【正文】 黃河水院自動工程系畢業(yè)論文 畢 業(yè) 論 文電力變壓器檢測技術(shù)研究設(shè)計(jì)作 者 姓 名 ： 專 業(yè)、班 級： 發(fā)電廠及電力系統(tǒng)1102班 學(xué) 號： 2011110232 校內(nèi)指導(dǎo)教師： 校外指導(dǎo)教師： 鄧銀環(huán) 完 成 日 期 ： 2014年7月17日 黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院自動化工程系摘要局部放電測量是目前測試電力設(shè)備特性、發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部缺陷、預(yù)防設(shè)備故障的一種非常有效的手段。為滿足現(xiàn)代電力企業(yè)的需求，超高頻法、超聲波法、油色譜法等許多局部放電在線檢測技術(shù)得以發(fā)展，并在現(xiàn)實(shí)中得到應(yīng)用。本文介紹了北京市電力公司主變壓器局部放電在線檢測技術(shù)的應(yīng)用研究，對局部放電的測量技術(shù)進(jìn)行了分析，積累了大量數(shù)據(jù)、樣本和經(jīng)驗(yàn)，給出了技術(shù)應(yīng)用的兩個(gè)典型案例，介紹了DMS超高頻和TECHIMP高頻兩種先進(jìn)技術(shù)方法的典型典型圖譜。建立多種局部放電在線檢測方法合理搭配的聯(lián)合診斷方法，為未來電力設(shè)備在線測方法發(fā)展提供指導(dǎo)。關(guān)鍵詞：變壓器；局部放電；在線檢測；高頻；超高頻目 錄摘要 2 目錄.............................................................. 31第一章 引言 4 選題背景和意義 4 文獻(xiàn)綜述 4 本文的主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排 5 2 第二章 局部放電與變壓器局部放電的測量 8 局部放電概述............................................ 9 變壓器局部放電測量方法 13 3第三章 北京市電力公司局部放電在線監(jiān)測技術(shù) 15 16 POCheck高頻局部放監(jiān)測技術(shù) 17 21 .................................... 23 OWTS震蕩波局部監(jiān)測技術(shù) 24 高速示波器精確定位技術(shù)..................... ........... 27 .................................... . 28 .......................................... 34 ............................................. 35 4第四章局部放電聯(lián)合診斷技術(shù) 36 37 37 37 5 第五章典型案例 38 39 結(jié)論 40 致謝 41 第一章引言隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，針對電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行的要求越來越高，而電力變壓器是電力系統(tǒng)的樞紐設(shè)備，其運(yùn)行的可靠性直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。對實(shí)際故障的統(tǒng)計(jì)分析表明，絕緣故障是影響變壓器正常運(yùn)行的主要原因，而局部放電是造成變壓器絕緣劣化的主要原因。它既是絕緣缺陷的預(yù)兆，又是其發(fā)展的產(chǎn)物。目前國內(nèi)的局放試驗(yàn)多在離線狀態(tài)下進(jìn)行，此時(shí)變壓器已經(jīng)脫離電網(wǎng)及外界干擾，測量較容易。但離線狀態(tài)下，設(shè)備處于“冷狀態(tài)”，外界的電磁場、發(fā)熱、機(jī)械振動等環(huán)境影響都與實(shí)際運(yùn)行時(shí)不同，所測數(shù)據(jù)也有一定偏差，因此有必要進(jìn)行局放在線檢測。