CN106019107B - 一种空心电抗器局部放电的检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例提供一种空心电抗器局部放电的检测方法及系统，涉及局部放电检测技术领域，能够对干式空心电抗器局部放电量进行检测。具体方案包括：在空心电抗器上加载测试电压；在所述空心电抗器上并联检测电路；所述检测电路包括串联的耦合电容和检测阻抗，所述耦合电容用于耦合所述空心电抗器在出现局部放电时所产生的脉冲电流，所述检测阻抗用于将所述耦合电容检测到的脉冲电流转化为脉冲电压信号；根据所述检测电路输出的所述脉冲电压信号确定所述空心电抗器在出现局部放电时的放电量。本发明用于局部放电的检测。
Description
技术领域
本发明涉及局部放电检测技术领域，尤其涉及一种空心电抗器局部放电的检测方法及系统。
背景技术
随着国民经济的发展，社会对电网供电质量的要求不断提高，对应地，对电网设备可靠性的要求也不断提高。
干式空心电抗器是一种广泛使用的电网设备。长期以来，对于干式空心电抗器缺少绝缘状态监测和检测的手段，导致干式空心电抗器缺少运行维护，运行缺陷率较高。因此，开展干式空心电抗器局部放电的检测工作，及时发现干式空心电抗器绝缘隐患，并有计划地进行检修和更换，可以有效避免干式空心电抗器的恶性起火燃烧现象，对于保障电网安全具有极其重要的作用。
目前，对干式空心电抗器绝缘状况进行检测的方法为匝间耐压法，然而匝间耐压考核属于破坏性试验，存在损伤电抗器的可能性，因而会增大故障风险。
发明内容
本发明的实施例提供一种空心电抗器局部放电的检测方法及系统，通过非破坏性的检测方式评估干式空心电抗器局的绝缘性能，反映干式空心电抗器的老化程度，降低检测过程损伤电抗器的风险，为干式空心电抗器的维护、更换提供依据。
为了达成上述目的，本发明采用如下解决方案：
第一方面，提供一种空心电抗器局部放电的检测方法，包括：
在空心电抗器上加载测试电压；
在所述空心电抗器上并联检测电路；所述检测电路包括串联的耦合电容和检测阻抗，所述耦合电容用于耦合所述空心电抗器在出现局部放电时所产生的脉冲电流，所述检测阻抗用于将所述耦合电容检测到的脉冲电流转化为脉冲电压信号；
根据所述检测电路输出的所述脉冲电压信号确定所述空心电抗器在出现局部放电时的放电量。
第二方面，提供一种空心电抗器局部放电的检测系统，包括：电源、空心电抗器、检测电路以及放电检测仪；
所述电源，用于向空心电抗器两端加载测试电压；
所述检测电路与所述空心电抗器并联；所述检测电路包括串联的耦合电容和检测阻抗，所述耦合电容用于耦合所述空心电抗器在出现局部放电时所产生的脉冲电流，所述检测阻抗用于将所述耦合电容检测到的脉冲电流转化为脉冲电压信号；
所述放电检测仪，用于根据所述检测电路输出的所述脉冲电压信号确定所述空心电抗器在出现局部放电时的放电量。
本发明的实施例所提供的停电事件的检测方法及系统，通过非破坏性的检测方式确定干式空心电抗器局部放电量的大小。具体地，如果空心电抗器绝缘材料中具有较多绝缘缺陷，因而出现局部放电时，空心电抗器内部产生脉冲电流信号，检测电路根据脉冲电流信号生成便于测量的脉冲电压信号，利用脉冲电压信号的变化量与放电量之间的关系，就可以根据脉冲电压信号确定放电量，从而以非破坏性的方式完成检测，避免了因为检测过程本身而带来故障风险。进一步地，以放电量来反映干式空心电抗器的老化程度，根据放电量渐渐变化的过程可以考察空心电抗器绝缘性能渐渐下降的整个过程，而不仅仅是提供一个空心电抗器可用或者不可用的简单结论，从而为干式空心电抗器的维护、更换提供更加全面可靠的依据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的实施例所提供的一种空心电抗器局部放电的检测系统的说明示意图；
