變壓器局部放電在線監(jiān)測

1、變壓器局部放電在線監(jiān)測一、綜述局部放電是引起電力設(shè)備絕緣劣化的主要原因之一，每次放電，高能量電子或加速電子的沖擊，特別是長期局部放電作用都會引起多種形式的物理效應(yīng)和化學反應(yīng)，如帶電質(zhì)點撞擊氣泡外壁時，就可能打斷介質(zhì)的化學鍵，破壞介質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，造成絕緣劣化，加速絕緣損壞過程。嚴重時有可能導致設(shè)備故障，甚至影響到電網(wǎng)的正常運行。在一個復(fù)雜的電工設(shè)備中，發(fā)生在不同部位的放電，對絕緣的破壞作用是不同的。對局部放電準確定位從而準確測定放電量、判斷其對絕緣的危害對于電力設(shè)備維護、改進產(chǎn)品設(shè)計與工藝等都具有重要的意義。在各種電力設(shè)備中，變壓器的結(jié)構(gòu)和電磁環(huán)境尤為復(fù)雜，其局放監(jiān)測問題顯得更為突出，經(jīng)過多年的

2、發(fā)展，工程科研人員已提出了一些實用的方法。二、多端測量定位由于變壓器任何部位的放電都會通過不同的耦合途徑向各個部位傳遞，油箱上各個端子都能接收到它的信號，因而可以依次在各個端子對地注入脈沖電荷以模擬不同端子或部位的放電，此時其它端子也會有各自的響應(yīng)。通過若干組模擬可以得到一校正矩陣。將每個端子實測的放電信號與之比較，它與哪一組校正結(jié)果相近即表明放電源與這一對校正端子相關(guān)。1、變電位多端測量采用不同的試驗接地和加壓方式改變諸如變壓器個別端子的電位、變壓器相間和高低壓間的電位差、線圈匝間的電位差，結(jié)合在各種接線方法下所得到的各線端實測數(shù)據(jù)變化規(guī)律，從而推斷放電發(fā)生的部位。變電位多端測量原理簡單，試

3、驗方便，在故障檢測中起到了很大作用。改變電位、電位差的方法非常之多，要根據(jù)具體情況而定。下面給出三例變電位的方法：,絕緣板1）對稱加壓法WIVIUIN圖1對稱加壓電路變壓器局部放電U1相實測結(jié)果pC方波校正后的放電墾測量位置高壓對地低壓對地實沏放電量高壓線端500180600低壓線端250$001B00圖2實測結(jié)果U1（高壓）端放電量為600pC,U2（低壓）端放電量為1800pC。測得U1端放電量為200pC,U2端放電量為300pCo這時發(fā)現(xiàn)U2端放電量大大減小,此時可判定局放位置發(fā)生在U2端。2）兩相支撐一相法此方法主要用于判斷局部放電部位是線圈對地還是在線圈內(nèi)部。圖3兩相支撐一相法某變

4、壓器U1相試驗，當施加電壓為1.4Um時，U1端放電量為1000pC。將V1,W1相接地支撐U1相，U1端電壓保持不變，此時結(jié)果局部放電量仍為1000pC。由此可判斷局部放電存在于U1相出線端的可能性較大。3）一相支撐兩相法測得V1相局部放電量為2000pC,同時測得W1相局部放電量為3000pCo此時V1=0.5Um,UW1=0.25Um,V1-W1=0.75Um。經(jīng)分析懷疑局部放電源存在于V1,W1相之間，故采取如圖4的接線方式，此時發(fā)現(xiàn)V1-W1=0,V1=W1=0.8Um,V1,W1相放電量均小于100pCo試驗證實了局部放電源與V1,W1端頭電位無關(guān)，而與V1,W1之間電位差有關(guān)。檢

5、查V1,W1相間，發(fā)現(xiàn)W1相圍屏上黏附有金屬微粒，清除后，故障消失。變電位多端測量原理簡單，試驗方便，在故障檢測中起到了很大作用。在試驗過程中，用好該方法的關(guān)鍵在于：1）改變某端子電位往往有多種方法，應(yīng)視試品的內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)，選擇一種副作用”較小的方式；2）應(yīng)評價由于加壓或接線方式改變而造成的其它相關(guān)電位的改變，不可輕易下定論。可能的情況下，應(yīng)采取不同的方式進行驗證或排除；3）變電位的方法很多，不可拘泥，其運用的靈活程度取決于實踐經(jīng)驗。2、多端測量-多端校正變壓器內(nèi)部任何一個部位放電，都會向變壓器的所有外部接線的測量端子傳送信號，而這些信號在各個測量端子上所顯示出的波形都有其獨特的波形特征和不同

