CN1078709C - 电力变压器中的内部局部放电的监测 - Google Patents

电力变压器中的内部局部放电的监测 Download PDF

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Abstract

在正常运行状态下用来监测电力变压器(1)中局部放电的一种方法，在电力变压器的高电压套管(2)处的磁场是由安装在套管上的至少包括一个线圈(6a，6b)的感应传感器(6)检测的，而在套管处的电场则由电容传感器(5)检测。从所述传感器来的输出信号被加到信号处理单元(3)上，在其中每个输出信号经单独的带通滤波器(101，102)滤波，在那里从所述传感器来并经过滤波的输出信号相互相乘。根据所述乘法的结果在信号处理单元中形成一个输出信号(PDI)以便用来检测变压器中的内部局部放电。

Description

电力变压器中的内部局部放电的监测
技术领域
本发明涉及对电力变压器在正常工作条件下局部放电的一种监测方法，并涉及实施这一方法的设备。
这种设备包括一个对方向敏感的双传感器系统，用来同时检测由放电产生的电场和磁场。
背景技术
绝缘材料中的空泡或其它缺陷会引起材料中不均匀的电场，并因此会使场强变得如此之高从而在材料内发生局部的或部分的放电。这种现象的一般描述在例如Pergamon出版社1984年版的E.Kuffel、W.S.Zaengl的《高电压工程》一书中给出。
按照常规，部分放电是利用从被测对象电容性去耦和一个检测单元来进行检测的，检测单元可以是例如一个电桥或一个快速数字转换器和一台计算机。在IEC(国际电工委员会)出版物270，1981年第2版“局部放电测量”中叙述了这类测量和测量仪器校准的规范化的方法。
利用以罗果夫斯基线圈为基础的感应检测器以测量局部放电，已在1987年高电压工程国际讨论会的论文集第二卷论文号42.02，H.Borsi和M.Hartje的“罗果夫斯基线圈在局部放电(PD)、去耦和噪声抑制中的应用”一文中作了说明。
在高电压设备中发生局部放电通常是故障正在发展的一个指示。
电力变压器通常是电力网中的一个关键部件。变压器中大范围的故障会导致长时间的停电和昂贵的修理。因此，希望能够尽早地发现会导致各种故障的状态。电力变压器通常在它的高压套管处装备有一个电容测试抽头，它可以用作为电容去耦器。因而也就有可能在正常运行状态下进行常规的局部放电的测试。
在变压器站进行测试期间比起在测试室环境下进行测试来会产生一个问题，那就是由周围的设备和连接线所产生的干扰。为了对付这些外部干扰，提出并试验了各种方案，例如PRPDA(局部放电分析模式识别)和利用神经网络的模式识别。例如请见以下说明：IEE论文集-科学测量和技术，142卷第1期，1995年1月22-28页，B.A.Fruth，D.W.Gross：“局部放电信号的产生传输和采集”和IEE论文集-科学测量和技术，142卷第1期，1995年1月，69-74页，H.Borsi，E.Gockenbach，D.Wenzel：“借助于神经网络从脉冲形噪声信号中分离出局部放电”。这两种方法都是以查明典型的信号模式为基础的。在按照PRPDA方法的分析中，在一定的时间段内采集数据，在此基础上这些数据的模式和已知的放电类型的模式相比较。神经网络被教导成能识别某些特定的放电类型的波形。对于这两种方法来说，局部放电的去耦都是按常规方式进行的。
发明概述
本发明的目的是对在本说明中序言部分所说明的类型提供一种改进的方法，这种方法使得把变压器内部的局部放电从外部干扰中分离出来成为可能并且该方法对现有的和新的变压器都能使用，以及提供一种实现这种方法的设备。
按照本发明的方法和设备的特征从所附的权利要求中可变得清晰。
这种设备将是廉价的、可靠的并对已有的和新的变压器都可使用，并且还可以和更为先进的采集系统，例如PRPDA，一起使用，还可以改进它们的性能。
附图简介
通过参考附图并说明实施例将对本发明作更详细的解释，在这些图中
图1示意地表示具有高压套管的电力变压器的一部分和按照本发明的设备。
图2-4表示从按照本发明的设备得到的输出信号的信号形状。
图5已被取消。
图6-9表示从按照本发明的设备得出的输出信号的另外的信号形状。
图10a示意地表示按照本发明的感应传感器的一部分。
图10b示意地表示装着按照本发明的感应传感器的高电压套管的侧视图。
图10c示意地表示按照图10b的高电压套管的顶视图；以及
图11以方块图形式表示按照本发明的信号匹配单元。
优选实施例的说明
下面的说明同时涉及了方法和设备。
图1表示带有高电压套管2的电力变压器1的一部分。信号匹配单元3位于靠近高压套管的变压器上并通过导线4连接到电容测试抽头5上。通过导线7a、7b把包含两个线圈6a和6b的感应传感器6也接到信号匹配单元上，这个感应传感器将在下面作更详细的说明。传感器安排在高电压套管的下面部分，直接处在法兰盘8之上，套管就通过这个法兰盘进入变压器。
感应传感器是基于罗果夫斯基线圈的原理的，但经过了修改以得到足够的灵敏度和便于安装和制造。这样，这个传感器含有(图10a、10b、10c)两个相对较短的线圈6a、6b，它们用导线7c相互串联连接。线圈的每一个(图10a中只显示了一个)被绕在磁芯61a、61b上，然后两个线圈相互串联连接。图10a表示线圈的设计，图10b和10c则表示它们优选的安装位置。为了抑制干扰，这两个线圈以相互面对面的方式安装在高压套管上并例如用胶粘的方法固定在那里。