同時(shí)，在線檢測時(shí)試品不用承受高于額定值的過電壓，不會影響被試設(shè)備，屬于非破壞性試驗(yàn)。此外，帶電檢測可以在不影響設(shè)備正常運(yùn)行的情況下，隨時(shí)測量或監(jiān)測設(shè)備的“健康狀態(tài)”，使管理者對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)心中有數(shù)，也便于科學(xué)合理地安排設(shè)備檢修周期及檢修項(xiàng)目，使維修更換時(shí)有的放矢，不僅大量縮減檢修時(shí)間及相應(yīng)人力物力財(cái)力消耗，也使企業(yè)管理水平上升到一個(gè)新的層面，實(shí)現(xiàn)對在役設(shè)備的在線監(jiān)測和數(shù)字化管理。電力設(shè)備綜合監(jiān)測、分析、診斷一直是電力部門期待解決的問題。傳感技術(shù)、信號檢測處理技術(shù)及診斷技術(shù)的發(fā)展，為建立電力變壓器局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)提供了技術(shù)基礎(chǔ)，變壓器運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累為絕緣診斷提供了依據(jù)。本課題期望能夠引進(jìn)、消化、吸收國內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合北京市電力公司設(shè)備的實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)北京市電力公司自己特色的主變壓器局部放電在線檢測實(shí)施方法和分析判斷方法。局部放電檢測是以發(fā)生局部放電時(shí)產(chǎn)生的電光聲等現(xiàn)象為依據(jù)，來判斷局部放電的狀態(tài)，包括定位和放電的程度。其檢測方法有脈沖電流法、超聲波檢測法、光測法、化學(xué)檢測法等多種檢測方法。l、脈沖電流法脈沖電流法通過檢測阻抗或電流傳感器，檢測變壓器套管末屏接地線、外殼接地線、中性點(diǎn)接地線、鐵心接地線以及繞組中由于局部放電引起的脈沖電流，獲得視在放電量。脈沖電流法是研究最早、應(yīng)用最廣泛的一種檢測方法，IEC 60270為IEC正式公布的局部放電測量標(biāo)準(zhǔn)。檢測變壓器局部放電用的電流傳感器通常由羅戈夫斯基線圈制成。電流傳感器按頻帶可分為窄帶和寬帶兩種，窄帶傳感器帶寬一般在10kHz左右，中心頻率在2030kHz之間或更高。寬帶傳感器帶寬為100kHz左右，中心頻率在200400kHz之間。脈沖電流法通常被用于變壓器出廠試驗(yàn)以及力其他離線測試中，其離線測量靈敏度高，而且可以測量視在放電量。脈沖電流法的缺點(diǎn)在于:由于運(yùn)行現(xiàn)場干擾嚴(yán)重，導(dǎo)致脈沖電流法無法有效應(yīng)用于在線監(jiān)測。對于變壓器這類具有繞組結(jié)構(gòu)的設(shè)備，由于局部放電在繞組內(nèi)的傳播導(dǎo)致脈沖電流法在標(biāo)定時(shí)產(chǎn)生很大的誤差。當(dāng)試樣的電容量較大時(shí)，受藕合電容的限制，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。超聲波法用固定在變壓器油箱壁上的超聲波傳感器可以接受到局部放電產(chǎn)生的超聲波，由此來檢測局部放電的大小和位置。由于此方法受電氣干擾的影響比較小以及它在局部放電定位中的作用，人們對超聲波的研究比較深入。局部放電產(chǎn)生的聲波頻率范圍分布很廣，一直延伸到超聲波頻率，而現(xiàn)場中的環(huán)境干擾(如運(yùn)行中變壓器的勵磁噪聲、散熱器風(fēng)扇、冷卻器、潛油泵的噪聲、循環(huán)油噪聲等)的頻率大多為聲頻。因此，選擇局部放電的超聲頻段進(jìn)行檢測容易避開干擾的影響，選用的頻率范圍一般為70150kHz，目的是為了避開鐵心的磁噪聲和變壓器的機(jī)械振動噪聲。很早以前人們就用局部放電發(fā)生的聲波和超聲波來檢測放電的位置，但由于靈敏度很低，在局部放電測試中很少使用。