CN202083770U - 一种变压器局部放电监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种变压器局部放电监测装置，属于电力绝缘监测领域，包含可感应变压器局部放电脉冲和干扰脉冲并产生两路感应脉冲的两个高频电流互感器，所述两个高频电流互感器的输出端与低通滤波器连接，所述低通滤波器的输出端与MCU单元连接，由继电器切换，所述两个高频电流互感器的输出端通过带通滤波器后分别与所述MCU单元的直流量输出端叠加后接于异或电路的输入端，所述异或电路的输出端与所述MCU单元连接。本实用新型的变压器局部放电监测装置可实时监测一定时间内局部放电个数，准确监测变压器局部放电变化趋势，装置结构简单，成本低，实际应用性强。

Description

一种变压器局部放电监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种变压器放电监测装置，属于电力绝缘监测技术领域。

背景技术

局部放电是指由于电场分布不均，局部电场过高，导致绝缘介质中局部范围内的电气放电或击穿现象。随着电压等级的提高和各种有机绝缘材料的广泛应用，电力变压器的局部放电问题越来越突出。局部放电逐渐发展，通过对其周围绝缘介质不断侵蚀，最终导致整个绝缘系统失效。所以对局部放电进行有效的在线监测，对于保障电力变压器的安全稳定有重要意义。

在对变压器的局部放电进行在线监测时，会遇到很多电磁干扰，严重影响了监测的灵敏度和可靠度。所以，干扰的抑制和消除是在线监测变压器局部放电的关键性技术问题。差动平衡法，将两个感应局部放电信号相反的电流脉冲信号组成差动系统，消除共模干扰。该方法在理论上是可行的，但实际应用中对两路信号的对称性要求高，实用效果不是很好。

专利一《变压器局部放电在线监测设备》(中国专利申请号201020525390.1)，通过在变压器铁心、外壳接地线上安装高频电流互感器和特高频传感器采集变压器的局部放电信号，用检波电路处理后，进行A/D变换取样。该方法需要对高频信号采样，采样速率高，数据采集量大，对装置的运算速度、容量、稳定性等要求比较高，装置造价昂贵。

文献二《差动平衡法抗干扰措施在变压器局部放电在线监测中的应用》(变压器2001年3月号第38卷第3期37页)文中提出用差动平衡法抑制变压器局部放电脉冲的干扰，采用硬件电路调幅、调相实现两路信号的对称平衡。由于每个变压器所处的环境各不相同，调幅、调相电路调试难度大，即使调试成功，周围环境稍有变化又不能满足两个信号的平衡，使差动平衡法无法应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是：

提供一种变压器局部放电监测装置，在不改变变压器现有结构及不影响变压器正常运行情况下，排除变压器局部放电监测中受到的外部的干扰脉冲，实时监测变压器局部放电，简化变压器局部放电监测装置，降低监测成本。

为了实现上述目的，本实用新型通过如下的技术方案来实现：

一种变压器局部放电监测装置，其特征是，包含

可感应变压器局部放电脉冲和干扰脉冲并产生两路感应脉冲的两个高频电流互感器，

所述两个高频电流互感器的输出端与低通滤波器连接，

所述低通滤波器的输出端与MCU单元连接，

所述两个高频电流互感器的输出端同时分别与所述MCU单元的直流量输出端叠加后接于异或电路的输入端，

所述异或电路的输出端与所述MCU单元连接。

所述MCU单元中包含A/D采样单元、计算单元。

所述低通滤波器的输出端连接至MCU单元中的A/D采样单元。

所述异或电路的输出端与所述MCU单元中的计算单元连接。

所述MCU单元采用无线或有线通信方式与主站通信。

所述两个高频电流互感器的输出端分别与带通滤波器的输入端连接，所述带通滤波器的输出端同时分别与所述MCU单元的直流量输出端叠加后接于所述异或电路的输入端。

所述两个高频电流互感器分别设置于变压器高压套管上和末屏接地线上。

变压器局部放电监测装置工作过程为：

1.将两个高频电流互感器分别设置在变压器高压套管上和末屏接地线上，两个传感器都能灵敏的感应变压器局部放电脉冲，并产生两个感应脉冲。传感器采集信号量大小为mA级，频率等级为MHz。能采集高频小脉冲信号，并将电流信号以1mA/1mV比例转化为电压信号。

