电力变压器局部放电的定位方法.pdf

f 1 9 9 6年 第 8期 1 7 电力变压器局部放电的定位方法 王冠军 魏 蓓 ( 山东工业大学， 济 2 5 0 0 1 4 、 ) T 摘 要 ： 阐迹了褒压垂局部放电构机理和国内外对变压器局部放电定位方法研宽的演变过程A现 样 篓 差 叙 词 力 变 压 器 局 部 放 电 定 位 超 声 波廷 ； 一 前雷 目前， 在 国 内外 电力系统大量使用的大型电 力变 压 器 中， 由于 绝 缘处 理不 当， 不 可避 免 地 造成某些 绕组 中存在局 部缺 陷。运行 中大型电 力变 压器 出现的事故 ， 大多 数 是 由于 绕 组 中缺 陷造成 的局部放电引 起 的 。 因此， 从 本 世纪 中 期 ， 各国就相继 对 变压 器 中局放 的 机理做 深人 的研究 ， 弗寻 找能够 对局放 部位 进行 精确 定位 的方法 。7 0年代 以来 人们对局放 机 理 的研 究 取 得予很大进展 ， 各 种局放 定 位 方法 更是 层 出 雨穷 ， 有些方法 已接 近实 用 化程 度 。但总 的 来 说， 定位精 度还不够 高 。 本文 将全 面 阐述 局 部放 电 定位 的各 种 方 涛 ， 对近几年 取得显著 进展 的超 声波 定位 法 和 制用 电容 传输分量数 字滤波技 术的 电测定 位法 做辘详细 的论述 二 、 局部放 电机理 的研究 大型 电力变压 器 的绝 缘 结 构 比较 复 杂， 使 用的材料 多种多样 ， 整 个 鲍 缘 系统 很 不 均 匀。 如果设计不 当造成局部 场强过高， 或是 由于工 艺上 雕缺 陷 ( 如 干燥 或真 空 浸 漆 质量 差 ) ， 都 会 使绝缘 系坑 中存在着气 泡 从 而 在运 行 过程 中 产生局部放 电。 最 简单 的情况是在 介质 中含 有一个气 I嚼 c ， 如 图 1所示 孱 1 中 c 代表 气 隙 I b是 与气 隙 串 联部分的 介 质 ， a是 除 了 b之 外 其 他部 分 的介 质。假定这一介质是 处于平行板电极 之中 在 交流电场作 用下 ， 气 隙和介 质 中的 电过 程 可 以 用图 2中的等效电路来分 析。 田 1 圈 2 图 2 中，C 为气泡 的电容 为与气泡串联 部分介质的电容， C I 为其余部分介 质的电容， 为气泡的 电阻 ， r h 为 与气 泡 串联 部 分 介 质的 电 阻 ， 为其余部分 介质的电阻 假定在介质中的气隙是扁平状， 而且是与电 场方 向相垂直 ， 则 根据 电流连续性 原理 可得 ： 茜 = 需 击 + 钓 d 一 由于 r b 和 都 很小 因此上式 可简化为 ： 专= 。 磊 (d d ) 维普资讯 http:/ 1 8 1 9 9 6年 第 8鹅 由此可 见， 在工频 电场 中 气隙 中的 电场强 度 是 介 质 中 电 场 强 度 的 倍 ， 通 常 情 况 下 约为 1 ， 而介 质 中 的相 对介 电常数 4 则 2 、 即气隙 中的场强要 比介 质中 高得多 。另一方 面 气体 的击穿场强， 即气 隙发生击 穿时的电场强度 一 般都 比固 体 的击 穿 场强 低 。 因此 ， 在 外 加 电 压足够 高 时 ， 气 隙 首先 被 击 穿 ， 而 周 围的 介 质 仍然保持 其绝缘特性 ， 电极 之 间 并 没有 形成 贯 穿性 的通 道 ， 从而形成 所谓 的局 部放 电。 还 有 一 种 情 况是 ， 即 使 在 介 质 中不 含 有 气隙 ， 只要 是 介 质 中 的 电 场 分 布 是 极 不 均 匀 的， 在某 些 场 强达 到 介 质击 穿 强 度 的地 方 ， 也 可能发生局部放 电，例如埋 在介质 中的针尖电 极或是 电极表 面的毛刺、 或其 他金 属 屑等 异 物 附近的电场强度 ， 都 比介 质 中其 他 部 位 的 电场 强度高得多， 容易发 生局部放 电。 局部放 电对变压器绝 缘造 成 的破 坏是 严 重 的。根据对大量 已损坏 的电力变压器 的解 剖和 许多电老化 试验得 出结 论， 局 部 放 电是 造 成绝 缘损 坏的主要原 因之一 因 此， 研 究 局 部 放 电造 成 绝 缘 损 坏 的 机 理 ， 从而 找 出提 高 绝 缘使 用 寿 命 的途 径， 是 局 放定 位研究 中的重要 内容 。 