CN114062860A - 一种用于变压器的局部放电检测装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于变压器的局部放电检测装置，包括内部设有绝缘油的变压器油箱本体，还包括：信号采集机构，信号采集机构包括至少三个设置在油箱本体相邻侧壁的超声波传感器组以及设置在变压器接地线上的电流互感器；以及放电分析机构，超声波传感器组合电流互感器均与放电分析机构电连接；本发明还公开了一种根据上述的用于变压器的局部放电检测装置的控制方法。本发明利用信号采集机构分别对变压器局部放电时的电信号和声音信号分别进行采集，然后基于声信号的输出波形，求出以触发信号为起点从局部放电源传播到各个超声波传感器的声波到达时间，根据所得到的声波达到时间和声波的传播速度，推算局部放电源和各超声波传感器之间的距离。

Description

一种用于变压器的局部放电检测装置及控制方法

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，具体涉及一种用于变压器的局部放电检测装置及控制方法。

背景技术

电力变压器是电力系统中的核心设备，它们能否可靠运行对于电网的稳定性至关重要。变压器中绝缘系统的质量对变压器设备整体的使用性能和寿命都至关重要，变压器绝缘老化将产生局部放电现象，引发电力设备故障，由于变压器绝缘油为易燃易爆物，严重时可能会引起变压器起火爆炸，严重威胁运维人员的人身安全。若局部放电现象在变压器设备中出现的较为频繁，且绝缘材料在长期局部放电的影响下发生老化，就可能产生电弧击穿，从而破坏电力变压器的完整性，电场强度越大，故障发生率越高，用电风险也会加大。

因此局部放电是发生绝缘故障的重要征兆，通过有效的实时检测变压器的局部放电情况可实现故障预警，这对于保障变压器设备安全稳定运行以及电网的供电可靠性具有重大意义。因此，在电力变压器设备中监视局部放电变得非常重要，且不仅要高精度地检测局部放电的发生，还要求正确检测出局部放电的发生位置。

发明内容

本发明提供一种用于变压器的局部放电检测装置，不仅可准确定位局部放电的位置，测量局部放电量的大小，还可以对局部放电的类型进行分析，为变压器的故障诊断提供了一种简单、便捷的方式。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种用于变压器的局部放电检测装置，包括内部设有绝缘油的变压器油箱本体，还包括：

信号采集机构，所述信号采集机构包括至少三个设置在油箱本体相邻侧壁的超声波传感器组以及设置在变压器接地线上的电流互感器；以及

放电分析机构，所述超声波传感器组合电流互感器均与放电分析机构电连接；

其中，所述油箱本体侧壁设有用于安装超声波传感器组的管接头，所述超声波传感器组沿管接头轴向对接在管接头端面。

优选的，所述超声波传感器组包括垂设在油箱本体箱盖上的超声波传感器一、垂设在油箱本体长轴侧箱壁的超声波传感器二以及垂设在油箱本体短轴侧相比的超声波传感器三。

优选的，所述超声波传感器一、超声波传感器二、超声波传感器三以及电流互感器分别通过信号线一、信号线二、信号线三以及信号线四与放电分析机构相连。

优选的，所述超声波传感器一、超声波传感器二以及超声波传感器三均包括与管接头同轴设置的外壳、设置在外壳内部的信号电缆、套设在信号电缆外部的电缆固定管以及设置在信号电缆置于油箱绝缘油内一端的传感器。

优选的，所述电缆固定管远离传感器的一端贯穿外壳并向外延伸，且外壳侧壁设有用于固定电缆固定管的紧固机构。

优选的，所述紧固机构为旋紧螺母。

优选的，所述管接头内壁还设有支架件，所述支架件的一端与管接头内壁连接，另一端与电缆固定管连接。

一种根据上述的用于变压器的局部放电检测装置的控制方法，包括以下步骤：

S1：电流互感器检测电流信号，并检测电流互感器电流幅值是否超过阈值；

S2：在电流互感器检测到的电流信号超过阈值时，采集当前电流信号的信息及时间；

S3：检测超声波传感器是否收到声音信号；

S4：在超声波传感器收集到声音信号时，采集声音信号信息及时间；

S5：放电分析机构进行信号处理及分析，并将分析结果传输至后台。

由以上技术方案可知，本发明具有如下有益效果：通过电流互感器检测局部放电发生时流向电力变压器接地线中性点的电信号，将该电信号作为局部检测的触发信号，并通过多个超声波传感器检测油箱内部产生的局部放电声音信号，然后，基于各超声波传感器的声信号的输出波形，求出以触发信号为起点从局部放电源传播到各个超声波传感器的声波到达时间，根据所得到的声波达到时间和声波的传播速度，推算局部放电源和各超声波传感器之间的距离，并以该距离为半径计算球面的交点以确定为局部放电的发生位置。