2.将两路感应脉冲通过低通滤波器，滤除局部放电信号，进行A/D采样，计算出两路信号的幅值比，由此两路信号消除幅值差异叠加直流信号的大小关系式。

3.将传感器采集的两路信号，经过继电器切换，通过带通滤波器后分别叠加计算出的直流量，进行同步高频脉冲整形，去除两路信号共同产生的干扰脉冲，得到局部放电脉冲。传感器采集信号经过低通滤波，得到低频信号的幅值，计算出两路信号的幅值比。利用两路信号幅值比k，得出在两路信号叠加直流量的关系。用继电器实现电路切换，对传感器采集信号带通滤波，排除周期性干扰。通过叠加直流量消除两路信号幅值差异，将脉冲定阈值U_n整形，滤除干扰信号。

4.采集到一周期局部放电脉冲数发送至主站。通过对比单位时间内局部放电脉冲数变化，对变压器工作状态，绝缘状态做出估计和趋势分析。

本实用新型所达到的有益效果：本实用新型的变压器局部放电监测装置，解决了现有方法存在的问题，有效的排除变压器局部放电监测中受到的外部的干扰脉冲，简化变压器局部放电监测装置，省略了高频信号采集单元，降低了监测装置成本。在不改变现有的变压器设备结构和运行状态情况下，完成了变压器局部放电的实时监测，监测变压器局部放电信息实时上送，为变压器运行状态诊断提供有价值信息，具有较大的工程实际应用价值。

附图说明

图1变压器定向耦合差动平衡法的等效测量原理图外部干扰示意图；

图2变压器定向耦合差动平衡法的等效测量原理图内部局部放电示意图；

图3变压器局部放电及铁芯电流监测硬件示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

将两个传感器分别设置在变压器高压套管上和末屏接地线上，首先通过对工频采样，得到两路信号的幅值比。然后通过继电器切换电路，由上步测得信号幅值比，计算出为消除两路信号幅值差异叠加的直流量，叠加直流量后，将两路信号以定阈值方法进行的脉冲整形，利用差动平衡原理排除局部放电干扰信号。

如图1、图2和图3所示，采用可以测量正弦电流和脉冲电流的两个高频小电流传感器T1、T2，分别安装在变压器高压套管和末屏接地线上，耦合其电流，将电流信号以1mA/1mV的比例转为电压信号输出。传感器T1安装在高压套管最后一个伞裙到法兰间；传感器T2安装在套管末屏接地线上。两传感器均能灵敏感应变压器局部放电信号。

对传感器采集到的两路电压信号分别经低通滤波器进行低通滤波，滤除局部放电信号，再由MCU单元中的A/D采样进行频率为1kHz的A/D采样，计算两路信号的累计电压幅值比k：

$k=\frac{\mathrm{\Σ}{U}_{1i}}{\mathrm{\Σ}{U}_{2i}}$

其中，U_1i、U_2i分别为某时刻两传感器输出电压幅值。如图1、图2所示，C_h为变压器外部线路及设备的等值电容；C_x为变压器除套管电容外的等值电容；C_b为高压套管的电容。因此两路信号输出的累计电压幅值比，即为两电容C_h、C_b之比。

由图1、图2变压器定向耦合差动平衡法可知，变压器局部放电和外部干扰都能使两个传感器T1、T2耦合到脉冲信号。外部干扰在两个传感器T1、T2上产生同相脉冲，局部放电在两接地线上产生反向脉冲。所以局部放电信号会在两路信号中产生一路上升脉冲、一路下降脉冲。如图3所示，通过将两路电压信号进行定阈值U_n上升脉冲触发，可将脉冲整形得到一系列幅值宽度相等的整形脉冲，将两路脉冲输入异或电路进行异或运算。如果在两路信号上都产生了上升的脉冲信号则为干扰信号，经过异或电路后滤除；如果在两路信号上分别产生了上升和下降脉冲，经过整形后仅有一路产生的触发脉冲，经异或电路异或运算后会产生脉冲信号。通过这种方法可滤除干扰脉冲信号得到局部放电脉冲。