6、的幅值。如果將校正脈沖依次添加到某兩個端子之間，則校正脈沖同時向各個測量端子傳送，在各個測量端子上測出其校正電荷量和觀察其波形，并將各端子上的校正電荷值依次作出比值。若放電的比值序列與校正時某個比值序列相似而波形也相似，則可認為放電點在相應(yīng)的校正端子的鄰近部位上。XII% O上 to-_l=M刈試儀-潛乙.Zj,Zi，Zj淵試即狀G4正電?？U|»一力波發(fā)牛器一相合電容圖5多端測量一多端校正3、脈沖極性鑒定法變壓器內(nèi)部發(fā)生局放時在各個檢測阻抗上發(fā)現(xiàn)的脈沖波都有一定的極性，根據(jù)這些脈沖的特征來確定局放發(fā)生的位置的方法就是脈沖極性鑒定法。該方法應(yīng)用較多，而且直觀方便。圖6為脈沖極性法的原

7、理和應(yīng)用。圖中：E為假設(shè)的放電源。ZD為測量阻抗；圖6(a)為高壓和低壓繞組之間發(fā)生局部放電時測得的脈沖極性.即低壓阻抗.高壓繞組阻抗測得的極性相同.而高低壓繞組測得的極性相反：圖6(b)為高壓繞組中發(fā)生局部放電時測得的脈沖極性；圖6(c)為高壓繞組和地之間發(fā)生局部放電時測得的脈沖極性。將實測脈沖與校對脈沖對比，可以大體上確定放電發(fā)生的部位。(a)(b)(c)圖6脈沖極性法測試原理圖三、超聲波檢測法超聲波檢測定位法是大型電力變壓器局部放電定位的主要方法。變壓器中局部放電故障的產(chǎn)生和發(fā)展將伴隨著聲發(fā)射現(xiàn)象，放電源也就是聲發(fā)射源。根據(jù)聲測原理對變壓器的內(nèi)部放電予以定位時，可將若干個超聲探頭放置在變

8、壓器箱殼上相分離的幾點上，組成聲測陣列,測定出由聲源到各探頭的直接波傳播時間或各探頭之間的相對時差，然后將這些時間或相對時差代人滿足該聲測陣列幾何關(guān)系的一組方程中求解，即可得到放電源的位置坐標。1、超聲波局部放電測試原理絕緣介質(zhì)局部放電有兩種類型：氣泡內(nèi)放電以及介質(zhì)在高場強下游離擊穿。一些澆注、擠壓的絕緣介質(zhì)容易夾雜著氣隙或氣泡，空氣的介電常數(shù)較固體介質(zhì)小，而場強與介電常數(shù)成反比。介質(zhì)中的氣隙或氣泡是第一種局部放電的發(fā)源地；當局部電場更高時，在絕緣薄弱環(huán)節(jié)處將引起介質(zhì)的游離擊穿。以上兩種局部放電，在多數(shù)情況下往往同時發(fā)生或互相誘發(fā)。變壓器在運行中出現(xiàn)局部放電時，伴隨產(chǎn)生電脈沖、超聲波、光、熱和

9、化學變化等現(xiàn)象。高頻的電氣擾動向所有與其有連接電氣回路傳播。超聲波信號以球面波的形式以某一速度通過絕緣紙板、絕緣油等介質(zhì)向變壓器油箱外傳播。超聲波穿過絕緣介質(zhì)到達變壓器箱壁上的傳感器有兩條途徑：一條是直接傳播，即超聲波的縱向波穿過絕緣介質(zhì)、變壓器油等到油箱內(nèi)壁，并透過鋼板到達傳感器；另一條是以縱向波傳到油箱內(nèi)壁，后沿鋼板以橫向波傳播到傳感器，此波為復(fù)合波。超聲波傳播途徑如圖7所示。放電源S產(chǎn)生超聲波,SA為縱向波,SBA、SCA為復(fù)合波。通過變壓器傳播的直接波沿油箱壁傳播的復(fù)合波圖8超聲波的傳播波形2、超聲波局部放電檢測法優(yōu)缺點超聲波法是用安裝在變壓器油箱壁上的超聲波探測接收信號，通過信號大小

