CN113514735A - 一种抗干扰的高压变压器套管局部放电在线监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种抗干扰的高压变压器套管局部放电在线监测方法,除了变压器末屏接地上高频电流传感器之外,在变压器铁芯接地线处再加装一个高频电流传感器,本系统能将两路信号能同步采集,通过两路信号的时域比较算法,能有效滤除变压器局部放电信号,只保留套管局放信号,达到监测高压变压器套管局部放电的目的。
Description
技术领域
本发明属于大型高压变压器套管绝缘监测技术领域,特别涉及一种在线式高压变压器套管局部放电监测方法。
背景技术
变压器在电力输送的过程中担负着极为重要的作用,不同电压等级的变压器组合在一起可以把不同电压的电网连接起来,形成复杂而庞大的电力网络,使电力能量达到长距离输送的目的。而变压器的套管是变压器母线入线和出线接口最为重要的部件,它性能的好坏将直接影响变压器的正常运行。
目前,对高压变压器套管的测试主要还停留在离线检测阶段,即在变压器停电检修情况下,对高压变压器的例行检测试验中连带套管一并试验,而在线监测方面主要还是以变压器为主要监测对象,主要包括:主变油色谱、局部放电、铁芯接地电流、油温油压的监测,均是较为成熟的监测系统,对于套管的监测主要有泄漏电流、套管介质损耗及电容量监测较为普遍,而对高压变压器套管局部放电在线监测较少。
目前对于高压变压器本体和变压器套管局部放电在线监测方法,从耦合局部放电信号的位置和方法不同,主要有以下几种方式:第一,用高频电流传感器(HFCT)穿过末屏接地线,耦合套管局部放电信号的方式;第二,利用高压套管作为耦合电容,并在末屏接地线上串联取样电容或者电感,耦合套管局部放电信号的方式;第三,在套管的升高座处外侧安装超声波或者地电波传感器,耦合套管局部放电信号的方式;第四,远距离非接触式超高频传感器,利用接收空间超高频电磁波的方法,耦合套管局部放电信号的方式。前两种方式主要是监测变压器本体局部放电,并不是变压器套管的局部放电;第三种方式是利用超声波和地电波传感器在套管升高座处耦合套管局部放电信号方式,这样的弊端是不能对局部放电量进行定量测量,只能定性测量,而且变压器运行过程中受自身振动的影响较大,导致测量不准确;第四种方式是特高频方式,弊端是因为变压器套管是外置式设备,完全暴露在外界,因此容易受外界手机、基站等高频电磁波的干扰,导致测量误差较大。因此,目前无法检测到精确的变压器套管局部放电信号。
发明内容
本发明目的是是对高压变压器套管局部放电在线监测,提出一种有效的抗干扰监测方法:利用高速同步采集套管末屏接地线高频电流脉冲信号和变压器铁芯接地线高频电流脉冲信号,利用两路信号对应时域脉冲滤除法,可有效分离及滤除变压器局部放电脉冲干扰,达到监测套管局部放电的目的。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:一种抗干扰的高压变压器套管局部放电在线监测方法,通过在变压器末屏接地和变压器铁芯接地分别设置第一电流传感器和第二电流传感器,通过采集两个电流传感器的信号并进行处理,获取套管放电信号进而实现套管局部放电的实时检测,包括以下步骤:
同时采集两个电流传感器的信号;其中,第一电流传感器采集变压器铁芯信号,第二电流传感器采集变压器套管信号;
根据变压器铁芯信号的脉冲位置,找到对应的变压器套管信号位置,并将变压器铁芯信号滤除,得到套管局放信号。
变压器铁芯信号与变压器套管信号在时域上两路脉冲位置一致。
所述两个电流传感器的信号同步。
一种抗干扰的高压变压器套管局部放电在线监测系统,包括:
第一电流传感器,设于变压器末屏接地处,用于变压器铁芯信号;
第二电流传感器,设于变压器铁芯接地处,用于采集变压器套管信号;
采集单元,用于接收第一电流传感器和第二电流传感器的信号,根据变压器铁芯信号的脉冲位置,找到对应的变压器套管信号位置,并将变压器铁芯信号滤除,得到套管局放信号。
所述第一电流传感器与采集单元之间的连线,与第二电流传感器与采集单元之间的连线长度相等。
