主变压器局部放电异常分析与处理

特高频技术检测运行变压器局部放电信号的技术日趋成熟,通过对某供电公司所属20余台220 kV变压器进行特高频带电局放普测,发现1台主变特高频局放测量数据异常.同时,对该台变压器运用脉冲电流法进行局部放电测试,试验结果与特高频带电检修结果吻合,成功诊断出该变压器中压侧套管存在缺陷,避免了套管引起变压器损坏的恶性事故的发生...     

变压器升高座内部套管局部放电特高频信号传播特征

油纸电容式套管是广泛应用的变压器出线套管形式之一。目前,运行人员主要依据预防性试验对套管绝缘状态进行评估,无法对运行中的套管局部放电进行检测和识别。在仿真研究升高座内部套管局部放电特高频信号传播特征的基础上,提出了基于特高频法的变压器升高座内套管局部放电非接触式带电检测与定位方法。首先仿真研究了套管升高座内部局部放电激发电磁波信号的传播路径和传播特性,明确了升高座内部特高频信号通过套管外侧油道传播至外部空间;然后,搭建了套管试验平台,开展了套管顶部悬浮放电和套管升高座内部均压环附近悬浮放电试验,验证了套管外部特高频检测局部放电的可行性;最后,通过4通道特高频天线阵列对放电源进行定位试验,证明了升高座内部局部放电特高频信号的辐射途径。结果表明,该方法可以实现升高座内部的套管局部放电的非接触式不停电检测,对提高变压器出线套管维护水平具有重要意义。     

变压器局部放电检测用特高频传感器的结构参数对其幅频特性的影响

传感器是变压器特高频局放检测中的关键设备之一,阿基米德螺旋天线和平面等角螺旋天线是目前常用的特高频传感器,采用扫频法在吉赫横电磁波室内测量了一系列结构参数不同的这两种螺旋天线的幅频特性,并在空旷场地测量了它们的驻波比。测试结果表明:天线内外径尺寸对其幅频特性的影响比较明显;测试天线的驻波比小于2,能满足工程测试的要求;变压器局放检测应选用宽频带特高频传感器;平面等角螺旋天线适合应用于局放检测,阿基米德螺旋天线适合用于局放时延定位研究。     

变压器局部放电UHF信号传播特性的仿真分析

特高频(UHF)技术通过检测局部放电辐射电磁波信号来实现对设备局部放电的检测,抗干扰能力强,检测灵敏度高,是一种基于空间电磁场耦合的局部放电测试技术,能够实现真正意义上的局部放电在线检测,因此在变压器局部放电检测领域取得了日益广泛的关注及研究。由于变压器内部结构复杂,各种金属结构件都会对辐射电磁波的传播产生影响,因此变压器局部放电UHF检测技术有必要研究变压器内部电磁波的传播规律。为此在对变压器内部结构进行合理简化的基础上完成了变压器典型结构的计算机建模,以高斯电流元模拟局部放电源,合理设置各类仿真参数,利用时域有限差分法(FDTD)对特高频电磁波在变压器内部的传播特性进行了仿真分析。仿真结果给出辐射电磁波信号在铁心绕组之间的传播特点,铁心对电磁波传播造成的衰减和畸变作用,并通过时域及频域波形的对比给出不同脉宽、不同幅值电磁波信号在铁心绕组结构中传播的特点。     

特高频电磁波在变压器放油管道内的传播规律

放油阀式特高频(ultra-high-frequency,UHF)检测方法适用于变压器内部局部放电故障的带电检测。UHF检测装置的工作频带和安装位置是影响其检测灵敏度的关键因素。依据圆波导理论分析了UHF电磁波在放油管道内的传播特性,通过电磁波仿真和实验测试分析了UHF电磁波在放油管道内传播时的衰减程度,探究了衰减机理。研究结果表明,UHF电磁波进入放油管道传播时,低于TE11波截止频率的成分衰减严重,等于或大于此频率的成分几乎不衰减。提出了提高放油阀式UHF检测系统灵敏度的方法,即:传感器的探入位置应尽量靠近变压器内壁;UHF检测系统的频率下限应不低于主模截止频率。此研究成果对于提高变压器局部放电带电检测技术具有重要价值。     

变压器套管局部放电的特征与识别

变压器套管的局部放电是引起绝缘劣化,导致套管着火和爆炸的重要原因,现有的套管局部放电测量需要利用套管末屏的接地线,操作复杂,且容易受地网中的脉冲信号干扰。为了解决这个问题,文中提出了一种基于特高频技术的变压器套管局部放电检测及模式识别方法。根据实际套管典型缺陷,在实验室以110 kV变压器出线套管为试验对象,制造了套管顶部悬浮、套管末屏引线接触不良、套管下部均压环悬浮模型、套管下瓷套沿面放电这4种缺陷模型。利用传统脉冲电流和特高频检测方法,测量了局部放电特性,对比分析了脉冲电流PRPD、特高频PRPD、NV图谱的特征。研究结果表明:套管缺陷局放特高频PRPD谱图与脉冲电流法所测结果基本一致;根据PRPD、NV图谱的形态特征,可以辨识出套管局部放电缺陷类型及可能的放电部位。文中的研究成果对推动套管局部放电带电检测有重要意义。     

