【正文】 進、消化、吸收國內(nèi)外的先進技術(shù)和經(jīng)驗，結(jié)合北京市電力公司設(shè)備的實際情況，實現(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施方法和分析判斷方法。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)。脈沖電流法通常被用于變壓器出廠試驗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。測量頻率低，頻帶窄，包含的信息量少。因此，選擇局部放電的超聲頻段進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械振動噪聲。超聲檢測主要用于定性地斷局放信號的有無，以及結(jié)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。 IEC 為此特意制定了三比值法的推薦標(biāo)準(zhǔn)。該方法無法進行故障定位。用于定性測量有其一定意義，但用于定量研究還存在困難。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。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。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。當(dāng)放電間隙比較小，且放電間隙的絕緣強度比較高時，放電過程的時間比較短，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。同時，由于檢測頻帶寬，具有較高的靈敏度。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。同時，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。他們還在實驗室中檢測到了幾種缺陷放電的超高頻信號，并研制了 3001200MHZ 的超高頻天線運用于實際變壓器中。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)模式進行分析，取得了一定的成果。清華大學(xué)則試圖通過在變壓器內(nèi)部引出線的附近安置 UHF 天線的方法來測量變壓器的內(nèi)部放電，在實驗室內(nèi)進行了研究。介質(zhì)的沿面放電，層壓材料中的放電，固體絕緣的表面和內(nèi)層的樹枝狀爬電等也屬于這一類。因此，一個絕緣系統(tǒng)壽命與放電量的關(guān)系分散性很大，這也是該項測試技術(shù)有待研究的一個課題。 目前局部放電已列為變壓器類設(shè)備的出廠、交接和預(yù)試項目，在國家電網(wǎng)公司《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》中列為診斷性試驗項目，成為國內(nèi)外廣 泛采用的一種評定絕緣質(zhì)量的有重大意義的方法，是一種非破壞性試驗。 局部放電特征參量及形成機理 ①局部放電的主要特征參量 表征局部放電的主要特征有以下三個 : l)視在放電量 q:是指在試品兩端注入一定電荷量，使試品端電壓的變化量和局部放電時端電壓變化量相同。 2)局部放電起始電壓 Ui:是指試驗電壓從不產(chǎn)生局部放電的較低電壓逐漸增加時，在試驗中局部放電量超過某一規(guī)定值時的最低電壓值。在此以固體或液體絕緣中的氣隙 (空穴 )為例來闡述局部放電的形成 . 黃河水院自動工程系畢業(yè)論文 11 在實際試驗中，由于放電空穴兩端的電壓變化不能得知，則真實放電量 q，是不能測得的。 