三、 局 部放 电定位 方法 的早 期 研究 对 局 部放 电 的机理 和定 位 方 法 的 早 期 研 究 ， 大 约 开始 于 1 9 4 0年 ，国 外 在 这 一 领 域 的 研 尧 者 较多 早 期 局 部放 电研 究用 的 设 备 和技 术都 比较倚 单 ， 有 的 仅是在工厂 中使 用 的 简 便方法例如， 带拉杆天线 的便拽式 收音 机常作 为“ 电子探针 来寻找局部放 电发生 的确切位置 。 对充 满绝缘 油的 变 压器 内部的局部放 电， 常使用一根与箱壁龅缘的长导管， 将局放发出的 噪声传 选到操作 者 的 耳朵 里 ， 从而 判 断局放 位 置。通 常用 导管 能够 昕 到局 放 的 咝 咝 声 。 象 1 MHz时， 会 出现 大 量 的谐 振 和 电压 问的相位移 。 绕 组 在 测 量 出 的 电 容 频 率 范 围 内 时， 一 端 的 输入 波 形 与另 一 靖 的 输 出 波 形 是 相 似 的 ， 并 且其 比值相对于 时间丽盲 是一个常数 为得到该频率艳 围内的电容 传递分量 ， 常常 利用数字 滤波技术将这 频率 范围 以外 的信号 去掉 首 先对信号进行 数 字 化处 理， 沿 袋组 各 个位置 的瞬变 电压经 过数字化并将信号传 送到 微机 上 ， 然后 由软 件程 序组 成 的各 种不 同 的教 字滤波器 处理这些 信号。这些滤波器设置威 只 允许 电容 频宰 范围内的分 量通 过 ， 从 而与所 砰 究绕组 的实际 “ 电容频率 范围保持一致 维普资讯 http:/ 响 断 7 1 9 9 6年第 8期 2 1 经过数 字滤 波 之后 ， 端 部响 应 信号 具 有相 似的波形 ， 其 比值 近似于常数 。电容分布与等效 回路计算 出的结 果十分 吻 合， 其 误差 能 达到小 于绕 组长 度 的 2 。这 时， 我们 就 可 以用 绕组 内局部放 电产 生的 电容 传输线端 电压 比来确定 局放位置 。 这种利用 数字滤波 的局 放定位 方 法 ， 是 9 0 年代国外一种 比较先进 的技 术 。它能够获得 沿 变压器 绕组 脉冲的 电容 传 输 分 量， 对 干 扰信 号 完 全抑 翩 ， 频带 选 择具 有灵 活性 ， 而 且频 率 补 偿容易 。经 数字滤波后 ， 脉 冲沿 绕 组 的 分布 与 理论分布髓很 好地吻合 ， 因此这 一技 术在 变 压 器局部放 电定位应用 中表 现 出很 大 的 吸 引力 。 在变压器 上的试验结果表明， 这种技术与新的直 线 内插法 结合 可 以帮 助解 决一 些 实 际 问题 ， 能 得到较 好的局部放 电定位精度 。用数字信号处 理技术 分析线端干 扰能够 获 得 放 电位 置、 放 电 形 式、 放 电能 量 以及 绝 缘 损 坏 类 型 的 有 关 信 息 。但 是 这种方法 与超声波定位法相 比存在设 备比较复杂 ， 只能对变压器 绕组 内的局 放进行定 位 ， 且定位类 型单一 的缺点 。 这 种方法和前 面提 到 的超声 波定位法是 目 前 较 为成 熟和 先进 的 变压 器 局部 放 电 定 位 方 法 。而刺 用数字滤 波的 局放 定 位 方法 ， 由于其 定 位精度较高 ， 具 有很 好 的 发展 前 途 。如果 将 两者结 合起 来 应用， 则 会达到事半 功倍的效果 。 五 、 结论 本文 全面 阐述 了变压 器局部放 电定位研 究 的演变过程 和现状 。 目前 ， 接 近实 用 化 的精 碲 定位 方法是 超声波定位 法和采用 电容传输分量 与数 字滤 波 技术 的 电测 定位 法。前 者 操 作 方 便 ， 适用 于 变压 器 内不 同部位 的局 放 定位 ， 可 在不 同场合 使用， 但 定位 精度 不 高是 它 的 主要 缺 点， 必须 从理 论 上 和 操作 技巧 上加 以解 决 。 后者操作 比较复杂 ， 适用范 围 只 限于 纠 结式 绕 组 ， 但 是 定位 精 度 较 高 ， 定位精 度 可 以达 到 不 大于 绕组长 度的 2 。为 了提高 定位 精 度和 适 用于不 同 的绕组型式 ， 必须 在 理 论 上进 行 深入 的研究 ， 建立精碲的数 学模 型 。上述 两种方法与 计算机技术紧密结合 ， 可望尽快达到实用化程度。 