高压套管上的电容测试抽头则被用作为电容传感器。
信号匹配单元(图11)分别从感应传感器和从电容测试抽头5得到信号。信号匹配单元包括两个匹配电路91、92，以便把各自的信号匹配到相互的电平并放大到合适的信号电平。匹配是用一个由电阻、电感和电容阻抗组成的无源电路元件实现的。然后从相应的匹配电路来的每个输出信号被提供给不同的带通滤波器101、102，这些带通滤波器被调谐到线圈的谐振频率上。线圈的谐振频率则选择成为能得到最佳的信噪比。
从各自的带通滤波器来的输出信号分别被提供给放大装置111、112，从那里来的输出信号则被提供给乘法装置12，在那里两个信号互相相乘。乘法器的输出信号这时可以为正也可以为负，取决于放电的起源。
测量原理是基于借助于从电容测试抽头来的输出信号来确定局部放电的极性，而伴随着放电的电流脉冲的方向则借助于从感应传感器来的输出信号而被确定。这样，通过检测局部放电所产生的电场和磁场，就可以确定放电的力线通量的方向，而从乘法装置来的输出信号根据产生放电的地方而或者是正或者是负。在变压器外面的放电将对应于正信号，或正好相反，取决于感应传感器中线圈的绕法。这种极性翻转的界线是在放置线圈的位置上，这通常是在套管的基部。
从乘法装置来的输出信号加到峰值检测器13上，它只发送正信号。从峰值检测器来的输出信号再提供给一个包络电路14，该电路使它的输入信号延展其衰减时间。从包络电路来的输出信号的辐值和内部放电的强度之间有这样的关系，即内部放电强度的增加导致包络电路输出信号值的增加。这个输出信号通过转换电路15被加到安排在信号匹配单元之外的数据采集系统16，这个转换电路把来自包络电路的输出信号转换成相应的直流的PDI。来自信号匹配单元并送到数据采集系统的直流PDI因而就相当于内部放电的数量。这个直流指示在数据采集单元中和预先选定并编程在数据采集单元中的报警电平相比较，而一次报警被认为是电力变压器中不正常状态的一个指示，因而应进行更加仔细的探查。进一步的探查可以用例如某些诊断工具来进行，这些工具可从例如1995年斯德哥尔摩电力技术讨论会论文集中的C.Bengsten：“变压器监测的现状和趋势”一文中得到一个综览。
所述的传感器系统也可以改善，例如，PRPDA诊断测量。
在实验室测试期间，所述的对方向敏感的双传感器系统在用于检测局部放电时表现出把外部放电和内部放电相区别的良好的能力。这一点在对一台100兆伏安变压器上所进行的现场测试中也得到了证实。
图2-4和6-9表示从信号匹配单元来的输出信号的典型的信号形状，这里水平轴上画的是时间t，而在垂直轴上画的是输出信号的幅值PDI。
图2-3表示在传感器加在独立的具有电容测试抽头的高电压套管上时在测试室环境中所观察到的信号形状，放电是用向套管的两侧都按IEC出版物270的规定加上正的和负的校正脉冲来模拟的。图2表示在外部加上校正脉冲的情况下的输出信号，而图3表示在内部加上校正脉冲情况下的输出信号。从图上可以明白，这个系统可以清楚地区分内部放电和外部放电，因为外部放电导致负的输出信号，而内部放电则导致正的输出信号。
这一符号惯例也适用于图4和6-9。
图4表示加在实验室变压器上的传感器上所观察到的信号形状外部干扰是用一个连接到高电压电平的点平面间隙来模拟的，该图表示了半个周期(下边的水平轴)的外部干扰(电晕)，还表示了对于时间而言更高的分辨率的情况(上边水平轴)。
图6-9表示了在把传感器加到在高电压套管上带有电容测试抽头的130/50千伏100兆伏安(MVA)变压器上的场合下所观察到的信号形状。该变压器在以前没有表现出任何局部放电的指示。
图6表示在给相2加上外部校正脉冲并把传感器加在相1和相2上时所观察到的信号的形状。正如从图上清楚地看到的，可观察到一个输出信号带有负极性(下边水平轴)。由于两个相之间的电容耦合，校正脉冲也在相1中导致一个输出信号(上边水平轴)。
图7-9表示在变压器接到130千伏的线路上而50千伏侧为开路时所观察到的信号形状。
图7表示在对时间是高分辨率的情况下在相2所观察到的具有若干次放电的典型信号形状。
图8表示在相2中(上边水平轴)和在相1中(下边水平轴)在一个完整的周期中所观察到的典型信号的形状。
对于这两个相而言，放电形状是十分相似的，且只有负信号被检测到。这表明没有发生内部放电，还可以认为，观察到的输出信号是由连接线和所连接的开关设备来的外部干扰(主要是电晕)所引起的。
和电学测量相并行进行的还有局部放电PD的声学测量。没有观察到表示有内部缺陷的声学信号。
图9表示在变压器的抽头切换开关动作期间所观察到的典型信号形状。输出信号的正向部分表示内部的瞬态过程。由抽头切换开关操作所引起的信号比设备要检测的局部放电的信号大几个数量级。由于这个原因，放大器饱和，因而发生了相关的相移。这是图9中输出信号有负值的原因。
图6-9表示这个系统也能够在现场的条件下区分内部和外部的放电。
本发明并不局限于所示的实施例，在本发明概念的范围内，由本领域的技术人员方便地实现的多种修正都是可行的。因此，感应传感器并不一定要设计成为两个串联连接的线圈这种形式而是可以设计成为一个单独的线圈。作为电容传感器，可以优先使用变压器高电压套管上的电容测试抽头，但是也可以使用别的传感器来检测和局部放电有关的电场。
测试结果和它的简单、廉价和安装传感器系统的方便性一起表明，本发明同样适合于对新的和已有的变压器进行直接连接的监测。