由上述及圖 22可看出，內(nèi)部局部放電總是出現(xiàn)在電源周期中的第一或第三象限，每周期的平均放電次數(shù)與外施電壓 u有關(guān)，每周放電次數(shù)隨著 u的上升與增加，大約呈直線關(guān)系，每個周期出現(xiàn)的局部放電脈沖可在局部放電測量儀的顯示器上觀察脈沖或放大波形分析 . 當(dāng)絕緣介質(zhì)內(nèi)出現(xiàn)局部放電后，外施電壓在低于起始電壓的情況下，放電也能繼續(xù)維持。這也說明在某種情況下電氣設(shè)備存在局部缺陷而正常運行時，局部放電量較小，也就是運行電壓尚不足以激發(fā)大放電量的放電。內(nèi)介質(zhì)與電極間的邊緣處，在 r 點的電場有一平行于介質(zhì)表面的分量，當(dāng)電場足夠強時則產(chǎn)生表面放電。正半周出現(xiàn)的放電脈沖較密，但幅值小。電暈放電在負極性時較易發(fā)生，也即在交流時它們可能僅出現(xiàn)在負半周。因此負棒時，棒極附近的電場增強，較易形成。目前應(yīng)用得比較廣泛和成功的是脈沖電流法，它不僅可以靈敏地檢出是否存在局部放電，還可判定放電強弱程度。Cx試品等效電容 。 調(diào)平衡元件 。 3)測量阻抗云。連接測量阻抗和測量儀器中的放大單元的連線，通常為單屏蔽同軸電纜。 RLC 型 (如圖 29)對局部放電脈沖檢測有很高的靈敏度，而對被試品工頻的充電電流呈現(xiàn)低阻抗，頻帶較窄，噪音水平較低。 2)試驗電壓下，試品的工頻電容電流符合測量阻抗乙允許值時，可采用圖 27(b)試驗回黃河水院自動工程系畢業(yè)論文 15 路。平衡法的測量靈敏度略低于直測法，但它的抗干擾能力卻比直測法高得多 第三章北京市電力公司局部放電在線 檢測技術(shù) 空間電磁波頻譜測試技術(shù) 基本原理 運行中的輸變電設(shè)備產(chǎn)生放電缺陷后，伴隨放電產(chǎn)生的電磁波信號在介質(zhì) (SF空氣、絕緣材料 )中向四周傳播，越靠近放電點其高頻分量越多，幅值也越大。 主要技術(shù)指標(biāo) : 頻譜分析儀的主要技術(shù)指標(biāo)如下 : 1)頻率范圍 :應(yīng)用方法如下 : 1)現(xiàn)場測量時首先將傳感器置于空氣中，測量空氣中電磁波信號頻譜特征。 黃河水院自動工程系畢業(yè)論文 17 POCheck 高頻局放監(jiān)測技術(shù) 基本原理 在充油變壓器中或其它油紙絕緣電力設(shè)備中局部放電的發(fā)生是非常普遍的，由于纖維紙因沒有充分浸透形成的氣穴，或者金屬導(dǎo)體突出的部位因電場強度的增強而產(chǎn)生氣泡都會導(dǎo)致局部放電的發(fā)生。其次依次為沿面放電帶寬約為 2030MHz、氣隙放電帶寬約為2SMHz、油隙放電帶寬約為 3550MHz、而雜質(zhì)誘發(fā)放電則表現(xiàn)為中心頻率約為1015MHz 的窄帶信號。試驗結(jié)果表明，在利用寬頻帶電磁禍合法進行電纜局放檢測時，若局放發(fā)生在連接頭或終端處，則此時的幅頻特性衰減并不嚴(yán)重，可以選用頻率較高的傳感器，而對于距 離連接頭或終端較遠的電纜本體的局放進行檢測，由于幅頻特性的衰減很嚴(yán)重，宜選用頻率較低的傳感器，同時還要考慮在合適并且有效的位置安裝傳感器，否則，信號有可能在衰減完時仍未被傳感器拾取到。 信號采集單元主要有高頻檢測通道、同步輸入以及通訊接口。 現(xiàn)場測試時將高頻 CT卡在容性設(shè)備末屏接地線或電纜接地線上，同步線圈卡在接地線或電纜本體上并與信號采集單元連接。 由于采用電磁禍合技術(shù)，測試單元與高壓設(shè)備實現(xiàn)了電氣隔離，而測量單元與電腦之間也采用了光纖連接，確保了操作人員的安全 。 2)對局部放電脈沖的波形特征進行分析，識別局部放電的類型去除噪音信號 如電暈放電、表面放電、內(nèi)部放電或噪音信號。 6)瀏覽每一個局部放電脈沖的波形，觀察其振幅和頻譜圖。 9)具有人工分類功能。 