图2为本发明的实施例中对离线局部放电检测中连接方式的说明示意图；
图3为本发明的实施例中对在线局部放电检测中连接方式的说明示意图；
图4为本发明的实施例中对检测阻抗上的电压脉冲信号的说明示意图；
图5为本发明的实施例所提供的一种空心电抗器局部放电的检测方法说明示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
本发明的实施例提供一种空心电抗器局部放电的检测系统，空心电抗器是电力系统中用于限制短路电流、无功补偿和移相等的电感性高压电器。由于磁通经空气形成回路，故称“空心”电抗器。
结合图1所示，检测系统包括：电源Us、空心电抗器、检测电路以及放电检测仪A，其中检测电路包括串联的耦合电容Ck和检测阻抗Zm。
电源Us，用于向空心电抗器两端加载测试电压。
检测电路与空心电抗器并联。检测电路包括串联的耦合电容Ck和检测阻抗Zm，耦合电容Ck用于耦合空心电抗器在出现局部放电时所产生的脉冲电流，检测阻抗Zm用于将耦合电容Ck检测到的脉冲电流转化为脉冲电压信号。
放电检测仪A，用于根据检测电路输出的脉冲电压信号确定空心电抗器在出现局部放电时的放电量。通常，放电检测仪A包括前置放大器、数据采集卡、计算机后台等硬件。
以下结合离线局部放电检测在线局部放电检测这两种具体的实施方式，以空心电抗器具体为干式空心电抗器的情形为例，对检测系统进行具体说明。
(1)、离线局部放电检测
离线局部放电检测是指，首先将电抗器停电，在离线状态下进行放电量测试。
结合图2所示，空心电抗器的绕组首尾短接，表面贴覆有金属膜B，且金属膜B接地，空心电抗器的电容Cx为空心电抗器的绕组与绝缘层之间所形成的电容，电源Us为试验电压源。
试验电压源提供电压可调的测试电压，施加在干式空心电抗器的绕组上。
耦合电容Ck高压端连接在干式空心电抗器的高压端，另一端与检测阻抗Zm相连，检测阻抗Zm的另一端接地。耦合电容Ck用于耦合空心电抗器在出现局部放电时所产生的脉冲电流。检测阻抗Zm用于将耦合电容Ck检测到的脉冲电流转化为脉冲电压信号。
放电检测仪A并联于检测阻抗Zm两端，用于对检测阻抗Zm两端的电压信号进行放大、采集、处理分析等，根据脉冲电压信号的幅值、相位、脉冲个数等特征判断局部放电量的大小，进而分析干式空心电抗器绝缘老化程度。
离线局部放电检测过程中，首先将干式空心电抗器停电，然后通过高压试验电压源向回路中注入高电压。若干式空心电抗器绝缘材料中具有较多绝缘缺陷，则会形成脉冲电流信号，脉冲电流信号经过耦合电容Ck耦合到检测阻抗Zm上，形成暂态电压降落信号。放电检测仪A通过分析检测阻抗Zm上检测到的电压脉冲信号来分析和判断干式空心电抗器绝缘材料中的局部放电量值和特征。
具体地，当空心电抗器内部出线局部放电时，将产生一个瞬时的电压变化△U，此时经过耦合电容Ck耦合到检测阻抗Zm上，回路中就会产生一脉冲电流。
由ΔU＝q/(Cx+Ck)可知，当设备参数固定时，局部放电量q与脉冲电压信号的变化量ΔU是线性关系，因此可以根据ΔU来确定q。q可以根据第一公式计算得到。第一公式为：q＝ΔU(Cx+Ck)。也就是说，通过对ΔU进行检测就可以根据第一公式计算得到q的值。
进一步的，由于空心电抗器在出现局部放电时所产生的脉冲电流信号是一种上升沿很陡，持续时间很短并逐步衰减的脉冲信号，其脉冲频率范围非常宽，从数百Hz到数百MHz，本发明的实施例中主要利用其中频率较低的部分，为数kHz到数kHz。
可选的，结合图1所示，检测系统还包括阻塞阻抗Z，串接在Cx和电源Us的连接点之间。对阻塞阻抗Z的作用说明如下：
