摘要：在电力系统中，电力变压器占有至关重要的作用，局部放电试验是检验变压器绝缘状况的重要手段，能够准确的判断出因为设计不当而产生的局部场强过高、工艺不良等内部缺陷。本文首先对变电器局部放电试验进行了概述，然后按试验要求设计了变频电源，最后对局部放电信号的提取和放电点定位进行了阐述。
关键词：电力变压器；局部放电；试验
1.引言
电力变压器是电力系统中的重要设备，为了保证其稳定、可靠运行，需要对变压器定期地进行局部放电试验。通过局部放电的测量，可以判断出变压器的绝缘状况，这极大地减少了由于变压器失效带来的经济损失。变压器局部放电自动识别和在线检测技术从20 世纪 80 年代开始受到人们的重视，然而由于放电定位、抗干扰、放电识别等因素的影响，变压器局部放电的研究还需要继续深入。
2.局部放电试验概述
（1）局部放电试验的目的。变压器局部放电试验的目的主要有：观察放电波形、测量给定电压下的局部放电量、验证在规定电压下局部放电量不超过给定值、测量放电强度和电压关系等。（2）局部放电的试验方法。变压器局部放电的试验方法主要有电测法和非电测法，目前，我国常用的是超声波法和脉冲电流法。（3）局部放电的测量电路。变压器局部放电测量电路由向实验变压器施加电压的电源、把电流或电压变换成接收信号的检测阻抗、把检测信号放大显示的仪器设备和消除噪声干扰的滤波器等。（4）局部放电试验中的噪声及干扰抑制技术。变压器在现场的局部放电试验中，噪声干扰非常严重，为了正确测量变压器局部放
电信号，干扰问题需要首先解决。现场的干扰源主要有：变电站附近存在的高频保护信号和电力系统载波通讯、无线电广播的干扰、继电器的断合等的随机性脉冲干扰、其他邻近设备的局部放电干扰、可控硅操作时的脉冲型周期干扰。由于干扰的种类繁多，为了取得较大的抑制效果，需要根据不同的干扰信号采取不同的消除措施。
3.局部放电试验用变频电源研究
为了克服传统试验电源体积大、运输困难、电压波形调解率低等缺点，本文设计符合实验要求的变频电源。变频电源由于开关元件少，体积小，重量轻，调频调压方便灵活，整个系统产生谐波含量少。为了使输出电压波形满足实验要求，本文还设计了多个滤波环节。
3.1 整流部分的设计
整流电路是为了将交流电转化成直流电的变换电路，根据整流器件的不同，又分为可控整流和不可控整流两种，本文设计的整流电路采用三相桥式全波整流，选择该整流电路的依据是：（1）把三相交流电变换成电压的频率和大小都可调节的单相电；（2）三相桥式全波整流对于三相交流电源来说是对称性负载；（3）三相全波整流具有电流无直流分量和当交流电源电压相等时，整流输电的电压脉动少、电压高等优点。为了提高直流电压值，在整流得到直流电后，整流电路中又加入了一个升压斩波变换电路，这样就能将固定的直流电压变换成可变的直流电压。并且直流电压被斩波形成高频的脉宽后，还能大大缩水升压变压器的体积，从而减少了装置的总体积。
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3.2 控制部分的研究
（1）信号产生电路的选取
为了提高直流电压利用率，本文采用基于计算机控制技术的高精度三相可编程控制器 SA4828，SA4828 是一种全数字控制、高精度的脉冲发生器，载波频率最高可达 24 kHz，输出调制频率范围4 kHz，每相输出有 12 mA 的驱动能力，每相输出波形的幅值可单独控制，芯片本身具有谐波抑制技术，设置的“高门狗”定时器，提高了运行的稳定性。
（2）驱动电路设计
由于 IGBT 的门极驱动电路密切地关系到它的动态特性和静态特性，为了使三相逆变桥电路工作正常，驱动电路必须简单实用，稳定可靠，具有低阻抗值的放电回路，控制电路和驱动电路在电位上要严格隔离等，根据驱动电路必须满足的功能出发，本文采用基于 EXB841 的驱动电路，该模块只需要一个电源 +20 V 供电，通过内部稳压管为 IGBT 供电，输出采用高速光藕合隔离电路，不仅简化了电路结构，又满足了隔离的要求。
3.3 逆变部分的改进
（1）噪声的抑制
由于干扰信号对控制信号的影响很大，严重时会损坏 IGBT，目前可采用的抗干扰措施主要有：简化控制部分中硬件电路的设计，减少噪声的干扰；对控制电源采用屏蔽技术；采用合适的软开关或缓冲电路网络；减少分布电容；在输入和输出侧都设置滤波电路。
（2）逆变环节设计
把直流电转化成交流电供给负载的电路成为逆变，由于变压器局部放电的实验装置中逆变电路的输出电压只需要和负载相连，而不必连接电网，因此本文选用无源逆变电路。
4.局放信号的提取及放电点定位
4.1 放电模型
本文采用厚度为 1 mm，直径为 50 mm 的环氧板模拟固体绝缘内部局部放电的缺陷模型结构和电极系统，为了防止实验中气隙以外发生放电，把整个模型放入绝缘油中，并用绝缘板压住板电极和用硅橡胶密封气隙，防止绝缘油渗入气隙。
4.2 获取试验数据
本实验在室外进行，为了防止电晕放电，高压引线采用铝管。实验步骤为：（1）先连接好实验电路，放置放电模式，加压升高试验电压；（2）监视示波器何时出现放电脉冲，并记录试验电压；（3）测量起始放电电压；（4）测量局部放电信号；（5）把试验采集到的数据输入到电脑中，得到信号波形图。
4.3 放电点的定位
对于体积庞大的高压电力变压器而言，仅仅检测出局部放电量还不行，为了维护和检修的方便，还需要在线检测中实现放电点的定位。为了实现这一功能，本文采用时间差方法。判定时间差的方法主要有互相关法、最大峰值法、时域初始过零点法和互功率相位谱法等，不同的方法有不同优缺点，本文采用基于能量变化检测波形前沿的能量比法计算时间差。
5.结语
目前，变压器局部放电的检测技术仍存在很多问题，如传统的实验电源无法调频、操作不灵活、体积庞大、运输困难；现场检测存在很多干扰信号。本文针对这些问题，设计了变压器局部实验用的变频电源，并研究了去除采样信号中的干扰，最后又阐述了局放信号的提取及放电点定位，实验结果表明，该方法在干扰信号存在的情况下，可以满足实际测量的要求。
参考文献：
[1]李滔. 大型电力变压器局部放电试验研究[J]. 机电信息, 2012(12):66-67.
[2]李丽君, 薄长春, 张崇德. 电力变压器现场局放试验技术研究[J]. 电工技术, 2011(3):22-23.
论文作者:张北洋
论文发表刊物:《电力设备》2018年第14期
论文发表时间:2018/9/18
标签：局部论文; 电路论文; 电压论文; 变压器论文; 干扰论文; 信号论文; 波形论文; 《电力设备》2018年第14期论文;