附图说明

图1为本发明超声波传感器的安装分布示意图；

图2为本发明的超声波传感器和管接头安装示意图；

图3为本发明的局部放电检测装置的信号时序图；

图4为本发明的局部放电检测流程图；

图中：10、油箱本体；20、绝缘油；310、电流互感器；320、超声波传感器一；330、超声波传感器二；340、超声波传感器三；40、放电分析机构；410、信号线一；420、信号线二；430、信号线三；440、信号线四；50、管接头；610、外壳；620、信号电缆；630、电缆固定管；640、传感器；650、紧固机构；660、支架件；70、局部放电点。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种优选实施方式作详细的说明。

实施例：

参照图1，一种用于变压器的局部放电检测装置，包括内部设有绝缘油20的变压器油箱本体10，还包括：

信号采集机构，信号采集机构包括至少三个设置在油箱本体相邻侧壁的超声波传感器组以及设置在变压器接地线上的电流互感器310；以及

放电分析机构40，超声波传感器组合电流互感器310均与放电分析机构电连接；

其中，油箱本体10侧壁设有用于安装超声波传感器组的管接头50，超声波传感器组沿管接头轴向对接在管接头端面，本发明中，通过电流互感器检测局部放电发生时流向电力变压器接地线中性点的电信号，将该电信号作为局部检测的触发信号，并通过多个超声波传感器检测油箱内部产生的局部放电声音信号，然后，基于各超声波传感器的声信号的输出波形，求出以触发信号为起点从局部放电源传播到各个超声波传感器的声波到达时间，根据所得到的声波达到时间和声波的传播速度，推算局部放电源和各超声波传感器之间的距离，并以该距离为半径计算球面的交点以确定为局部放电的发生位置。

作为本发明优选的技术方案，超声波传感器组包括超声波传感器一320、超声波传感器二330以及超声波传感器三340，具体的，超声波传感器一安装在变压器油箱箱盖上，且垂直于箱盖安装；超声波传感器二安装在变压器油箱箱壁长轴侧上，且垂直于油箱箱壁长轴侧安装；超声波传感器三安装在变压器油箱箱壁短轴侧上，且垂直于油箱箱壁安装。放电分析机构40可安装于调度室，分别通过信号线一410、信号线二420、信号线三430与局部放电超声波传感器一、传感器二、传感器三连接，电流互感器安装与变压器中性点出线处，通过信号线四440与放电分析机构连接。

超声波传感器将在变压器内产生局部放电的声音转换为电信号，并将该电信号通过信号线发送到放电分析机构。

电流互感器设置在与变压器连接的接地线中，例如，可以采用高频电流互感器进行测量，电流互感器检测流经接地线的局部放电电流电信号，并将检测到的电信号发送到放电分析机构中。

参照图2，作为本发明优选的技术方案，超声波传感器一、超声波传感器二以及超声波传感器三均包括与管接头同轴设置的外壳610、设置在外壳内部的信号电缆620、套设在信号电缆外部的电缆固定管630以及设置在信号电缆置于油箱绝缘油20内一端的传感器640，电缆固定管630远离传感器的一端贯穿外壳610并向外延伸，且外壳侧壁设有用于固定电缆固定管的紧固机构650，紧固机构可采用旋进螺母，使用时，超声波传感器沿外壳轴向安装，并通过紧固机构进行固定，而后利用外壳与管接头的对接将传感器固定在油箱侧壁，由于传感器与油箱内部的绝缘油接触，因此可对变压器内部局部放电的声音信号进行采集。

进一步的，局部放电检测装置安装在变压器箱壁管接头内时，可由支架件660进行支撑，支架件一端和管接头内壁连接，另一端和局部放电检测装置电缆固定管连接，局部放电检测装置可进行垂直于油箱箱壁方向的位置调节。

本发明的局部放电检测装置，采用组装式结构，因此具有安装方便的优点。

当发生局部放电时，局部放电点70产生的电信号传输到安装于中性点出线位置的电流互感器310，此时，该电信号可作为局部放电触发信号通过信号线四440传输至放电分析机构40，超声波传感器一320、超声波传感器二330、超声波传感器三340感应到变压器内部产生的局部放电声音信号，然后通过信号线一410、信号线二420、信号线三430传输至放电分析机构。然后放电分析机构基于每个局部放电检测装置的声信号，并根据局部放电触发信号，核算从局部放电点向各个局部放电检测装置的声音传播时间。根据各个超声波传感器获得的放电信号到达时间并结合声波在绝缘油中的传播速度，估算局部放电点与每个超声波传感器之间的距离，并以此距离为半径在球面的交点处确定发生局部放电的位置。