所述第一电流传感器和第二电流传感器为高频电流传感器。
所述第一电流传感器和第二电流传感器型号相同。
本发明具有以下有益效果及优点:
本发明利用HFCT的方式取局部放电信号,变压器本体局部放电信号可视为干扰信号,本方法能够滤除变压器本体放电信号,又因为变压器本体局部放电量要大于变压器套管局部放电量1至2个数量级,并且两种放电机理类似,最终形成放电统计谱图的特征也是非常相似,所以通过增加一路变压器铁芯接地线高频电流传感器信号,使两路信号同步高速采集,通过两路的时域对比算法,可有效滤除变压器本体局部放电信号,达到监测高压变压器套管局部放电的目的。
附图说明
图1变压器套管局部放电在线监测系统结构图。
其中,1变压器套管,2末屏接地接口,3套管座,4铁芯,5变压器本体,6绕组,7铁芯接地线,8变压器外壳接地线,9末屏接地线,10高频电流传感器,11电缆线,12采集单元,13光纤线,14主机;
图2变压器套管局部放电在线监测抗干扰方法原理图。
图3模拟放电源同时在变压器本体和套管内部放电时,系统测试出时域脉冲图。
图4a只在变压器套管处做缺陷产生局部放电时,变压器末屏接地线传感器信号放电谱图。
图4b只在变压器套管处做缺陷产生局部放电时,变压器铁芯接地线传感器信号放电谱图。
图5a在变压器套管和本体出同时做缺陷产生局部放电时,变压器末屏接地线传感器经过时域算法后,所得出放电统计放电谱图。
图5b在变压器套管和本体出同时做缺陷产生局部放电时,变压器铁芯接地线传感器经过时域算法后,所得出放电统计放电谱图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
本发明利用HFCT的方式在套管末屏接地线处提取局部放电信号,并能够对变压器本体局部放电和套管局部放电信号,进行两者的分离,达到滤除变压器本体放电,保留变压器套管放电目的。在高压变压器套管局部放电监测系统中,变压器本体局部放电信号可视为干扰信号,必须要用一定的方法滤除变压器本体放电信号,又因为变压器本体局部放电量要大于变压器套管局部放电量1至2个数量级,并且两种放电机理类似,最终形成放电统计谱图的特征也是非常相似,所以,要完全滤除变压器本体局部放电显得尤为困难。
本专利提出一种抗干扰的高压变压器套管局部放电在线监测方法,即在测试变压器套管局部放电时,能有效滤除变压器本体局部放电的抗扰方法,具体做法是在第一种监测方式的基础上,增加一路变压器铁芯接地线高频电流传感器信号,使两路信号同步高速采集,通过两路的时域对比算法,可有效滤除变压器本体局部放电信号。
变压器套管局部放电监测抗干扰方法很多,不同的方法适用于不同的干扰,主要包括:利用阈值滤波可滤除基带噪声;利用软件和硬件滤波滤除固定频率干扰信号;利用时域开窗法滤除周期性脉冲干扰。然而变压器本体放电信号也可以通过套管传输到末屏接地处,所以在末屏处耦合出的局部放电信号是套管局部放电和变压器本体局部放电时域叠加的结果,然而对两路信号的分离是非常困难的,无论是从两者的单脉冲放电脉冲特性、频率特性、传输特性,还是最终统计出放电谱图特征都无法分离出来,变压器本体的视在放电电荷要远远大于变压器套管视在放电电荷,所以只用一路变压器套管末屏接地线信号很难将已经在时域叠加的两路信号分离出来。
除了变压器末屏接地上高频电流传感器之外,在变压器铁芯接地线处再加装一个高频电流传感器,用于耦合变压器本体的局部放电信号,由于套管放电信号幅值较小(套管出厂局部放电一般是几十皮库),经过变压器母线及绕组线圈传输到铁芯接地处,信号传输衰减较大,所以安装在变压器铁芯接地线处的高频电流传感器基本无法耦合到套管局部放电信号,而变压器本体局部放电信号在末屏接地线和铁芯接地线上均可以耦合到,本系统能将两路信号能同步采集,通过两路信号的时域比较算法,即变压器套管传感器信号与变压器铁芯信号同时采集,当套管有放电时,由于放电量较小,此时只有变压器套管传感器耦合到;当变压器内部有放电时,变压器套管传感器和变压器铁芯传感器同时耦合到信号,由于两路信号同时采集,所以在时域上两路脉冲的位置一致,因此可以根据变压器铁芯信号的脉冲位置,找到对应的变压器套管信号位置,并将其滤除,从而达到滤除变压器内部放电的目的,保留套管局放信号。