10、的比較分析，對變壓器內(nèi)部局部放電進行定性測試，還能對放電點所處的空間位置進行確定，并具有在線條件下對變壓器內(nèi)的局部放電進行檢測等優(yōu)點。它的檢測結(jié)果給變壓器的故障分析及處理提供信息，這一方法可避免現(xiàn)場各種電氣信號的干擾。通過在線超聲波局部放電檢測，可實時地監(jiān)視變壓器局部放電狀態(tài)。超聲波局部放電檢測是變壓器放電性故障測量及帶電監(jiān)測的一種較好的方法。但該方法有一定的局限性：當放電源位于變壓器繞組表層時測試是有效的，當放電源位于變壓器絕緣深處時，信號將難以收到；對于同時出現(xiàn)的多點放電,如何判斷超聲信號的大小,如何區(qū)分其超聲信號,仍需要做進一步的工作；此外，此法在具有強電磁干擾的現(xiàn)場定位中準確度不高。其

11、原因主要有：變壓器內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜,各種聲介質(zhì)對聲波的衰減及對聲速的影響都不一樣；目前使用的局部放電監(jiān)測超聲波傳感器抗電磁干擾能力較差,靈敏度也不很高；各種計算定位法中的算法也不盡完善。四、油中氣體色譜分析（DGA）1、概述變壓器油中溶解氣體色譜分析的在線監(jiān)測方法是基于油中溶解氣體分析理論，它直接在現(xiàn)場實現(xiàn)油色譜的定時在線智能化監(jiān)測與故障診斷，不僅可以及時掌握變壓器的運行狀況，發(fā)現(xiàn)和跟蹤存在的潛伏性故障，并且可以及時根據(jù)專家系統(tǒng)對運行工況自動進行診斷。2、油中氣體組成規(guī)律運行中的變壓器在正常情況下，變壓器內(nèi)部的絕緣油和固體絕緣材料由于電和熱的作用會逐漸老化和分解，產(chǎn)生少量的各種低分子燒類和H2

12、、CO2和CO,這些氣體大部分溶解在油中，當存在局部過熱或局部放電等缺陷時，這些氣體的產(chǎn)氣速度就會加快，隨著故障的發(fā)展，分解出的氣體形成氣泡在油中對流、擴散,不斷溶解在油中。在對變壓器故障做診斷時，通過DGA定量測定的主要氣體是H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO和CO2。故障氣體的組成和含量與故障的類型、故障的嚴重程度有密切關(guān)系，在正常運行溫度下，油和固體絕緣材料在正常老化過程中，產(chǎn)生的氣體主要是CO和CO2；在油紙絕緣材料中存在局部放電時，油裂解產(chǎn)生的氣體主要是H2和CH4；在故障溫度高于正常運行溫度不多時，油裂解的產(chǎn)物主要是CH4；隨著故障溫度的升高，C2H4和C2H6的產(chǎn)生

13、逐漸成為主要特征；在溫度高于1000c時（例如在電弧弧道溫度3000c以上的作用下），油分解產(chǎn)物中含有較多的C2H2；當故障涉及到固體絕緣材料時，會產(chǎn)生較多的CO和CO?。3、色譜氣體檢測原理通過色譜柱中的固定相對不同氣體組分的親和力不同，在載氣推動下，經(jīng)過充分的交換，不同組分得到了分離，經(jīng)分離后的氣體通過檢測轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)A/D采集后獲得氣體組分的色譜出峰圖。根據(jù)組分峰高或面積進行濃度定量分析。4、氣體色譜分析為了解釋油中溶解氣體的分析結(jié)果，并以此對產(chǎn)生這些氣體的故障原因作出診斷，應(yīng)用特征氣體法可知，局部放電反映的特點是H2含量高、CH4占總煌中的主要部分；過熱故障反映的特點是總燒含量高；

14、放電故障（包括電弧放電和火花放電）反映的特點是H2和C2H2含量高。DGA結(jié)果的解釋是建立在三比值法（IEC）基礎(chǔ)上，IEC法（即基于H2、CH4、C2H6、C2H4和C2H2五種特征氣體的最大產(chǎn)氣速率的溫度的依次增加的假定而提出的）用“、CH4、C2H6、C2H4和C2H2氣體組成三對比值法來判斷變壓器故障性質(zhì)。對相同的比值范圍，三對比值以不同的編碼表示，并將這些編碼組合分析，即可對故障情況按程度進行分類，作出判斷。5、色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)的組成氣相色譜法是目前應(yīng)用較廣的分析方法之一，它在石油、輕工、食物及環(huán)保等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，長期的運行實踐證明了利用氣相色譜法分析變壓器內(nèi)部故障的有效性。隨