由于局部放电量很小，局部放电所产生的脉冲电流也很小。增加阻塞阻抗Z可以避免试验电源Us对脉冲电流的旁路效应。另外，阻塞阻抗Z还可以降低来自电源Us的噪音干扰。通常阻塞阻抗Z比检测阻抗Zm大，一般为电感线圈。
为了提高信号强度，将检测阻抗Zm上的信号经过局部放电仪放大后再进一步处理。另外，检测阻抗Zm上可能混合有数值相对可能高得多的工频电压及其谐波分量，为了只采集由局部放电所产生的脉冲电压信号，可以通过高通滤波器来抑制工频电压及其谐波分量。进一步的，在放电检测过程中，除Cx外回路中的其余设备均不发生局部放电。
(2)、在线局部放电检测
在线局部放电检测是指，无需将电抗器停电也无需贴覆金属膜，在干式空心电抗器正常运行的状态下对其进行局部放电检测。
结合图3所示，电网电源Us为干式空心电抗器提供测试电压。空心电抗器的电容Cx为空心电抗器在正常运行过程中自身与大地之间所形成的电容。
检测电路的数量可以为1，或者为2。以检测电路数量为2的情形为例，两个检测电路结构相同，均包括耦合电容Ck和检测阻抗Zm。
两个检测电路均并联于空心电抗器两端，耦合电容Ck高压端连接在干式空心电抗器的高压端，另一端与检测阻抗Zm相连，检测阻抗Zm的另一端接地。耦合电容Ck用于耦合空心电抗器在出现局部放电时所产生的脉冲电流。检测阻抗Zm用于将耦合电容Ck检测到的脉冲电流转化为脉冲电压信号。
两个检测电路与电网电源Us的连接点分别为P1和P2，P1和P2之间传输线路的长度L大于预设阈值。通常，预设阈值取30米或者以上的值。
放电检测仪A同时检测两个检测阻抗Zm上的电压信号，对电压信号进行滤波、放大、采集、处理分析等。P1和P2之间传输线路用于在对干式空心电抗器局部放电量进行方向分析，当脉冲电流来自干式空心电抗器时，两个检测阻抗Zm上的电压脉冲信号如图4所示，位于发源处的电压脉冲信号的幅值最大，距离发源处越远，幅值越小。
在线局部放电检测过程中，干式空心电抗器正常运行，无需停电再进行放电检测。若干式空心电抗器绝缘材料中具有较多绝缘缺陷，则会形成脉冲电流信号，脉冲电流信号经过耦合电容Ck耦合到检测阻抗Zm上，形成暂态电压降落信号。放电检测仪A通过分析检测阻抗Zm上检测到的电压脉冲信号来分析和判断干式空心电抗器绝缘材料中的局部放电量值和特征。
具体地，当空心电抗器内部出线局部放电时，将产生一个瞬时的电压变化△U，此时经过耦合电容Ck耦合到检测阻抗Zm上，回路中就会产生一脉冲电流。
当设备参数固定时，局部放电量与q与脉冲电压信号的变化量ΔU是线性关系。因此可以根据ΔU来确定q，q＝ΔU(Cx+Ck)。
进一步的，由于空心电抗器在出现局部放电时所产生的脉冲电流信号是一种上升沿很陡，持续时间很短并逐步衰减的脉冲信号，其脉冲频率范围非常宽，从数百Hz到数百MHz，本发明的实施例中主要利用其中频率较低的部分，为数kHz到数kHz。
可选的，结合图1所示，可以在Cx和电源Us的连接点之间串接阻塞阻抗Z，以避免试验电源Us对脉冲电流的旁路效应，并降低来自电源Us的噪音干扰。
为了提高信号强度，将检测阻抗Zm上的信号经过局部放电仪放大后再进一步处理。另外，检测阻抗Zm上可能混合有数值相对可能高得多的工频电压及其谐波分量，为了只采集由局部放电所产生的脉冲电压信号，可以通过高通滤波器来抑制工频电压及其谐波分量。
进一步的，耦合电容Ck及检测阻抗Zm的连接线路长度保持一致，以避免由于连接线长度不一导致的信号衰减。放电检测仪A通过分析两个检测阻抗Zm上的信号幅值大小，就可以判断出信号时来自干式空心电抗器还是来自电网端。进一步的，在放电检测过程中，除Cx外回路中的其余设备均不发生局部放电。