近年來，由于換能元件靈敏度的提高和低噪聲的集成元件放大器的應(yīng)用，大大提高了超聲波測量的靈敏度。再加上設(shè)計(jì)好的超聲波探測儀器可以很好地消除干擾，能有效確定局部放電的部位。超聲檢測主要用于定性地?cái)嗑址判盘柕挠袩o，以及結(jié)合脈沖電流法或直接利用超聲信號對局放源進(jìn)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。DGA法(氣相色譜法)當(dāng)變壓器中發(fā)生局部放電時(shí)，各種絕緣材料發(fā)生分解破壞，產(chǎn)生新的生成物，通過檢測氣體生成物的組成和濃度，可以判斷局部放電的狀態(tài)。目前，該方法廣泛應(yīng)用于變壓器，分析各種氣體的組成和濃度可確定故障類型和故障程度。IEC為此特意制定了三比值法的推薦標(biāo)準(zhǔn)。該方法目前已廣泛應(yīng)用于變壓器的在線故障診斷中，并且建立起模式識別系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)故障的自動識別，是當(dāng)前在變壓器局放檢測領(lǐng)域非常有效的方法。該方法的優(yōu)點(diǎn)是不受外界電磁干擾的影響，準(zhǔn)確度較高。但是DGA法具有兩個(gè)缺點(diǎn):油氣分析是一個(gè)長期的監(jiān)測過程，因而無法發(fā)現(xiàn)突發(fā)性故障。該方法無法進(jìn)行故障定位。紅外熱像法它是利用變壓器內(nèi)部局部放電產(chǎn)生的電熱能量轉(zhuǎn)換來檢測局部放電區(qū)域的溫度變化。優(yōu)點(diǎn)是使用方便，結(jié)果直觀。缺點(diǎn)是當(dāng)故障點(diǎn)處于變壓器深處時(shí)，檢測不到。用于定性測量有其一定意義，但用于定量研究還存在困難。目前多用于套管的檢測。RIV法(無線電干擾測量法)局部放電會產(chǎn)生無線電干擾的現(xiàn)象很早就被人們所認(rèn)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(biāo)準(zhǔn)。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(gè)接收線圈來接收由于局放而發(fā)出的電磁波，對于不同測試對象和不同的環(huán)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(jī)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(chǎn)生的光輻射進(jìn)行檢測。在變壓器油中，各種放電發(fā)出的光波長不同，研究表明通常在500—700nm之間。在實(shí)驗(yàn)室利用光測法來分析局放特征及絕緣劣化等方面已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，但是由于光測法設(shè)備復(fù)雜昂貴、靈敏度低，且需要被檢測物質(zhì)對光是透明的，因而在實(shí)際中無法應(yīng)用。射頻檢測法利用羅果夫斯基線圈從變壓器中性點(diǎn)處測取信號，測量的信號頻率可以達(dá)到3萬千赫茲，大大提高了局放的測量頻率，同時(shí)測試系統(tǒng)安裝方便，檢測設(shè)備不改變電力系統(tǒng)的運(yùn)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(jìn)行分辨，且信號易受外界干擾。隨著數(shù)字濾波技術(shù)的發(fā)展，射頻檢測法在局放在線檢測中得到了較廣泛的應(yīng)用。超高頻法局部放電超高頻檢測是通過超高頻傳感器接收變壓器內(nèi)部局部放電產(chǎn)生的超高頻電磁波，實(shí)現(xiàn)局部放電的檢測，并實(shí)現(xiàn)抗干擾。變壓器每一次局部放電都發(fā)生正負(fù)電荷的中和，伴隨有一個(gè)很陡的電流脈沖，并向周圍輻射電磁波。根據(jù)已經(jīng)取得的結(jié)論:局部放電所輻射的電磁波的頻譜特性與局部放電源的幾何形狀以及放電間隙的絕緣強(qiáng)度有關(guān)。