【摘要】中海油海上石油平台身处大海，海上环境湿度大、盐分多、潮湿等问题，变压器都采取室内安装，室内空间及其有限，对设备强制散热有较高要求，因此干式变压器较传统的油式变压器在中海油海上平台有着巨大的优势，同时具备安装方便、无需调试、几乎不用维护、运行维护成本低等优点。
由于干式变压器在海上石油平台的供电系统中占据着枢纽地位，一旦发生故障，有可能导致大面积停电，给海上石油平台的正常生产造成重大损失。在干式变压器的众多故障中，局部放电故障的影响最大。由于干式变压器的内部存在气隙，而空气中的介电系数较绝缘材料要小一些，即使绝缘材料处于不太高的场强下，气隙部位的场强也可能很高，从而导致气隙被击穿，产生局部放电。局部放电对干式变压器的危害主要表现在使干式变压器的绝缘寿命降低，因此对干式变压器进行局部放电实时在线监测有着重要的意义。海上某平台首次采用超高频局部检测方法（UHF，Ultra High Frequency）和高频脉冲电流法（High Frequency Pulse Current Method）相结合的合二为一的组合监测方法，避免了单一方法的片面性，实现了局部放电实时在线监测双层应用的监测方法，效果良好。
【关键词】气隙、超高频法UHF、高频脉冲电流法HFPCM
1 引言
干式变压器在运行过程中随着绝缘介质劣化、性能降低以至于绝缘击穿的过程有一定时间，局部放电的长期维持会导致干式变压器产生严重的缺陷，由于局部放电的形成多在干式变压器本体内部，其过程细微发展极其缓慢，一般很难通过肉眼和常规技术手段发现，因此局部放电成为困扰着干式变压器安全可靠运行的一大难题，利用超高频UHF法和高频脉冲电流法相结合的合二为一的组合监测方法对可能存在局部放电现象的干式变压器进行实时在线监测，能够有效地监测局部放电的发展趋势，从而对局部放电隐患进行及时消除。
局部放电检测超高频UHF法的基本原理是通过UHF传感器对电力设备中局部放电时产生的超高频电磁波（300MHz--3000MHz）信号进行检测，从而获得局部放电的相关信息，实现局部放电的在线实时监测。由于海上石油平台现场的电晕干扰主要集中在300MHz频段以下，因此UHF法能有效地避开现场的电晕干扰，具有较高的灵敏度和抗干扰能力，具备局部放电带电检测、定位以及缺陷类型识别等多个优点。
当干式变压器的内部放电发生的瞬间，会产生一个高频的脉冲电流，高频脉冲电流通过线芯与铠装金属护套之间的电容，由高电位的线芯流到低电位的铠装金属护套上，并且通过电缆接头处的接地线进入大地。因此，在中间电缆接头处的接地线套上一个高频电流互感器HFCT，便可将高频脉冲局部放电电流耦合到HFCT中，通过HFCT与分析仪器之间的测试电缆传入分析仪器进行信号采集分析，即为高频脉冲电流法。
2工作原理及系统构成
干式变压器内部发生局部放电时，放电量一般先聚集在与接地点相邻的接地金属部位，形成对地电流，因此通过安装于干式变压器内部的超高频UHF传感器即采集干式变压器内高频脉冲电流信号，通过对信号高频分量分析，即可确定干式变压器内部是否有放电及放电的严重程度。
通过安装在电缆接头上的电容式高频传感器，来耦合电缆接头处的局部放电信号；耦合到的放电信号通过信号电缆传输，对信号进行采集分析、数据对比及计算，以确定干式变压器内部是否有放电及放电的严重程度。
系统包含三大功能块：数据感知块、数据传输块、数据处理块。
在数据感知块，分别采用超高频UHF传感器和电容耦合传感器耦合超高频和高频局部放电信号，通过铠装屏蔽信号电缆将采集信号传输到数据传输块。UHF传感器安装于干式变压器外壳的内壁上，用于耦合干式变压器内部的电磁波信号；电容耦合传感器安装于高压电缆的护层之上，与高压电缆的铠装电缆之间形成电容通路，局部放电产生的高频信号经由这个通路传递，从而获取高频脉冲电流信号。
在数据传输块，需要对数据感知块采集到的信号进行硬件滤波、信号放大等处理，再经过A/D芯片转换成数字信号。数字信号通过光纤、网线、RS485、无线传输等方式，将数据传输给数据处理块。
在数据处理块，功能块采用有效的算法对数据进行分析和处理，将放电信号和其它干扰信号严格区分开，并将最终的分析结果通过画面展示给海上平台电气专业人员，并通过数据库进行存储，以备相关有需求的人员随时查看。
如下图1所示系统架构图
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图1：系统架构图
3 主要功能
超高频UHF法和高频脉冲电流法相结合的合二为一的组合监测方法适用于35kV及以下电压等级的干式变压器的局部放电在线实时监测。系统最小测量放电幅值可达到5pC，频率范围可达15kHz--1GHz，放电脉冲的时间分辨率精确到10μs，相位分辨率精确度为0.18°。系统提供工频周期放电图、二维（q-φ，N-φ，N-q）谱图、放电趋势图等。利用数据库，可记录测量相序、放电量、放电相位、测量时间等相关参数，并具有局部放电量高报警及高高报警等功能。系统采用模拟滤波、分组脉冲、剔除周期脉冲、动态阈值设定、相位展示等组合抗干扰措施，确保测试数据全面、真实、有效、可靠。
4 结束语
局部放电对干式变压器的绝缘危害性极大，严重威胁着干式变压器的安全稳定运行，因此超高频UHF法和高频脉冲电流法相结合的合二为一的组合监测方法提高了海上石油平台供电系统的干式变压器的运行可靠性。该组合监测方法结合数字信号处理技术和虚拟仪器技术研制的干式变压器局部放电在线实时监测系统，能够存储干式变压器的谱图、趋势分析等，从而及时发现干式变压器的绝缘缺陷，并为评估其绝缘水平及老化程度提供科学的数据依据。经过一年多的运行实践证明，该平台的合二为一的组合监测系统运行安全、稳定、可靠，为其它平台的干式变压器的预防性故障监测提供了一个更好的选择。
参考文献：
1、欧阳旭东, 袁鹏 , 林春耀 , 郑晓光，《变压器局部放电超高频检测方法的应用》，选自《广东电力》，2004年第17卷第4期
2、陈晓国，李昊，王俊锞，《变压器局部放电在线监测装置技术研究》，选自《科技创业月刊》，2017年第12期
3、徐焰，《开关柜局部放电暂态对地电压检测技术》，选自《供用电》，2011年2月第28卷第1期
[作者]
刘军 1979年02月02日出生 民族：汉 籍贯：湖南浏阳市 学历：本科 职称:中级工程师 研究方向：电气 单位：中海石油（中国）有限公司湛江分公司 邮编： 524057
论文作者:刘军
论文发表刊物:《电力设备》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/22
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