本发明的系统结构为,如图1所示,两个穿心式高频电流传感器10分别穿过末屏接地线9和铁芯接地线7,并通过高频同轴电缆线11与采集单元12相连,采集单元12通过光纤线13与测试主机14相连,最终测试数据的存储、运算、处理及显示都在测试主机14上完成,这就形成了变压器套管局部放电在线监测系统。
如图1所示,变压器的组成结构为:变压器本体5是有铁芯4、绕组6及其他器件构成,变压器本体5上端有套管座3,变压器套管1与套管座3相连,变压器套管1的底部有末屏接地接口2,末屏接地接口2连接末屏接地线9,末屏接地线9通过变压器外壳接地线8接地,变压器铁芯4通过铁芯接地线7单端接地,就组成了变压器连接结构。
如图2所示,变压器本体绕组通过套管与高压母线相连,变压器套管的外层通过末屏接地线接地,变压器铁芯通过接地线接地,当变压器发生局部放电时,由于放电量较大,其中一路放电信号①将沿母线传输至套管中,由于信号频率较高,可通过变压器套管的电容作用,传输到末屏接地线上,从而被末屏接地线处的HFCT耦合到;另一路将沿着变压器铁芯接地线传输,从而被铁芯接地处的HFCT耦合到;两路信号同时被高速采集模块采集到,因此在脉冲出现的时间点上是基本重合的,则可以利用这个特点将变压器本体产生局部放电加以滤除。当变压器套管产生局部放电时,由于放电量较小,只能通过电容作用直接到末屏接地线上,而变压器本体绕组的电感、匝间电容及分布电容作用,使信号严重衰减,在铁芯接地线处难以耦合到有套管放电引起局部放电信号。所以通过两路信号的对比完全可以将变压器局部放电信号滤除,只保留套管局部放电信号,增加了系统的抗干扰能力,真实的监测出变压器套管局部放电量,客观的反应出变压器套管绝缘状态。
一种抗干扰的高压变压器套管局部放电在线监测方法,其实现方式具体以下步骤:
步骤一、参照图1,将图1中的连接方式把系统连接好,用两个模拟局部放电的脉冲发生器,分别同时在变压器本体位置和变压器套管位置输入放电脉冲,用于模拟在两个位置发生局部放电时,用系统测试,检验系统的抗干扰能力。
步骤二、首先,在变压器绕组6中接入模拟放电脉冲源,模拟变压器的匝间放电缺陷,放电量为200pC,连续性输入脉冲;接着,在变压器套管部分接入模拟放电脉冲源,模拟变压器套管产生的局部放电,放电量为20pC;最后,按照图1连接好变压器套管局部放电在线监测系统,并启动系统,检验本专利所述的抗干扰方法,如图3所示,图中的末屏接地线传感器波形(a)中可明显看出是两种周期性的脉冲波的叠加,一种是变压器本体局放脉冲波,其幅值较大,平均幅值为1.3V,而变压器套管局放脉冲波幅值较小,平均幅值为0.2V,说明在末屏接地线上,能同时接收到来自变压器本体的局部放电信号和来自变压器套管的局部放电信号。从铁芯接地线传感器波形(b)中可以看出,只有一种脉冲信号存在,通过与末屏接地线传感器波形(a)时域对比发现,脉冲所在的时间点与末屏接地线处传感耦合到变压器本体局放脉冲一致,又因为系统是同步采集的,所以此时所耦合到的信号就是变压器本体的局部放电信号。变压器本体局放脉冲传输的路径不同,其分布阻抗也不一样,高频脉冲信号通过铁芯接地的传输阻抗要大于变压器套管末屏接地阻抗,所以通过铁芯接地线的局部放电信号幅值小于变压器套管末屏接地线的局部放电信号幅值,因此在给变压器做出厂局部放电实验和例行检修局部放电实验时,一般是从变压器套管末屏接地处取局部放电信号。由时域脉冲对比滤除后的波形(c)可以看出,变压器本体局部放电信号已经完全滤除掉,只保留了变压器套管局部放电信号,因此从实验室模拟放电实验可证明此方法可有效滤除变压器本体引起的局部放电信号,只保留了变压器套管局部放电信号,达到真正监测变压器套管局部放电的目的。
通过实际变压器加压实验,验证本方法的过程:
