关键词:变压器局部放电;在线监测;电脉冲法
引言
变压器是用来转换电流电压的电力设备,在电力系统中发挥着重要作用,其工作状态直接关乎是否能够安全稳定地供电。在实际运行中,由于电压等级越来越高,电流越来越大,变压器自身绝缘薄弱处很容易受到影响,但并非一定会出现绝缘击穿现象,大多时候会表现为局部放电。尽管如此,局部放电的危害性也不容忽视,如不及时处理,很可能从局部逐渐过渡到整体,从局部绝缘损坏发展到整体绝缘击穿,使得变压器寿命缩短。因此,应加强在线监测技术研究,对变压器的局部放电现象进行实时掌控。
一、局部放电的概念、原因及危害
局部放电又称游离,也就是静电荷流动的意思。在一定的外施电压作用下,在电场较强的区域,静电荷在绝缘较弱的位置首先发生静电游离,但并不形成绝缘击穿。这种静电荷流动的现象称为局部放电。对于被气体包围的导体附近发生的局部放电,称为电晕。局部放电的原因大致有,金属接地部件之间、导电体之间电气连接不良,变压器内部的金属件、绝缘件不圆整化,有尖角和毛刺,绝缘件内部存在着气隙(气泡),变压器内有灰尘、杂物、特别是金属粉尘和纸末纤维等,变压器绝缘纸中的含水量大于0.5%等。局部放电的危害主要是,气泡放电、悬浮电位放电、绝缘表面和夹层放电及尖角放电等,各种局部放电对绝缘都有一定的破坏作用。在变压器内部绝缘结构中,引线的布置及端部绝缘电场分布不均匀的薄弱部位,由于场强集中或各种原因造成的场强畸变,使在高场强作用下发生局部放电,其放电质点对绝缘的直接轰击造成局部绝缘破坏。同时放电产生的热和活性气体,有的使局部绝缘腐蚀、电导增加,导致了绝缘性能下降,在严重的长期局放作用下,有时会造成绝缘击穿。
二、局部放电监测技术
1 脉冲电流法
脉冲电流法又叫电脉冲法,是一种常用的局部放电测试法。当变压器出现局部放电情况后,在其两端会有一个短暂的电压变化,利用耦合电容将其耦合到检测阻抗,在线路回路中会有一个新的电流出现,即脉冲电流。与普通电流相比,脉冲电流的方向不变,电流强度随着时间周期性的变化会有所变化。脉冲电流经过检测阻抗会产生相应的电压值,采集相关信息,予以放大,在工作站屏幕上显示出来,然后工作人员可根据此分析推算出局部的放电基本量,并制成报表图谱等,技术人员依次决定是否需要维修。整个监测过程,需要用到高压电源、耦合电容、检测阻抗、滤波器等装置,其中滤波器和检测阻抗非常重要,如果质量和性能比较有保障,可提高检测效果。而且,除了监测到脉冲信号,还具有局部放电定位功能,对故障诊断和解决有着很大帮助。该方法虽然应用较广,但也有弱点,比如抗干扰性较差,容易受外界影响,导致检测结果准确度下降。如果电容量很大,灵敏度和精确度也会受到影响。
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2 超声波检测法
超声波是指频率高于20000HZ的声波,具有很强的穿透力,易于获得比较集中的声能,在诸多领域都有应用。利用超声波检测变压器局部放电,有着很多优势,相比脉冲电流法,超声波具有良好的抗干扰性,而且应用比较方便,在耐压试验中或者变压器运行时都能进行检测。脉冲电流法的原理是利用放电时产生的电脉冲,超声波检测法则是利用局部放电时声发射形成的超声波,且这种声发射是向四周传播的。在变压器外部安装超声波探测器,便能监测到内部的超声波,并转换为电信号,传输至监控中心。监测人员根据提供的信号可对变压器的运行状态加以分析,实时掌握其变化。该方法的应用很多,但同样也有局限,即超声波探测器所接收到的信号多是来自表层,如果放电部位位于深层,会增加探测器监测信号的难度。另外,如果多个位置同时发生放电现象,如何根据声波强度及其他特点区分,提高定位的准确性,是今后研究的重要问题之一。
3 超高频检测法
脉冲电流法所测量的频率通常较低,而超高频检测法所测量的频率在500—1500MHz之间。变压器局部放电时,也会释放出一定的超高频电磁波,利用传感接收器接收后,可获取其放电情况。现在的变压器大都采用油、纸、纸板等复合绝缘结构,以满足不同电压等级下的绝缘需求,所以内部的油隔板结构具有很强的绝缘性,发生局部放电时,会辐射出高频率电磁波,利用超高频检测法能够避开频谱较小的干扰信号。与超声波探测器安置在外侧不同,超高频检测法一般是在变压器内安装信号传感器,变压器可作为传感器的一层保护。今后的重点方向是超高频传感器的研发,频宽和采样率都必须提高,否则在具体定位时容易出现偏差。
4 气体色谱检测法
变压器的运行离不开电力以及自身的元件,比如绝缘油,作为变压器中重要的电介质,起着冷却散热、提高绝缘性能等作用。在运行中,绝缘油会消耗分解,随之产生CO、CO2等气体,且经常会溶解在绝缘油中。一旦发生局部放电现象,会加快产气速度,在绝缘油中越来越多,检测的气体有CO、CO2、H2、CH4等。放电程度是否严重,与气体的组成和产生量有关,正常运行时产生的主要是CO、CO2,温度稍高时会产生CH4。如果温度不断升高,则会产生气体C2H4、C2H6;当温度超过1000摄氏度后,绝缘油会分解出大量的C2H2.气体色谱检测法便是在三比值法的基础上形成的,对三比值进行编码,根据故障性质查找相对应的编码。该方法当前使用较多,但只能定性分析,而不能定位。
5 结束语
变压器局部放电现象不容忽视,如果置之不理,其危害性会越来越大,所以必须对其进行实时监测。就目前来看,相关研究不断增多,很多在线监测技术应运而生,使用也很广泛,除了本文提到的几种,还有光测法、射频检测法等。无论是哪种方法,都要正确操作,并不断弥补弱处。
参考文献:
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[3] 王绥瑜,邢铀,蔡渊.变压器局部放电在线检测的研究[J].中国电业,2014,15(1):151
论文作者:于鹏坤
论文发表刊物:《科技中国》2017年7期
论文发表时间:2017/11/1
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