當(dāng)放電間隙比較小，且放電間隙的絕緣強(qiáng)度比較高時(shí)，放電過程的時(shí)間比較短，電流脈沖的陡度比較大，輻射的電磁波超高頻分量比較豐富。目前已經(jīng)證實(shí):變壓器內(nèi)部局部放電確實(shí)能激發(fā)出很高頻率的電磁波，最高可達(dá)數(shù)1GHz。傳統(tǒng)的局部放電檢測方法，測量頻率低，易受外界干擾。通常超高頻檢測技術(shù)的檢測頻帶是500一1500MHz，而實(shí)測表明，現(xiàn)場噪聲通常低于400MHz，可最大限度避開干擾。同時(shí)，由于檢測頻帶寬，具有較高的靈敏度。另外，與其它方法不同，超高頻法測得的波形更加符合實(shí)際的放電波形，可以較全面的研究變壓器內(nèi)部局部放電的本質(zhì)特征。其缺點(diǎn)是超高頻法體外檢測靈敏度低，體內(nèi)檢測預(yù)置超高頻傳感器要廠家配合。此外，難以進(jìn)行標(biāo)定是阻礙超高頻技術(shù)應(yīng)用的最大障礙。局部放電超高頻檢測技術(shù)近年來得到了較快的發(fā)展，在以GIS為代表的電力設(shè)備中得到了成功的應(yīng)用。由于GIS的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，超高頻檢測GIS局部放電已成功地應(yīng)用多年。局部放電信號在GIS中是以TEM波和TE波、TM波的形式傳播的，GIS的同軸結(jié)構(gòu)相當(dāng)于導(dǎo)引電磁波的波導(dǎo)管，TE波與TM波在其中傳播的截止頻率取決于G工S的結(jié)構(gòu)尺寸，同時(shí)由于間隔的作用，一個(gè)GIS系統(tǒng)如同一系列的諧振腔，諧振腔中信號傳播損耗小，信號傳播時(shí)間長，通常一個(gè)納秒級的局部放電信號可以持續(xù)I0mS以上，有利于檢測。對變壓器而言，局部放電通常發(fā)生在變壓器內(nèi)的油一隔板絕緣中，由于絕緣結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，電磁波在其中傳播會發(fā)生多次折返射及衰減。同時(shí)，變壓器內(nèi)箱壁也會對電磁波的傳播帶來不利影響，這就大大增加了檢測的難度。因此，變壓器局部放電超高頻檢測技術(shù)的研究還處于起步階段。國外方面，荷蘭KEMA實(shí)驗(yàn)室的RutgerS等人在實(shí)驗(yàn)室中對變壓器局部放電超高頻檢測技術(shù)進(jìn)行了初步研究。研究結(jié)果表明:油中放電上升沿很陡，脈沖寬度多為納秒級，能激起IGHz以上的超高頻電磁波。他們還在實(shí)驗(yàn)室中檢測到了幾種缺陷放電的超高頻信號，并研制了3001200MHZ的超高頻天線運(yùn)用于實(shí)際變壓器中。他們將天線插入變壓器放油閥中，天線面與油箱壁在同一平面上，所測得的信號通過一個(gè)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)從變壓器導(dǎo)出并送入檢測裝置，這樣電磁波到達(dá)傳感器時(shí)衰減較少。同時(shí)，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)有利于電磁波的無損傳播，從而提高了超高頻法的檢測靈敏度(可達(dá)到10pC)。英國Strathclyde大學(xué)的Judd等人在GIS超高頻檢測研究的基礎(chǔ)上，也對變壓器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室研究，并進(jìn)行了現(xiàn)場實(shí)測。傳感器為盤式的電容禍合器 (disccoupler)，在變壓器頂部靠近高壓側(cè)的箱體上開一介質(zhì)窗，傳感器通過介質(zhì)窗提取局部放電信號，送入頻譜分析儀，選取最優(yōu)頻率后，使用頻譜儀的POW (pointonwave)模式進(jìn)行分析，取得了一定的成果。此外他們還使用最小路徑法對變壓器局部放電的定位進(jìn)行了探討，他們最主要的貢獻(xiàn)是發(fā)明了一系列超高頻天線的標(biāo)定計(jì)算方法，為以后超高頻法測量局部放電的標(biāo)準(zhǔn)化奠定了一定的基礎(chǔ)。此外，發(fā)明了能