本发明的实施例所提供的空心电抗器局部放电的检测系统，通过非破坏性的检测方式确定干式空心电抗器局部放电量的大小。具体地，如果空心电抗器绝缘材料中具有较多绝缘缺陷，因而出现局部放电时，空心电抗器内部产生脉冲电流信号，检测电路根据脉冲电流信号生成便于测量的脉冲电压信号，利用脉冲电压信号的变化量与放电量之间的关系，就可以根据脉冲电压信号确定放电量，从而以非破坏性的方式完成检测，避免了因为检测过程本身而带来故障风险。进一步地，以放电量来反映干式空心电抗器的老化程度，根据放电量渐渐变化的过程可以考察空心电抗器绝缘性能渐渐下降的整个过程，而不仅仅是提供一个空心电抗器可用或者不可用的简单结论，从而为干式空心电抗器的维护、更换提供更加全面可靠的依据。
本发明的实施例提供一种空心电抗器局部放电的检测方法，结合图5进行说明。结合图1对应的实施例中对检测系统的说明，此处只作简要说明。
需要特别指出的是，本发明的实施例为了便于描述，将检测方法分为若干步骤的组合，本领域技术人员应该知悉，本发明并不受步骤执行顺序的限制，因为某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。
结合图5所示，检测方法具体包括以下步骤：
501、在空心电抗器两端加载测试电压。
局部放电检测包括两种具体方式，具体说明如下：
第一种为离线局部放电检测，在进行离线局部放电检测时，将空心电抗器首尾短接，在空心电抗器的表面贴覆金属膜，并将金属膜接地，空心电抗器的电容为空心电抗器的绕组与绝缘层之间所形成的电容，测试电压由试验电压源提供。
第二中为在线局部放电检测，在进行在线局部放电检测时，测试电压由电网电源提供，空心电抗器的电容为空心电抗器在正常运行过程中自身与大地之间所形成的电容。
502、在空心电抗器两端并联检测电路。
检测电路包括串联的耦合电容和检测阻抗，耦合电容用于耦合空心电抗器在出现局部放电时所产生的脉冲电流，检测阻抗用于将耦合电容检测到的脉冲电流转化为脉冲电压信号。
检测电路的数量可以为1，或者为2。以检测电路数量为2的情形为例，两个检测电路结构相同，均包括耦合电容和检测阻抗，两个检测电路均并联于空心电抗器两端，两个检测电路与电网电源的连接点分别为P1和P2，P1和P2之间传输线路的长度大于预设阈值。通常，预设阈值取30米或者以上的值。
503、根据检测电路输出的脉冲电压信号确定空心电抗器容在出现局部放电时的放电量。
离线局部放电检测过程中，首先将干式空心电抗器停电，然后通过高压试验电压源向回路中注入高电压。若干式空心电抗器绝缘材料中具有较多绝缘缺陷，则会形成脉冲电流信号，脉冲电流信号经过耦合电容耦合到检测阻抗上，形成暂态电压降落信号。放电检测仪通过分析检测阻抗上检测到的电压脉冲信号来分析和判断干式空心电抗器绝缘材料中的局部放电量值和特征。
在线局部放电检测过程中，干式空心电抗器正常运行，无需停电再进行放电检测。若干式空心电抗器绝缘材料中具有较多绝缘缺陷，则会形成脉冲电流信号，脉冲电流信号经过耦合电容耦合到检测阻抗上，形成暂态电压降落信号。放电检测仪通过分析检测阻抗上检测到的电压脉冲信号来分析和判断干式空心电抗器绝缘材料中的局部放电量值和特征。
放电量的值可以根据第一公式计算得到，第一公式为：q＝ΔU(Cx+Ck)。其中q表示放电量，ΔU表示脉冲电压信号的变化量，Cx表示空心电抗器的电容值，Ck表示耦合电容的电容值。
本发明的实施例所提供的空心电抗器局部放电的检测方法，通过非破坏性的检测方式确定干式空心电抗器局部放电量的大小。具体地，如果空心电抗器绝缘材料中具有较多绝缘缺陷，因而出现局部放电时，空心电抗器内部产生脉冲电流信号，检测电路根据脉冲电流信号生成便于测量的脉冲电压信号，利用脉冲电压信号的变化量与放电量之间的关系，就可以根据脉冲电压信号确定放电量，从而以非破坏性的方式完成检测，避免了因为检测过程本身而带来故障风险。进一步地，以放电量来反映干式空心电抗器的老化程度，根据放电量渐渐变化的过程可以考察空心电抗器绝缘性能渐渐下降的整个过程，而不仅仅是提供一个空心电抗器可用或者不可用的简单结论，从而为干式空心电抗器的维护、更换提供更加全面可靠的依据。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种空心电抗器局部放电的检测方法，其特征在于，包括：