参 考文献 】 Na t t r a s s D A Th e e a r l y h i s t or y o f pa r t i a l di s c ha r g e r e s e a r c h I EEE El e c t r i c a l I n s ul a t i on M a g a z i n e 1 9 9 3 ， 9 ( 4 ) ： 2 7 N3 1 2 S uQ， J a me s REAn a l y s i s o f p a r t i a l d i s c h a r g e pul s e d i s t r i b ut i on a l o ng t r a r s for me r n di n g s u s i n g di g i t al i l t e r i n g t e c h ni q u e s I EE pr o c c 1 9 9 2 1 3 9 ( 5 ) ： 4 0 24 l 0 3 J a me s R E， P h u n g BT a n d S uQAp p m i c a t i o n of di g i t a l f i l t e r i n g ,t e c h n i q ue t o d e t e r mi n a t i o n of p ar t i a l di s c h ar g e l o c a t ion i n t r a m fo r me r s I EEE Tr a m a e t i o n s o n E l e c t r i c a l I n s l I 1 a t i on 1 9 8 9 ， 2 4 ( 4 1 ：6 5 76 6 8 4 S t e i n e r J P A n e w me t h od f o r l o c at i n g pa r t i a l d i s c h a r g e i n t r a ns f o r me r s 1 9 9 0 Ann u a l Re p or t Con f on El e c t I n s u 1 an d D圯l e c t r i cPh e n o me n a I 99 0 5 Ba r t r i ka s R Na t u r e of pa rti a l di s c h ar g e s a nd t h e i r me a s ur e me n t 1 9 8 8 An n u a l Re po Cod oi l El e c t I n s ul a n d Di e l e c t r i c Ph e n ome n a ， 1 9 8 8 6 Le mke E A n e w p r o c e du r e f or pa r t ial d i s c h a r g e me a s t l r e me n t s on t h e b a s i s of a n e l e c t r oma g n e t i c a l s e ns or Ge r i T n De mo c r a t i c Re pu l i c SH一 8 7 41 0 2 7 Ga l l a g h e r TJ， P e a r ma i n A J 颈 乐 观 ， 陈 先 棘 等 译 高电压 测 试与 话计 重 庆： 重庆 大 学 出耀 社 1 9 8 9 8 葛 景 涝 局 部 放 电 测 量 北 京 ： 机 械 工 业 出 版 社 1 9 8 4 9 贺 以燕 局 部放 电测 量 及 其 发 展 变 压 器 ， 1 9 9 1 2 8 ( 9 ) ： 2】 l 1 0 秦 文 明 5 0 0 k v变 压器 局部 放 电定 位 测 量 高 电 压技 术 ， 1 9 9 0 ， ( 1 ) ： 5 2-5 6 1 】 秦文 明 变压 器局 部 放 电的超 声 波定 位方 法 变 压器 ， 1 9 9 5 3 2 ( 3 ) ：6 N8 l 2 王冠 军 变 压器线 组 的频 率特 性 和局 部救 电的 定 位方 法 变压 器 ， 1 9 9 6 ， 3 3 f 1 ) ： 1 5 ( 收稿 日斯 ： 1 9 9 6 0 6 2 5 ) 维普资讯 http:/