Claims (7)

1.一种在电力变压器(1)正常运行条件下检测其局部放电的方法，其特征在于
在电力变压器高电压套管(2)处的磁场由感应传感器(6)检测，该传感器至少含有一个安装在套管上的线圈(6a，6b)，
在套管上的电场由电容传感器(6)检测，
从上述传感器来的输出信号提供到信号处理单元(3)，输出信号的每一个都在该处理单元内由单独的带通滤波器(101、102)滤波，
从上述传感器来的经滤波后的输出信号互相相乘，和
根据上述乘法的结果从信号处理单元中形成输出信号(PDI)以便用来检测变压器内的局部放电。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于所述在套管上的电场由电容传感器(6)检测的步骤中所采用的电容传感器包括在高电压套管上的一个电容测试抽头。
3.一种用于在正常运行状态下监测电力变压器(1)内的局部放电的设备，其特征在于：它包括由至少一个安装在电力变压器的高电压套管(2)上的线圈(6a，6b)所构成的一个感应传感器(6)，安装在套管上的一个电容传感器(5)，和一个其上加有来自所述传感器的输出信号的信号匹配单元(3)，该信号匹配单元含有用于把来自所述传感器的各个输出信号进行滤波的带通滤波器(101、102)和把从各个的带通滤波器得出的信号互相相乘的乘法装置(12)，信号匹配单元根据从乘法装置来的输出信号形成一个输出信号(PDI)以便用来检测变压器内的内部局部放电。
4.按照权利要求3的设备，其特征在于该感应传感器包括相互相对地安装在高电压套管两侧的两个相互串联的线圈(6a，6b)。
5.按照权利要求3-4的任何一项的设备，其特征在于该电容传感器包括一个在高电压套管上的电容测试抽头(5)。
6.按照权利要求3-5的任何一项的设备，其特征在于，该信号匹配单元包括一个峰值检测器(11)，加在这个检测器上的信号是从乘法装置提供的，并且该检测器仅传送具有预先选定极性的信号。
7.按照权利要求3-6的任何一项的设备，其特征在于该信号匹配单元包括一个转换电路(15)，它把从乘法装置得到的信号转换成为对应于该信号的一个直流指示(PDI)。
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