变压器绕组内局部放电UHF电磁波传播过程研究

采用时域有限差分(FDTD)法,研究了变压器绕组内部局部放电的特高频(UHF)电磁波向外辐射的传播路径和衰减情况。根据一台220 kV变压器的尺寸建立了铁芯绕组仿真模型,利用自适应网格法剖分模型空间,给出了用于模拟局部放电的高斯电流元,置于同一铁芯柱上的高低压绕组之间;仿真了UHF电磁波向外辐射的过程;分析了沿绕组径向和轴向的放电源产生的UHF电磁波向外辐射的传播路径和衰减情况。仿真结果表明:当放电源沿绕组径向时,UHF电磁波主要经过高压绕组的饼间油道传出,相对无绕组情况下衰减3.4 dB。当放电源沿绕组轴向时,UHF电磁波主要经过高低压绕组间的油道传出,相对无绕组情况下衰减1.2 dB。     

变压器特高频局放定位技术应用探讨

简述了特高频局放检测的原理及意义,阐述了特高频局放检测定位的时差法与平分面法的实现步骤及估算方法,结合特高频局放定位在变压器局放检测中的现场实际应用,对现场检测数据及波形进行分析,根据分析结果推断变压器内部运行状况,最后表明特高频局放检测及定位在变压器局放检测中具有较高的抗干扰能力、较好的有效性及适用性,可用于变压器内部缺陷查找与分析。     

基于特高频技术及三维空间定位法的GIS套管局放检测与实例分析

通过对组合电器、变压器等电力设备进行带电检测,可以有效发现设备内部缺陷引起的局部放电。由于GIS套管结构、材料与GIS本体有很大不同,用于GIS本体带电检测及定位的方法往往不完全适用于GIS套管。为实现通过带电检测发现套管内部绝缘性缺陷的目的,文中基于GIS套管特高频局放检测、缺陷模式识别、放电源定位以及解体检析等技术,分析某500 kV变电站220 kV设备区GIS出线套管内部悬浮放电缺陷,根据特高频信号脉冲序列相位分布谱图(phase resolved pulse sequence,PRPS图)、局部放电相位分布谱图(phase resolved partial discharge,PRPD图)特征对缺陷类型进行识别,阐述基于时间领先法、平面分法、三角定位法的放电源精确定位过程,并结合其他检测手段进行综合分析判断,最后通过解体检析查明套管内部放电的具体原因为导电杆法兰与套管法兰对接面涂胶过多,使其接触不良,产生悬浮电位进而导致悬浮放电。从而验证特高频局放检测缺陷识别的正确性和放电源定位的准确性,以及多种带电检测技术综合应用的有效性和互补性。     

GIS局部放电绝缘子金属环孔特高频检测天线的研究

常规的GIS局部放电外置式特高频检测方法是将特高频传感器安装在GIS的盆式绝缘子表面,但目前大量GIS的绝缘子外侧安装了金属环,这使得常规的检测方法无法应用。此时特高频电磁波只有可能从金属环上的浇注孔传播出来,然而浇注孔尺寸很小,传播出来的信号的特性未知,从而无法设计检测天线。通过实验测试分析了电磁波通过浇注孔的传播特性,由此设计研制了振子天线,并在GIS平台上测试了其对于各种局放检测的灵敏度。研究表明:浇注孔传播出来的电磁波的极化方式为线极化,频带在0.8~2 GHz;振子天线传感器为线极化类型,其工作频带为1~2 GHz,检测浇注孔处局放信号的灵敏度达到了30 p C以下。     

针-板局部放电辐射电磁波频率特性的实验研究

高压设备局部放电时会辐射出具有一定频率的电磁波。设计了一种典型的针-板电极放电实验模型,搭建一局部放电试验装置,用以模拟高压设备局部放电,对辐射出的电磁波频率特性进行研究。结果表明,在50 MHz-1 GHz测试频率范围内,这种局部放电能够辐射出能量较强的电磁波信号,并且连续分布于整个测试频段(包括超高频段0.3-1 GHz);通过比较屏蔽装置内外测得的放电频谱,证实辐射出的电磁波可通过开孔处耦合到设备外部,并能被检测,特征也基本不变。这些特性为高压设备局部放电非接触式超高频检测技术和此种放电类型的识别提供了实验依据。     

变压器局部放电超高频信号的外部检测

电力变压器局部放电超高频检测法中一般将传感器安装于箱体内部,这对已投入运行的变压器来说是有潜在危害的。为此,先分析了变压器箱体对局部放电超高频电磁波传播的影响,探讨了接收天线外部检测超高频信号的可行性,再实验研究了局放超高频电磁波的外传播特性。结果表明,超高频电磁波可以透过变压器箱体夹缝衍射出来,外部检测到的超高频信号强度随着变压器箱体缝宽增大而增大;变压器套管附近安装接收天线也能检测到超高频信号。     