13)根據(jù)現(xiàn)場檢測需要，可以采用濾波設(shè)備對檢測信號進行濾波處理，以便重點檢測某一頻率范圍的信號。 17)系統(tǒng)采用模塊式結(jié)構(gòu)，具備較強的擴展功能。 21)WindowS 操作系統(tǒng)，窗口式圖形界面。 2)如果信號譜圖符合局放判斷規(guī)則，則需要對其進行定位分析。 4)比較其它狀態(tài)監(jiān)測方法，如油色譜、 UHF 超高頻局放測試、超聲波測試、頻譜分析、氣體分析等方法對該設(shè)備的測試結(jié)果，進行綜合分析。 1000pC 的放電持續(xù) 10ns 將產(chǎn)生 100mA 的電流。這些波產(chǎn)生的電流進而產(chǎn)生電壓，電壓值等于電流及其流經(jīng)的阻抗之積。將一個、兩個和多個探頭放在待測設(shè)備的接地的金屬愷裝上來測量。測量是非侵入性的，因此可以在設(shè)備帶電或帶負荷時完成。 現(xiàn)場應(yīng)用方法 應(yīng)用方法如下 : l)在測量之前必須用測試源來校準(zhǔn)儀器，包括探頭和引線，確定設(shè)備是否能正常工作。最初，測量通道的衰減設(shè)為 0dB 以獲得最大靈敏度。兩個通道的衰減器獨立調(diào)節(jié)。儀器的 LED 指示哪個通道最先觸發(fā)，于是知道哪個探頭離放電源更近。聲的干擾主要是機械振動和電磁振動，其頻率一般小于 10kHz，而空氣中的放電頻率非常豐富，一般高于 10kHz。 設(shè)備工作原理及主要技術(shù)指標(biāo) Ultraprobe9000 可以把接收到的超聲波信號轉(zhuǎn)化成可聽的聲音信號。 主要技術(shù)指標(biāo) : l)測量頻率范圍 :20100kHz 2)輸出 :外差法校準(zhǔn)輸出 3)探測器 :可選聲音掃描模式和聽診器模式 4)耳機 :豪華抗干擾頭戴式耳機，雜訊衰減大于 23dB，符合 ANSI 和 OSHA 標(biāo)準(zhǔn) 5)尺寸 :150 220 70mm 6)重量 :主機 。開關(guān)柜面板包括斷路器和金屬封裝的縫隙處、電纜或母線窗、母線通風(fēng)板 /蓋處的縫隙、開關(guān)面板 /門處的縫隙、高壓電纜接頭箱的側(cè)面或底部的通風(fēng)孔等部位。某些干擾聲音可能來自水銀燈以及附近走動的人或運行的機器，隔離這些干擾噪聲，需要集中注意力在設(shè)備發(fā)出的超聲 上。 OWTS 振蕩波局放監(jiān)測技術(shù) 基本原理 近年來，隨著我國電網(wǎng)的不斷發(fā)展，電纜已經(jīng)廣泛用于中壓電網(wǎng)中。 局放檢測是電纜絕緣評估的重要內(nèi)容，它可以對電纜網(wǎng)故障提供早期的診斷。測量過程中，首先對被測電纜施加直流電壓到期望值，然后合上電子開關(guān)，被測電纜和系統(tǒng)內(nèi)的電感線圈將發(fā)生諧振。有關(guān)文獻表明 :振蕩波頻率在 600Hz 以下時，振蕩波電壓和工頻交流電壓具有較好的等效性。根據(jù)衰減的電壓曲線找到局放熄滅電壓 。通常情況下，當(dāng)局部放電起始電壓低于運行電壓，表明電纜正常運行中存在局部放電，并依據(jù)電纜本體和附件各自的局放標(biāo)準(zhǔn)，對電纜采取相應(yīng)的黃河水院自動化工程系畢業(yè)論文 26 維修策略。 2)對電纜進行加壓試驗，單相測試電壓峰值為 *(對于 I0kV 電纜 UO取設(shè)計絕緣電壓 )，測試電壓取 0kV，從 。判斷方法如下 :放電量與放電頻率隨電壓升高、放電信號波形可明顯分辨出“入射波”與“反射波”、定位圖上有代表局放的、集中的“點集合”或“線集合”、局放相位具有典型的“ 180 度”原則 。 黃河水院自動化工程系畢業(yè)論文 28 該設(shè)備主要功能如下 : 1)時域波形展示 ,可以實時顯示一個工頻周期下的放電脈沖相位譜圖。 