15、著自動化技術(shù)、選擇性檢測器的應(yīng)用、新型色譜柱的研制，氣相色譜分析方法正在朝更高靈敏度、更高選擇性、更方便快捷的方向發(fā)展。然而，大多應(yīng)用場合仍需要人工干預(yù)，已實現(xiàn)在線色譜檢測的領(lǐng)域非常有限，這與氣體自動萃取、儀器所使用的惡劣環(huán)境影響檢測精度等問題有很大的關(guān)系。以變壓器色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)為例，為了完全替代常規(guī)的人工檢測方法，在線監(jiān)測系統(tǒng)按圖9所示的方式構(gòu)成。電力變壓器- 色譜數(shù)據(jù)采集器載氣數(shù)據(jù)處理服務(wù)器圖9色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成由圖9可以看出以往需由人工從變壓器取油樣，并在試驗室進行脫氣處理的過程可以利用色譜數(shù)據(jù)采集器中的油氣分離裝置完成。色譜數(shù)據(jù)的處理過程原來是由人工確定基線，現(xiàn)也由數(shù)據(jù)處理服務(wù)器自

16、動完成。6、色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)的功能變壓器色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)主要具備以下功能：1）可同時自動定量分析變壓器油中溶解的H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2和H2O以及各自的增長率；2）可以選擇數(shù)據(jù)報表、趨勢圖及直方圖等多種顯示方式；3）具有設(shè)備故障診斷及報警功能；4）具有故障發(fā)展趨勢分析功能；5）具有網(wǎng)絡(luò)功能。7、色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)隨著在線監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，當前的色譜在線監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)日趨成熟。在線監(jiān)測的基本原則是：能夠?qū)崟r、自動、穩(wěn)定地對變壓器油中溶解氣體進行監(jiān)測，不能對變壓器的正常運行造成安全隱患，同時要適應(yīng)環(huán)境的變化。業(yè)界對色譜在線監(jiān)測的關(guān)鍵技術(shù)基本上達成以下幾點共識：

17、1）高效、準確的油氣分離，以真實的反映油中溶解氣體的含量和變化速度；2）自動、智能的色譜數(shù)據(jù)處理方法，以獲取準確的氣體濃度信息；3）穩(wěn)定的環(huán)境適應(yīng)能力，以適應(yīng)室外不同氣象條件下的在線監(jiān)測。8、色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)工作流程變壓器色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)的工作流程圖如圖10所示，系統(tǒng)在微處理器控制下進行熱油冷卻、油中溶解氣體萃取、流路切換與清洗、柱箱與檢測器溫度控制、樣氣的定量與進樣、基線的自動調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)采集與處理、定量分析與故障診斷等分析流程。變壓器油在內(nèi)置一體式油泵作用下進入油氣分離裝置，分離出變壓器油中的溶解氣體，經(jīng)過油氣分離后的變壓器油流回變壓器油箱，萃取出來的氣體在內(nèi)置微型氣泵的作用下進入電磁六通閥

18、的定量管中。定量管中的氣體在載氣作用下進入色譜柱，然后檢測器按氣體流出色譜柱的順序分別將六組分氣體變換成電壓信號。色譜數(shù)據(jù)采集器將采集到的氣體濃度電壓量通過通訊總線上傳給安裝在主控室的數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，數(shù)據(jù)處理服務(wù)器根據(jù)儀器的標定數(shù)據(jù)進行定量分析，計算出各組分和總?cè)嫉暮恳约案髯缘脑鲩L率。油中溶解水分由單獨的傳感器檢測，將數(shù)據(jù)傳至數(shù)據(jù)處理服務(wù)器。最后由故障診斷專家系統(tǒng)對變壓器進行故障分析，從而實現(xiàn)變壓器故障的在線監(jiān)測。圖10變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)工作流程圖五、基于超高頻電磁波測量1、概述目前，國內(nèi)外對運行中的變壓器的局部放電進行在線監(jiān)測，大多沿用或借鑒變壓器出廠或交接試驗中所采用的脈沖電流法。該方法