GIS中电磁波传播特性的仿真研究

为研究UHF信号在GIS中的传播特性,采用时域有限差分法进行了仿真建模和计算。GIS内部的局部放电会在腔体中激励超高频(UHF)电磁波信号,UHF法是通过对局部放电时产生的超高频电磁波信号进行检测,获得局部放电信号的有关信息以实现对设备的绝缘状态诊断和评估。UHF法抗干扰能力较强、灵敏度高。仿真结果表明,UHF信号在GIS内传播时呈现明显的时延特性,有利于局放源的定位;UHF信号的强弱和检测点与局放源的夹角Φ有关,Φ=0°和180°时信号的能量最大;局放脉冲越陡,在GIS腔体中激励的高次模波分量越大。     

Recent trend of the partial discharge measurement technique using the UHF electromagnetic wave detection method

The ultra high frequency (UHF) electromagnetic wave detection method has been widely studied and used in partial discharge (PD) measurement and as a diagnostic technique for insulation performance in gas‐insulated switchgears (GIS) and transformers. The UHF method has advantages such as high sensitivity, wide detection range and reduced external disturbances. On the other hand, there are still some issues to be solved in the UHF methods, such as a clear understanding of the propagation characteristics of electromagnetic waves arising from the structure of the equipment, optimization of antenna design, calibration of charge, etc. This article deals with the present status and future trend of the technology of this promising UHF method of PD measurement, together with recent activities and results from our laboratory. Copyright © 2007 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

变压器特高频、超声波侵入式PD联合检测技术

最新颁布的IEC TS 62478-2016《高电压技术-电磁和声学法测量局部放电》国际标准,指出了现有的外置式超声波法测量PD主要存在:设备外壳对声波的衰减和不同介质声阻抗引起的传输多路径问题。笔者基于变压器放油阀结构,将特高频(UHF)天线和压电陶瓷声发射(AE)传感器进行一体化设计,再考虑电磁波和超声波信号耦合、防变压器油渗漏两个主要问题的基础上,加工研制了能够同时耦合UHF、AE信号的侵入式PD复合传感器。110 kV变压器内置尖端放电下与外置式压电陶瓷AE传感器的对比试验表明:所设计的UHF、AE侵入式PD复合传感器能够有效探测到油中微弱放电产生的具有特定时间差Δt的电磁波和超声波信号,这为变压器PD检测提供了一种全新的"声-电"即UHF、AE联合检测技术。     

油纸屏障对变压器局部放电超高频检测信号的影响

受变压器内部复杂结构的影响,局部放电超高频信号在变压器内部的传播特性非常复杂。笔者通过变压器局部放电超高频实验研究,分析了油纸屏障对变压器局部放电被测超高频信号的影响。设计了油中气隙放电、油中沿面放电和油中电晕放电3种局部放电模型,在实验油箱中进行局部放电实验,采用超高频小环天线进行放电信号检测,在有无油纸屏障情况下获得了局部放电超高频信号实测数据,对所测局部放电超高频信号在时域和频域上进行了对比分析。结果表明,油纸屏障对超高频信号幅值衰减及信号功率谱有一定影响。     

GIS中局部放电与超高频电磁波关系的仿真研究

GIS内部由于存在各种绝缘缺陷而发生局部放电时,会激发起数百MHz至数GHz的超高频(UHF)电磁波在GIS腔体内传播。笔者根据电磁波在同轴波导中的传播理论,运用有限差分时域(FDTD)算法,对局部放电脉冲波形与其激发UHF电磁波之间的关系进行了仿真分析。首先研究了局部放电量与电磁波电场强度的关系,指出在一定的局放脉冲电流变化率下局放量的变化对电磁波电场强度的影响较小;然后研究了局放脉冲电流变化率与电磁波电场强度的关系,指出在局放量一定时二者近似呈线性关系;最后研究了局放脉冲电流变化率对电磁波中高次模成分的影响,运用变异系数对高次模成分在电磁波中所占比例大小进行分析,指出高次模成分所占比例随局放脉冲电流变化率的增大而增大。     

GIS局部放电超高频电磁波的传播特性研究

SF6气体中的局部放电过程可激发产生超高频电磁波。为研究GIS中超高频电磁波的传播特性,采用时域有限差分法仿真计算GIS中超高频信号的传播特性。仿真计算表明,GIS中局部放电产生电磁波在传播过程中存在延迟现象,有利于局部放电点的定位。因GIS中存在不连续点,超高频信号在传播过程中产生衰减,通过绝缘子时平均衰减3dB,通过T型接头时最严重的支路信号平均衰减10dB,而传播过程中产生的谐振使其衰减变慢。