变压器局部放电在线监测

4.7　变压器局部放电在线监测

变压器在线监测技术是国内外研究的热点，本节介绍变压器在线监测涉及的基本概念，分析两种基本的监测方法，局部放电法和变压器油色谱分析法，讨论这两种方法的机理及性质，论述局部放电模式识别的过程、所采用的各种方法的优缺点，以及变压器油色谱分析法的现状及发展状况。

1）工作原理

绝缘损坏是引起变压器故障的主要原因，在故障发生前会产生局部放电，并伴随下列信号：电波、超声波、电流脉冲、超高频电磁波、C₂H₄、C₂H₂、C₂H₆、CH₄、H₂、CO等气体。通过测量上述5种信号，可以确定变压器内部局部放电的严重程度。因此5种信号的监测都有人研究。其中，最灵敏的是电流脉冲法。但由于电力系统现场电信号的干扰较大，因此采用该法很难进行测量。而超声波法及油中气体分析法现场干扰较少，但超声波法灵敏度低，很难检测到那些深藏在绝缘内部的放电故障。

2）检测方法

（1）差动平衡法：利用中性点传感器与变压器铁芯接地传感器对测得的两路信号进行比较。当变压器内部产生局部放电信号，它会在上述两个传感器上产生两个方向相反的电流脉冲。而当干扰信号经过变压器外部时，也会在这两个传感器上产生方向相同的电流脉冲，通过调整频率，并比较这两个信号，就可以对电晕干扰加以抑制。

（2）超声波检测法：在变压器外壳上安装超声波传感器，可用于检测局部放电产生的声信号。当变压器内部发生局部放电时，会检测到电流脉冲信号，而声波信号也会被分布在油箱壁上的数个超声波传感器检测到。但这个声波信号会比电脉冲延迟，根据这个延迟时间，就能确定放电发生点和传感器之间的距离，从而确定放电点的位置。

（3）电气定位法：利用放电脉冲在绕组中的传输过程及超声波传播的方向和时间来确定放电位置的定位方法。

3）系统结构及组成

（1）变压器内部放电监测系统组成。

变压器内部放电监测系统原理框图如图4－16所示［26］。

图4－16　放电监测系统原理框图

图4－17监测系统中，每台变压器上可装3个固定式超声传感器和10个脉冲电流传感器；其中，电流传感器分别串接在：220kV侧高压出线套管末端和中性点套管末端，110kV侧高压出线套管末端和中性点套管末端，变压器外壳和铁芯接地线（如只有一根接地线的话）上。而另外的3个移动式超声传感器可精确定位故障点。户外测量箱的温度保持在10℃～40℃，它由独立的数字温控仪调节温度。由上位机控制信号采集箱电源的通断。

图4－17　电流传感器原理框图

（2）硬件电路工作原理。

①脉冲电流传感器：

电流传感器原理框图如图4－17所示。

通常由铁氧体磁芯绕制而成的脉冲电流传感器，有源宽带型传感器，其带宽约为4kHz～1.2MHz。设计了放大倍数为1或10的前置放大器。

②超声传感器：

超声传感器原理框图为图4－18所示。

图4－18　超声传感器原理框图

超声传感器的频带为20～300kHz，放大器增益为40dB，其探头材料采用锆钛酸压电晶体作为换能组件。由于巴克豪森噪声和磁声发射噪声是运行中变压器的主要高频噪声，其频率均在70kHz以下，因此把超声传感器3dB带宽定为70～180kHz，以便将上述噪声和低频振动噪声的干扰进行抑制。

③信号隔离模块：

隔离模块原理框图如图4－19所示。

如果直接将传感器信号送入采集装置，会由于各传感器接地点的电位不等（即使只有毫伏级的差异）而引起不同传感器通道接地线之间产生干扰电流，从而影响系统的正常工作甚至无法工作，故在传感器和数据采集装置之间设有一个放大倍数为1、由隔离变压器作为隔离组件的隔离单元。

图4－19　隔离单元电气原理框图

④衰减器和放大器单元：

衰减器、放大器的原理框图如图4－20所示。

图4－20　衰减器、放大器原理框图

为获得更佳的频率特性，由衰减倍率为1、1/2、1/4、1/8的阻容网络组成衰减器；放大器有2级，放大倍数为1、2、4、8。可过程控制衰减和放大倍数，且放大器3dB带宽为10kHz～2MHz。图中“KK”为继电器控制信号，由地址译码电路产生。

⑤组合滤波器单元：

组合滤波器如图4－21所示，包含带通滤波器、带阻滤波器、窄宽滤波器、高通滤波器和宽带通道，用于监测系统的干扰抑制。

图4－21　组合滤波器原理框图

⑥模数转换器（A/D）：

A/D的分辨率为12位，采样频率为（0.5～10）Msa/s，A/D板上高速缓存容量为4MB/通道。当系统处于自动监测模式时，采样频率设为5Msa/s，因此，每次采样过程均可连续采集5个工频周期长的放电信号。

变压器整机放电试验如图4－22所示。

图4－22　变压器高压耐压试验