19、應(yīng)用于現(xiàn)場變壓器局部放電在線監(jiān)測所面臨的最大困難是現(xiàn)場環(huán)境的干擾問題。變電站屬于強電磁干擾環(huán)境，現(xiàn)場存在著廣泛的電暈放電、開關(guān)動作產(chǎn)生的沖擊以及相鄰高壓電氣設(shè)備內(nèi)部可能出現(xiàn)的局部放電等，這是變壓器局部放電在線監(jiān)測所面臨的主要干擾源。由于干擾信號的能量和幅值往往很大，傳播路徑又十分復(fù)雜，這些干擾信號不可避免地竄入測量系統(tǒng)中，對局部放電測量結(jié)果產(chǎn)生嚴重影響。更為嚴重的是，被測局部放電信號極易被干擾信號所淹沒，導致有效信號的識別困難，甚至幾乎無法進行測量。多年來，國內(nèi)外在局部放電機理及其檢測技術(shù)方面進行了大量的研究，取得了一些成效。但由于干擾信號與被測局部放電信號往往具有相同或類似的特征，干擾信號的

20、提取十分困難，致使在線局部放電測量中的抗干擾問題仍未得到圓滿的解決。近年來，超高頻局部放電測量技術(shù)（UHF法）在GIS局部放電檢測中獲得了成功應(yīng)用。UHF法的顯著特點是抗干擾能力強，非常適宜局部放電的在線監(jiān)測。研究認為，變壓器油及油/紙絕緣中發(fā)生的局部放電，其信號的頻譜很寬，放電過程可以激發(fā)出數(shù)百甚至數(shù)千兆赫茲的超高頻電磁波信號，而變電站現(xiàn)場的干擾信號頻譜范圍一般在150MHz以下，且在傳播過程中衰減很大。采用基于超高頻電磁波測量的局部放電測量技術(shù)，檢測局部放電產(chǎn)生的數(shù)百兆赫茲以上的超高頻電磁波信號，可有效地避開各種電暈等干擾信號，有望解決局部放電在線監(jiān)測中局部放電產(chǎn)生的超高頻信號特征，并將U

21、HF法應(yīng)用于現(xiàn)場變壓器的局部放電在線監(jiān)測。2、油/紙絕緣中超高頻局部放電信號的頻譜特征圖11為超高頻局部放電模擬試驗示意圖。其中，試品（放電模型）和超高頻傳感器均放入盛滿變壓器油的油箱內(nèi)（一臺10kV電壓等級的變壓器油箱），試驗電壓通過套管施加到試品上，由超高頻傳感器接收試品局部放電產(chǎn)生的超高頻電磁波，由此將局部放電信號轉(zhuǎn)換為超高頻脈沖電壓信號，并經(jīng)放大等送入計算機處理。圖11超高頻局部放電模擬試驗示意圖為了模擬變壓器局部放電，設(shè)計了五種放電模型，分別模擬油/紙絕緣中尖端放電(油一屏障放電)、沿面放電、氣隙(空穴)放電、懸浮放電以及各種油隙放電，如圖12所示。圖13(a)-(e)為五種放電模型

22、的超高頻局部放電信號頻譜圖。胃孱障放電甲由t沿面就電H為牌泊松放電回內(nèi)部空穴放電(力懸浮電極放電圖12放電模型圖13(a)尖端放電1.06r69010.70U.5OOJOiIJlxlO-oITk_vO0.2(14k2-40.6O.K1.11L6l.KXO21.91圖13(b)沿面放電niMb;18XK)14.0U.lu.tn:H.fiO一tM：4.叫-口頻率irll；圖13(c)氣隙放電用M)；Hz圖13(d)油楔放電-240.0()2011.(X1：160.00120,00,80.00'WM)：40.00-JJIxlO.彷率l；Hz圖13(e)懸浮電極放電試驗及頻譜分析發(fā)現(xiàn)，放電信號