将两路采集信号分别通过带通滤波器，滤除连续的周期性干扰和其他脉冲性干扰，可用上述的差动平衡的方法滤除干扰。因放电信号作用路径的不同，所以同一局部放电产生的脉冲信号幅值不同。为保证两路采集信号能够在同等条件下达到同一触发阈值U_n，在两路信号上分别叠加一个直流信号。直流信号为MCU单元输出的信号经两路D/A转换得到的信号，如两路信号叠加的直流电压量为U_O1、U_O2，两者关系如下：

U_O1＝(1-k)U_n+kU_O2，

如果k≤1，令U_O2由0逐步增加到U_n，由上式响应改变U_O1的值，记录U_O2变化过程中得到的整形后的局部放电脉冲数。以一个工频周期作为U_O2改变的周期，逐渐累加各工频周期局部放电脉冲数，当U_O2到达U_n时将累加的脉冲数上送。然后将U_O2值归零，开始下个周期的信号采集。

如果k＞1，则令U_O1由原变量0逐步增加到U_n，由公式推导出U_O2的值。

过程概述为：变压器局部放电信号经过高频电流传感器耦合后以1mA/1mV的电压量输出。在装置首次运行时，对两线路的低频信号进行A/D采样，经过数字信号处理，得到两电容的比值，由此计算局部放电信号检测中叠加电流的关系。然后通过继电器切换电路，局部放电信号，由带通滤波器滤除周期性干扰，在两路信号上叠加计算出的直流量，消除两路信号的幅值差异。将信号进行脉冲整形，异或排除干扰，得到有效的局部放电脉冲信号。将采集到的叠加信号变化一周期的局部放电信号数，以无线方式对上发送。通过对比每次上送的局部放电脉冲个数，可判断变压器局部放电的情况，对变压器的绝缘有很好的趋势分析。装置结构简单，成本低，能够准确的监测变压器局部放电的趋势变化。

本装置可采用无线和有线两种通信方式，实时上送变压器单位时间内局部放电信号的个数。通过对比各时间局部放电脉冲数，为变压器的现阶段状态监测和运行趋势分析提供有价值信息。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种变压器局部放电监测装置，其特征是，包含

可感应变压器局部放电脉冲和干扰脉冲并产生两路感应脉冲的两个高频电流互感器，

所述两个高频电流互感器的输出端与低通滤波器连接，

所述低通滤波器的输出端与MCU单元连接，

所述两个高频电流互感器的输出端，经继电器切换，通过带通滤波器后分别与所述MCU单元的直流量输出端叠加后接于异或电路的输入端，

所述异或电路的输出端与所述MCU单元连接。

2.根据权利要求1所述的变压器局部放电监测装置，其特征是，所述MCU单元中包含A/D采样单元、计算单元。

3.根据权利要求2所述的变压器局部放电监测装置，其特征是，所述低通滤波器的输出端连接至MCU单元中的A/D采样单元。

4.根据权利要求2所述的变压器局部放电监测装置，其特征是，所述异或电路的输出端与所述MCU单元中的计算单元连接。

5.根据权利要求1所述的变压器局部放电监测装置，其特征是，所述MCU单元采用无线或有线通信方式与主站通信。

6.根据权利要求1所述的变压器局部放电监测装置，其特征是，所述两个高频电流互感器的输出端分别与带通滤波器的输入端连接，所述带通滤波器的输出端同时分别与所述MCU单元的直流量输出端叠加后接于所述异或电路的输入端。

7.根据权利要求1所述的变压器局部放电监测装置，其特征是，所述两个高频电流互感器分别设置于变压器高压套管上和末屏接地线上。

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