超高頻局放監(jiān)測技術(shù) l、基本原理 超高頻局放檢測技術(shù)是目前國際上對 GIS 類設(shè)備普遍采用的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)。瞬態(tài)信號時應(yīng)視為分布參數(shù)的傳輸線 。若軸向激發(fā)且該脈沖注入足夠快，則會產(chǎn)生高次模波 TE0m 及 TM0m。內(nèi)電極法是在 GIS 開口蓋板的干燥劑的凹槽上覆蓋很容易固定的且可以消除應(yīng)力 的電極，禍合器由電極與蓋板組成，電極與蓋板由聚四氟乙烯套管黃河水院自動化工程系畢業(yè)論文 30 絕緣，它被一個 50Q 電阻連接到一個密封的 N 型 50?，F(xiàn)在英國所有新制造的 GIS 都提供了為特高頻監(jiān)測用的內(nèi)電極，并且可用專家系統(tǒng)去處理特高頻放電數(shù)據(jù)，已經(jīng)取得了較好的效果。接收到的特高頻信號幅值和放電量的關(guān)系的研究等。高速數(shù)據(jù)采集單元將傳感器收集并轉(zhuǎn)換后的電信號變成數(shù)字信號存儲到計算機中 。 3)實時獲取局部放電信號的峰值和對應(yīng)的放電頻率。 黃河水院自動工程系畢業(yè)論文 33 7)用 2D(二維 )、 3D(三維 )、相位 (PRPD:PhaseResolvedPartialDISeharge)等多種圖形方式顯示局部放電信號，顯示不同局放類型的特征圖形 。 10)支持 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，支持 MODEM 遠程傳輸。若一致并且信號更大，則基本可判斷為外部干擾 。 3)可使用工具把禍合器綁置于絕緣盆子處進行長時間檢測。故障的類型和嚴(yán)重程度與油中溶解氣體的組成、含量、增長速率等因素密切相關(guān)。 變壓器油中溶解氣體色譜分析是對油中溶解的各種氣體進行分離，并進行定量檢測，一般分為以下步驟 : 1)全密封采集樣品 。 黃河水院自動工程系畢業(yè)論文 35 5)進行溫度、壓力校正，并計算結(jié)果。 2)SF6純度儀一用于檢測 SF6內(nèi)部氣體純度 。 6)SF6電氣設(shè)備故障檢測儀一專用于檢測運行中 SF6氣體的二氧化硫和硫化氫 的含量等 。 其中 :1為基于羅科夫斯基原理設(shè)計的各種頻帶的傳感器， 2為安裝在電氣回路的取樣阻抗或取樣電極， 3 為表面接觸式超高頻、地電波或超聲波傳感器， 4 位空氣式電磁波傳感器， 5 為空氣式超聲波傳感器。 3)脈沖頻度特性 :每秒脈沖數(shù)大于 50。 黃河水院自動工程系畢業(yè)論文 37 典型圖譜的實測比對 高頻局部放電測試及超高頻局部放電測試，由于測試原理不同于常規(guī)測試方法。為驗證各種測試手段，特別是判斷數(shù)據(jù)圖庫中典型圖譜的準(zhǔn)確性，我們針對部分典型放電現(xiàn)象，采取實測的方法 進行了比對。因此為了更好地判斷主壓器局部放電的情況，有必要針對存在疑問的主變壓器開展各種測試手段的聯(lián)合使用，最終到達正確分析判斷，發(fā)現(xiàn)主變壓器隱患的目的。 表 51油色譜數(shù)據(jù) 組份 樣品 甲烷 乙烷 乙烯 乙炔 一氧 化碳 二氧 化碳 氫 總烴 油樣 368 采樣數(shù)據(jù) (單位 恤 l/1) 表 52油色譜數(shù)據(jù) 組份 樣品 甲烷 乙烷 乙烯 乙炔 一氧 化碳 二氧 化碳 氫 總烴 油樣 0 采樣數(shù)據(jù) (單位扭 l/l) 為進一步確定缺陷并進行定位，在設(shè)備停電處理前，采用高頻局放監(jiān)測技術(shù)對該變壓器進行帶電局放監(jiān)測和定位。檢查及試驗結(jié)果 :氣體繼電器未見有氣體析出。該變壓器過熱故障的位置靠近低壓 B