23、的頻譜特性比較穩(wěn)定、重復(fù)性較好。隨放電信號的增加,頻譜幅值亦有所增加，但不明顯。尖端放電的能量主要分布在500MHz-1100MHz頻段內(nèi)，500MHz-600MHz頻段的特征峰較高；沿面放電的能量集中在500MHz附近的狹窄頻段內(nèi)，特征峰基本上只有一個；氣隙放電的能量主要集中在300MHz-600MHz頻段內(nèi)，且有多個幅值相近的特征峰；油楔放電的能量主要分布在500MHz-900MHz的頻段內(nèi)，特征峰幅值較為接近，密度比氣隙放電疏；懸浮電極放電廣泛地分布在300MHz-1500MHz的頻段內(nèi)，300MHz的特征峰非常穩(wěn)定，其余部分的特征峰沒有規(guī)律，但幅值均比300MHz的特征峰低。上述五種放

24、電模型基本可以反映變壓器局部放電的常見類型，其頻譜特征對識別變壓器中油/紙絕緣故障類型是有利的。3、現(xiàn)場變壓器局部放電的在線監(jiān)測現(xiàn)場局部放電在線測量系統(tǒng)示意圖如圖14所示。由超高頻傳感器接收變壓器內(nèi)局部放電產(chǎn)生的超高頻電磁波，并經(jīng)放大器等電路衰減、放大。利用數(shù)字示波器（或高速A/D采集卡）采集、顯示超高頻電磁波信號，最終通過計算機對放電信號進行處理和顯示。為了避免空間電磁信號對局部放電測量的影響，對測量系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)采取了一系列抗干擾措施，如信號接線端、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等?，F(xiàn)場實測表明，測量系統(tǒng)基本上未受到現(xiàn)場電磁信號的干擾，測量系統(tǒng)自身的噪聲水平<30mA。圖14變壓器超高頻局部放電在線檢

25、測系統(tǒng)4、討論通過試驗室及現(xiàn)場超高頻局部放電監(jiān)測可以看出，將超高頻傳感器置入變壓器油箱內(nèi)并采用UHF法進行局部放電測量，具有足夠的測量靈敏度，并可有效地解決在線監(jiān)測中所遇到的強電磁干擾問題，使測量的有效性大大增加。目前，變壓器超高頻局部放電監(jiān)測技術(shù)中放電量標定以及故障診斷的判據(jù)等問題需進一步研究。在超高頻檢測方法中，被測信號為超高頻電磁信號，其幅值與放電脈沖的陡度、放電類型有關(guān)。目前的研究尚未得到超高頻信號與實際放電量的對應(yīng)關(guān)系，只能采用超高頻信號幅值（mV值）表征局部放電水平。變壓器油/紙絕緣中的局部放電，其超高頻信號頻譜具有一定的特征，這些特征有利于對變壓器中油/紙絕緣故障類型進行識別。超

26、高頻法的特點以及變壓器箱體的屏蔽效果，使變壓器超高頻局部放電測量方法的抗干擾能力優(yōu)于目前傳統(tǒng)局部放電監(jiān)測方法，這對于實現(xiàn)變壓器局部放電的在線監(jiān)測是非常有利的。六、變壓器局部放電的智能化診斷1、概述近年來，采用微機輔助的多功能測試系統(tǒng)，可以利用多種測量方法，對局部放電進行快速的測量、分析、診斷和提出解決方法。不僅提高了測量的準確率還大大減輕了工作人員的工作量。上海電力學院成功開發(fā)了變壓器局部放電診斷專家系統(tǒng)(TFDES)。該系統(tǒng)由知識庫、數(shù)據(jù)庫、解釋機制、推理機和人機接口五部分組成，其中知識庫是專家系統(tǒng)的核心。TFDES診斷著重圍繞超聲波技術(shù)、傳感技術(shù)和氣體色譜分析等檢測手段獲得的數(shù)據(jù)，建立了系

27、統(tǒng)的知識庫，知識庫建成模塊化機構(gòu)，如圖所示。TFDES對運行中變壓器內(nèi)部局放故障可作出早期診斷和實時監(jiān)測，TFDES對現(xiàn)場運行人員可提供咨詢”意見。目前，TFDES系統(tǒng)安裝在有關(guān)供電部門，運行情況良好，它有助于電力部門提高智能化診斷水平。圖15TFDES知識庫模塊圖2、TFDES的特點1)TFDES的知識表達采用目前專家系統(tǒng)中最廣泛使用的產(chǎn)生式系統(tǒng)，知識庫為模塊式結(jié)構(gòu)。各模塊相互獨立，從而有利于知識庫的修改、擴充和更新，這給知識庫的維護帶來很大方便。2)充分利用了TURBO-PROLOG語言的特點，實現(xiàn)目標驅(qū)動的反向推理，并引入了模糊邏輯，成功地處理了某些模糊問題。3)本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫由氣體分析