本发明提出一种抗干扰的高压变压器套管局部放电在线监测方法,通过实际变压器加压验证。首先,根据图1连接所示将监测系统各个部分连接好,确认各种连接线正确,确保两路高频电流传感器10到采集单元12的同轴线长度相等,尽量减小两路的时间误差。接着,分别在实际变压器的不同位置,人为地做一些缺陷,通过加压使缺陷产生局部放电,最后,通过监测系统测试数据,验证本方法的可行性。
首先,在变压器套管内放置一个金属丝,模拟套管内部由于金属异物引起的悬浮放电,再把整台变压器组装完成,缓慢加压,使套管内部有连续的放电后保持,测试两路的信号并分别形成放电谱图,如图4a~图4b所示,图4a中的变压器末屏接地线传感器信号放电谱图所示有明显的放电信号,放电点集中在对称的相位上,符合电力设备内部放电特征,说明此放电信号来自变压器套管内部,放电量为5.92pC。而从变压器铁芯接地线传感器信号放电谱图4b,可以看出基本都是基带干扰信号,无明显的放电信号,说明变压器套管产生的放电信号通过变压器本体衰减严重,在铁芯接地线上已经很难耦合出来。
接着,在变压器的绕组内做一个金属毛刺,模拟变压器本体的匝间放电,整台变压器从新组装完成后,连接好监测系统,缓慢加压至同一个电压等级,使两个缺陷有明显放电信号,启动系统测试,并应用本专利提出的两路信号时域滤除算法,得到如图5a~图5b所示波形,其中变压器铁芯接地线传感器信号放电谱图5b可看出变压器本体有很大的放电信号,放电量为55.92pC,放电特征符合电力设备内部放电信号特征,说明此放电为变压器本体产生。而变压器末屏接地线传感器信号经过滤除算法后放电谱图5a所示,依然有明显的放电信号,而且放电量为5.22pC,与只在变压器套管上做缺陷时放电量一致,也只是变压器套管的局部放电信号,因此说明通过本专利提出的时域对比滤除算法,能有效将变压器本体所产生的局部放电信号完全滤除,所以其结果并没有受变压器本体所产生的放电信号干扰。
最后,通过以图5a~图5b可明显看出,说明通过本专利提出的算法已经完全滤除了变压器本体放电,保留了变压器套管的局部放电信号。
由此可知,本专利所涉及的一种抗干扰的高压变压器套管局部放电在线监测方法,能有效的分离出变压器套管局部放电和变压器本体局部放电信号,并加以滤除,利用本专利算法,可有效降低系统误判,真实反映出变压器套管的绝缘状态。
Claims (7)
1.一种抗干扰的高压变压器套管局部放电在线监测方法,其特征在于,通过在变压器末屏接地和变压器铁芯接地分别设置第一电流传感器和第二电流传感器,通过采集两个电流传感器的信号并进行处理,获取套管放电信号进而实现套管局部放电的实时检测,包括以下步骤:
同时采集两个电流传感器的信号;其中,第一电流传感器采集变压器铁芯信号,第二电流传感器采集变压器套管信号;
根据变压器铁芯信号的脉冲位置,找到对应的变压器套管信号位置,并将变压器铁芯信号滤除,得到套管局放信号。
2.根据权利要求1所述的一种抗干扰的高压变压器套管局部放电在线监测方法,其特征在于:变压器铁芯信号与变压器套管信号在时域上两路脉冲位置一致。
3.根据权利要求1所述的一种抗干扰的高压变压器套管局部放电在线监测方法,其特征在于:所述两个电流传感器的信号同步。
4.根据权利要求1所述的一种抗干扰的高压变压器套管局部放电在线监测系统,其特征在于,包括:
第一电流传感器,设于变压器末屏接地处,用于变压器铁芯信号;
第二电流传感器,设于变压器铁芯接地处,用于采集变压器套管信号;
采集单元,用于接收第一电流传感器和第二电流传感器的信号,根据变压器铁芯信号的脉冲位置,找到对应的变压器套管信号位置,并将变压器铁芯信号滤除,得到套管局放信号。
5.根据权利要求4所述的一种抗干扰的高压变压器套管局部放电在线监测系统,其特征在于:所述第一电流传感器与采集单元之间的连线,与第二电流传感器与采集单元之间的连线长度相等。
6.根据权利要求4所述的一种抗干扰的高压变压器套管局部放电在线监测系统,其特征在于:所述第一电流传感器和第二电流传感器为高频电流传感器。
7.根据权利要求6所述的一种电动车用智能锂离子电池管理方法,其特征在于:所述第一电流传感器和第二电流传感器型号相同。
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