在空心电抗器上加载测试电压；
在所述空心电抗器上并联检测电路；所述检测电路包括串联的耦合电容和检测阻抗，所述耦合电容用于耦合所述空心电抗器在出现局部放电时所产生的脉冲电流，所述检测阻抗用于将所述耦合电容检测到的脉冲电流转化为脉冲电压信号；
根据所述检测电路输出的所述脉冲电压信号确定所述空心电抗器在出现局部放电时的放电量；
其中，所述根据所述脉冲电压信号确定所述空心电抗器在出现局部放电时的放电量，包括：
根据第一公式确定放电量；
所述第一公式为：q＝ΔU(Cx+Ck)；其中q表示放电量，ΔU表示所述脉冲电压信号的变化量，Cx表示所述空心电抗器的电容值，Ck表示所述耦合电容的电容值。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述在空心电抗器两端加载测试电压，包括：
在进行离线局部放电检测时，将所述空心电抗器的绕组首尾短接，在所述空心电抗器的表面贴覆金属膜，并将所述金属膜接地，所述空心电抗器的电容为所述空心电抗器的绕组与绝缘层之间所形成的电容，所述测试电压由试验电压源提供。
3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述在空心电抗器两端加载测试电压，包括：
在进行在线局部放电检测时，所述测试电压由电网电源提供，所述空心电抗器的电容为所述空心电抗器在正常运行过程中自身与大地之间所形成的电容。
4.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，
在所述空心电抗器两端并联两个检测电路，两个所述检测电路与所述电网电源的连接点分别为P1和P2，P1和P2之间传输线路的长度大于预设阈值。
5.一种空心电抗器局部放电的检测系统，其特征在于，包括：电源、空心电抗器、检测电路以及放电检测仪；
所述电源，用于向空心电抗器两端加载测试电压；
所述检测电路与所述空心电抗器并联；所述检测电路包括串联的耦合电容和检测阻抗，所述耦合电容用于耦合所述空心电抗器在出现局部放电时所产生的脉冲电流，所述检测阻抗用于将所述耦合电容检测到的脉冲电流转化为脉冲电压信号；
所述放电检测仪，用于根据所述检测电路输出的所述脉冲电压信号确定所述空心电抗器在出现局部放电时的放电量；
所述放电检测仪，具体用于根据第一公式确定放电量；
所述第一公式为：q＝ΔU(Cx+Ck)；其中q表示放电量，ΔU表示所述脉冲电压信号的变化量，Cx表示所述空心电抗器的电容值，Ck表示所述耦合电容的电容值。
6.根据权利要求5所述的检测系统，其特征在于，
在离线检测时，所述空心电抗器首尾短接，表面贴覆有金属膜，且所述金属膜接地，所述空心电抗器的电容为所述空心电抗器的绕组与绝缘层之间所形成的电容，所述电源为试验电压源。
7.根据权利要求5所述的检测系统，其特征在于，
在线检测时，所述空心电抗器的电容为所述空心电抗器在正常运行过程中自身与大地之间所形成的电容，所述电源为电网电源。
8.根据权利要求7所述的检测系统，其特征在于，
所述检测电路的数量为2，两条所述检测电路均并联于所述空心电抗器两端，两条所述检测电路与所述电网电源的连接点分别为P1和P2，P1和P2之间传输线路的长度大于预设阈值。
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