如上，放电分析机构40从电流互感器310接收电信号，并且从超声波传感器一320、超声波传感器二330、超声波传感器三340接收声音信号。图3是表示由放电分析机构获得的电信号和声音信号的波形图。图3的最下面部分表示出电流互感器传输的电信号波形，而在上面部分表示出超声波传感器一、超声波传感器二、超声波传感器三接收到的声音电信号波形。

放电分析机构基于电信号以及各超声波传感器的声音信号，测量从局部放电点70的放电位置直接传播到各超声波传感器的声音信号到达时刻。图中的时刻t1为超声波传感器一320中的声音信号的到达时刻，电信号到达的时刻为图中的时刻t0，其和声音信号到达时刻t1之间的时间差是声音信号从局部放电点到达超声波传感器一的时间。在此应特别注意，声音信号在变压器绝缘介质上传播的速度为固定值，因此，超声波传感器与局部放电点之间的距离可以通过将声音信号的到达时间t1减去电信号到达的时间t0乘以声音的传播速度来获得。

通过在油箱上三个位置布置超声波传感器，通过电信号和声音信号的时间差可以确定超声波传感器一和局部放电点之间的距离d1、超声波传感器二和局部放电点之间的距离d2、超声波传感器三和局部放电点之间的距离d3。然后，估算局部放电点与每个超声波传感器之间的距离，并以此距离为半径在球面的交点处确定局部放电的发生位置。

图4是本发明的局部放电检测流程图。电流互感器310持续监测采集到的电流信号，当该电流值未超过设定的阈值范围时，进行下一次的电流信号采样。当该电流值超过设定的阈值时，采集当前电流信号及采样时间，此时，监测超声波传感器是否采集到声音信号，如未能采集到声音信号，则结束此次信息采集，此时，电流互感器重新监测电流信号，如果超声波传感器采集到声音信号，此时采集声音信号及时间，将信号反馈至放电分析机构40进行信号处理及分析，并将分析结果传输至后台控制室，完成此次局部放电分析。

以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于变压器的局部放电检测装置，包括内部设有绝缘油(20)的变压器油箱本体(10)，其特征在于，还包括：

信号采集机构，所述信号采集机构包括至少三个设置在油箱本体相邻侧壁的超声波传感器组以及设置在变压器接地线上的电流互感器(310)；以及

放电分析机构(40)，所述超声波传感器组合电流互感器(310)均与放电分析机构电连接；

其中，所述油箱本体(10)侧壁设有用于安装超声波传感器组的管接头(50)，所述超声波传感器组沿管接头轴向对接在管接头端面。

2.根据权利要求1所述的用于变压器的局部放电检测装置，其特征在于，所述超声波传感器组包括垂设在油箱本体(10)箱盖上的超声波传感器一(320)、垂设在油箱本体长轴侧箱壁的超声波传感器二(330)以及垂设在油箱本体短轴侧相比的超声波传感器三(340)。

3.根据权利要求2所述的用于变压器的局部放电检测装置，其特征在于，所述超声波传感器一(320)、超声波传感器二(330)、超声波传感器三(340)以及电流互感器(310)分别通过信号线一(410)、信号线二(420)、信号线三(430)以及信号线四(440)与放电分析机构相连。

4.根据权利要求3所述的用于变压器的局部放电检测装置，其特征在于，所述超声波传感器一、超声波传感器二以及超声波传感器三均包括与管接头同轴设置的外壳(610)、设置在外壳内部的信号电缆(620)、套设在信号电缆外部的电缆固定管(630)以及设置在信号电缆置于油箱绝缘油(20)内一端的传感器(640)。

5.根据权利要求4所述的用于变压器的局部放电检测装置，其特征在于，所述电缆固定管(630)远离传感器的一端贯穿外壳(610)并向外延伸，且外壳侧壁设有用于固定电缆固定管的紧固机构(650)。

6.根据权利要求5所述的用于变压器的局部放电检测装置，其特征在于，所述紧固机构为旋紧螺母。

7.根据权利要求3-5任一项所述的用于变压器的局部放电检测装置，其特征在于，所述管接头(50)内壁还设有支架件(660)，所述支架件的一端与管接头内壁连接，另一端与电缆固定管连接。

8.一种根据权利要求1-7任一项所述的用于变压器的局部放电检测装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：电流互感器(310)检测电流信号，并检测电流互感器电流幅值是否超过阈值；

S2：在电流互感器检测到的电流信号超过阈值时，采集当前电流信号的信息及时间；

S3：检测超声波传感器是否收到声音信号；

S4：在超声波传感器收集到声音信号时，采集声音信号信息及时间；

S5：放电分析机构(40)进行信号处理及分析，并将分析结果传输至后台。

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