流信号和工频参考电压,测得各个通道噪声信号的峰峰值约为20mV。示波器采集放大器输出的射频信号。试验系统的起晕电压约为30kV,示波器背景噪声时域信号峰峰值不到30mV。

时,衰减时间约为100ns,传播距离约为30m。实际油浸式电力变压器结构更加复杂,冷凝管、调压绕组等对电磁波还具有一定的衰减作用。电磁波在油中传播速度约为0.2m/ns,当UHF信号幅值衰减50%时,超高频电磁波传播了大约10m的距离。说明超高频电磁波在变压器内部传播过程中,在导体和电介质表面发生了多次折反射,测得的射频信号实际是超高频电磁波在变压器箱体里经多次折反射的结果。超高频电磁波在变压器模型中传播时,比在空屏蔽室中能量衰减快得多。

3内部结构对射频信号的影响

油中针-板放电时,放电源向各个方向辐射超

高频电磁波,UHF天线感应接收,经放大器射频输出后,由示波器采集。数字示波器在变压器模型和空屏蔽室中采集到的射频信号,分别如图2中的(a)和(b)所示。当UHF信号幅值衰减50%时,其在空屏蔽室里衰减时间超过了500ns,传播距离至少是

4内部结构对检波信号的影响

为研究放电位置对UHF局部放电在线检测系

150m;而在变压器模型中,UHF信号幅值衰减一半

统的影响,将放电点按图3所示设置。在空屏蔽室内

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放电模型放置在较低的玻璃支架上。变压器模型实物如图4。放电模型放置在较高的玻璃支架上,支架顶部距离变压器箱体模型底部约50cm,而较低的玻璃支架顶部距离变压器箱体模型底部约20cm。

UHF天线模拟现场实际安装,通过球阀伸到变压器

内,其端面距离变压器内壁还差大约5cm。

为较准确地定量分析局部放电源位置对UHF局放检测的影响,试验采用同一个针-板放电模型,电压控制在12.6kV,在每个放电点均采集上百组放电信号,每个超高频检波信号均对应一个脉冲电流信号,然后对放电信号进行统计分析。放电点在

PD1～PD7和PD01～PD03的统计数据分别见表1和

表2。

为便于比较绕组铁芯模型对UHF局放检测系统的影响,将表1和表2中的UHF检波信号平均幅值分别相比,如表3所示。表中数据均小于1,说明在变压器模型中各放电点的UHF检波信号平均幅值要比空屏蔽室中各放电点的平均幅值低,PD2、

PD3和PD5的平均幅值偏低尤为明显,约为空屏蔽

室中信号幅值的20%;其他各点的UHF信号平均幅值为空屏蔽室中UHF检波信号平均幅值的45%～

75%。

为便于比较放电源位置对于UHF局放检测的影响,将放电模型分别在PD1~PD3,PD01~PD03和

选取了PD01、PD02和PD03共3个放电点,放电模型放置在一个较低的玻璃支架上。在变压器模型中选取了PD1～PD7共7个放电点,位于PD1～PD3的放电模型放置在较高的玻璃支架上,PD4～PD7处的

PD4~PD7的UHF检波信号平均幅值相比,如表4所示。PD2和PD5与其他放电点接收到的UHF检

波信号幅值相比较,大约降低了60%,而其他各放电点间的UHF检波信号平均幅值差别并不明显,再

结合图3(b)中各放电点的分布,说明位于变压器绕组铁芯模型两侧的放电点,对UHF检波信号平均幅值无明显影响;放电点与UHF天线之间有三绕组铁

(下转第23页)

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(收稿日期:2007-03-13)

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(上接第14页)

芯模型阻挡时,UHF检波信号平均幅值较其他各放电点的幅值都要低,大约降低了60%。

从表1中的数据和图3中放电点的分布情况可知,故障点位置的高低对UHF检波信号幅值影响不明显(如在PD2和PD5的UHF检波信号的平均幅值相差并不明显)。

从灵敏度的角度来分析,结合表1和表2中的数据,并考虑油质、放电持续时间等因素对局部放电的影响,即使是同一放电模型,相同的试验电压,放电仍存在很大的随机性。比如在某个放电位置,当时电流脉冲幅值普遍偏高,视在放电量也就偏高。说明了绕组铁芯模型的有无,以及放电点位置的变化,对

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(收稿日期:2007-06-04)

于绕组铁芯模型两侧的放电点,以及放电点位置的高低,对于UHF检波信号平均幅值的影响不明显;试验并未发现存在局部放电检测“盲区”,均能较灵敏地检测到各个放电点局部放电的发生。

UHF检波信号对应的最小视在放电量并无明显影

响。

5结论

三绕组铁芯结构部件对超高频电磁波能量具有

较明显的衰减作用,其衰减速度比在空屏蔽室中快得多;绕组铁芯模型对UHF检波信号幅值有一定程度衰减;放电点与UHF天线之间有三绕组铁芯模型阻挡时,UHF检波信号幅值衰减较明显;对称分布

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配电系统远程操作和访问系统(ROADS)

DukeEnergy(迪克能源公司)正在开展“配电系

统远程操作和访问(ROADS)”项目研究,对安装在配电站和馈线上的智能电子设备(IEDs)实现远程访问。作为ROADS项目的一部分,Duke公司对三个

配电站进行了自动化改造,安装了可对配电站内的电力设备进行连续远程监控的ROADS配电自动化(RDA)系统。其中一个配电站内的RDA系统集成了复杂的电压/无功控制(IVVC)功能,其监控范围包括一台变压器有载调压开关(LTC)、三个电压调节器和五个开关电容器组,以降低线损,提高馈线电压质量。

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