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          變壓器局放檢測的現狀與新技術

          常規的電力變壓器局部放電檢測方法有脈沖電流法、DGA法、超聲波法、RIV法、光測法、射頻檢測法和化學方法等。

          常規的局放檢測方法

          脈沖電流法。它是通過檢測阻抗接入到測量回路中來檢測。檢測變壓器套管末屏接地線、外殼接地線、中性點接地線、鐵芯接地線以及繞組中由于局放引起的脈沖電流,獲得視在放電量。脈沖電流法是研究最早、應用最廣泛的一種檢測方法,IEC-60270為IEC于2000年正式公布的局放測量標準。脈沖電流法通常被用于變壓器出廠時的型式試驗以及其他離線測試中,其離線測量靈敏度高。脈沖電流法的問題在于以下幾方面:其抗干擾能力差,無法有效應用于現場的在線監測;對于變壓器類具有繞組結構的設備在標定時產生很大的誤差;由于檢測阻抗和放大器對測量的靈敏度、準確度、分辨率以及動態范圍等都有影響,因此當試樣的電容量較大時,受耦合阻抗的限制,測試儀器的測量靈敏度受到一定限制;測量頻率低、頻帶窄,包含的信息量少。

          DGA法。DGA法是通過檢測變壓器油分解產生的各種氣體的組成和濃度來確定故障(局放、過熱等)狀態。該方法目前已廣泛應用于變壓器的在線故障診斷中,并且建立起模式識別系統可實現故障的自動識別,是當前在變壓器局放檢測領域非常有效的方法。但是DGA法具有兩個缺點:油氣分析是一個長期的監測過程,因而無法發現突發性故障;該方法無法進行故障定位。

          超聲波法。超聲波法是通過檢測變壓器局放產生的超聲波信號來測量局放的大小和位置。超聲傳感器的頻帶約為70~150千赫茲(或300千赫茲),以避開鐵芯的鐵磁噪聲和變壓器的機械振動噪聲。由于超聲波法受電氣干擾小以及可以在線測量和定位,因而人們對超聲波法的研究較深入。但目前該方法存在著很大的問題:目前的超聲傳感器靈敏度很低,無法在現場有效地測到信號;傳感器的抗電磁干擾能力較差。因此,超聲檢測主要用于定性地判斷局放信號的有無,以及結合脈沖電流法或直接利用超聲信號對局放源進行物理定位。在電力變壓器的離線和在線檢測中,它是主要的輔助測量手段。

          RIV法。局部放電會產生無線電干擾的現象很早就被人們所認識。例如人們常采用無線電電壓干擾儀來檢測由于局放對無線電通訊和無線電控制的干擾,并已制定了測量方法的標準。用RIV表來檢測局放的測量線路與脈沖電流直測法的測量電路相似。此外,還可以利用一個接收線圈來接收由于局放而發出的電磁波,對于不同測試對象和不同的環境條件,選頻放大器可以選擇不同的中心頻率(從幾萬赫茲到幾十萬赫茲),以獲得最大的信噪比。這種方法已被用于檢查電機線棒和沒有屏蔽層的長電纜的局放部位。

          光測法。光測法利用局放產生的光輻射進行檢測。在變壓器油中,各種放電發出的光波長不同,研究表明通常在500~700mm之間。在實驗室利用光測法來分析局放特征及絕緣劣化等方面已經取得了很大進展,但是由于光測法設備復雜昂貴、靈敏度低,且需要被檢測物質對光是透明的,因而在實際中無法應用。

          射頻檢測法。利用羅果夫斯基線圈從變壓器中性點處測取信號,測量的信號頻率可以達到3萬千赫茲,大大提高了局放的測量頻率,同時測試系統安裝方便,檢測設備不改變電力系統的運行方式。但對于三相電力變壓器,得到的信號是三相局放信號的總和,無法進行分辨,且信號易受外界干擾。隨著數字濾波技術的發展,射頻檢測法在局放在線檢測中得到了較廣泛的應用。

          超高頻方法在局放檢測中的應用

          華北電力大學自2002年開始,將近年來國際上流行的超高頻技術應用于GIS、變壓器、電機和電纜等的局放檢測研究工作。截至目前為止,研究工作取得了很大進展,完成了超高頻法用于變壓器局放檢測的可行性驗證,研制了一套自動化超高頻局放檢測系統,可以通過程控的方式控制信號采集和數據存儲。設計了模擬變壓器內部局放的各種實驗室模型,通過相位統計分布的方式和頻譜的方式進行了模式識別的研究,取得了很好的效果。以實驗室檢測系統為基礎設計了一套基于現場的超高頻局放檢測系統,并成功地于2003年2月23日在河南某變電站一臺正在運行的型號為SFPSZ9-220千伏/120000千伏安的主變進行了安裝與試驗,實現了國內用于實際在線安裝測試的首次試驗。后來又在該變壓器吊罩檢查期間,安裝了基于超高頻檢波信號的固定式監測系統長期跟蹤其局放活動。結合實驗室的研究成果,設計了一套基于工控機的UHF局放在線監測裝置,實現了在線連續采集數據、相位統計分析和超高頻信號隨時間變化的歷史趨勢分析功能。

          高壓設備局放檢測的發展方向

          目前,超高頻方法的研究也面臨著一些問題,由于測量機理與脈沖電流法不同,因此無法進行視在放電量的標定,而目前大多數工程人員已經習慣于通過視在放電量來反映局放的嚴重程度,IEC規定有關局放的變壓器產品出廠標準中,其指標也是通過局放量的閾值來規定的。目前的研究表明,即使在局放源到傳感器之間的傳播路徑不變的情況下,脈沖電流法的視在局放量與超高頻方法所測得的脈沖信號幅值之間也沒有確定的對應關系,這就更加大了應用該方法進行局放定量的難度;此外,由于變壓器內部絕緣結構的復雜性,局放產生的電磁波在內部的傳播將存在大量的散射、折反射以及衰減,因而傳播特性研究和局放源定位工作將注定是難度很大而且充滿挑戰的。

          隨著科技的發展,特別是信號分析技術如神經網絡、指紋分析、專家系統、模糊診斷和分形等都越來越多地應用到變壓器局放檢測中,對通過脈沖電流法按照IEC270標準測量得到數據,進行模式識別和絕緣壽命評估,推動了局放檢測技術的發展。超高頻檢測方法從一開始就是從數字化技術起步的,通過將成功的傳統方法移植到超高頻檢測之中,實現局放的連續在線監測和自動識別的研究正在取得快速的進展,上述超高頻法存在的問題是目前很多相關研究單位需要解決的課題。筆者認為,任何一種方法都有一定的應用范圍,有些問題它可以解決,有一些則不能解決。當前通信技術的發展使人們充分認識到,在線監測是個跨學科、綜合性的研究領域,多種方法相結合,綜合運行目前各種技術和知識,構建統一的、綜合的在線監測平臺,將是未來局放在線監測的發展方向。


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