28、與絕緣預(yù)防數(shù)據(jù)庫和動態(tài)數(shù)據(jù)庫兩部分組成。前者可將各種氣體數(shù)據(jù)和絕緣預(yù)防數(shù)據(jù)作為歷史資料存檔，以便用戶隨時查詢、管理。最后得出的結(jié)論，不但根據(jù)當前的輸入數(shù)據(jù)，而且還綜合歷史變化的趨勢進行縱向分析，以及對有關(guān)試驗數(shù)據(jù)進行橫向分析。動態(tài)數(shù)據(jù)庫是一個上下文樹，它存放中間推理結(jié)果和最終判斷結(jié)論，在用戶需要解釋時，以便由解釋機制調(diào)用。3、變壓器故障診斷的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(TFDANN)1)TFDANN的結(jié)構(gòu)TFDANN的實質(zhì)就是用來模擬人腦的信息處理功能，它具有自組織、自學習的能力，能映射高度非線性的輸入、輸出關(guān)系。TFDANN工作過程由學習期和工作期兩個階段組成(1)學習期：在學習過程中，氣體分析數(shù)據(jù)及其它

29、各種測試數(shù)據(jù)來源于變壓器歷史數(shù)據(jù)的計算后的結(jié)果，接著數(shù)據(jù)集被讀入網(wǎng)絡(luò)，通過反向傳播學習計算法，計算權(quán)值和閾值。(2)工作期：在診斷過程中，計算來自不同變壓器的測試樣本，從而得到網(wǎng)絡(luò)的實際輸出，最后將這些值與所期望的輸出值進行比較。TFDANN采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模塊化結(jié)構(gòu)，其各模塊樣本訓練是獨立進行的。結(jié)構(gòu)如圖16所示。圖16TFDANN模塊化結(jié)構(gòu)圖其中BPi是特征氣體法模塊，輸入特征元素XiX6分另IJ為H2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、CO等6#氣體在TCG中的含量，其輸出丫1丫4分別對應(yīng)變壓器故障診斷正常，過熱、電暈、電弧4種情況，其結(jié)構(gòu)如圖17所示。圖16中BP2為三比值法模塊，其

30、中X7X9分別為C2H2/C2H4,CH4/H2,C2H4/C2H6的比值數(shù)據(jù)特征元素，輸出丫5丫12分別對應(yīng)變壓器的故P生質(zhì)。BP3為絕緣油特性試驗?zāi)K，輸入特征元素X10X15分別對應(yīng)酸值、電阻率、含水量、表面張力、介損、擊穿電壓，輸出丫13丫15分別對應(yīng)絕緣油良好、要注意和不良3種狀態(tài)。BP4為變壓器外部檢查模塊，輸入特征元素X16X20分別為變壓器運行的油溫、油位、各種噪聲等數(shù)據(jù)，其輸出丫16、丫17對應(yīng)變壓器外部及內(nèi)部是否異常。TFDANN主模塊根據(jù)各分模塊輸出的結(jié)果進行歸納，最后輸出TFDANN診斷結(jié)論。圖17BP1模塊的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖2)TFDANN的特點(1)采用反向傳播(BP)網(wǎng)

31、絡(luò)，具有良好的模式分類能力，引入模糊邏輯理論，較好地處理了一些數(shù)據(jù)不確定性問題。(2)將網(wǎng)絡(luò)的輸入/輸出分別與故障征狀和故障性質(zhì)相對應(yīng)，建立了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模塊化結(jié)構(gòu)。它不但極大地簡化了樣本訓練的過程，使用戶輸入信息量大為減少，同時，網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點、隱層節(jié)點和激活函數(shù)趨向簡單，加快了診斷速度，有利于軟件的更新和維護。4、故障診斷實例診斷實例1上海某廠變壓器的氣相色譜檢測值如表1所示。表1變壓器氣相色譜檢測值H2CH4C2H6C2H4C2H2COCO2637.41.8176.24303900TFDES色譜分析：C2H2超過正常值，三比值為1、0、2。故障性質(zhì)：高能量放電。故障部位：鐵心接地不良。綜合分析

32、：變壓器外部正常，絕緣油特性正常。結(jié)論：內(nèi)部異常。建議：立即停運，進行內(nèi)部檢查。TFDANN診斷：BPi模塊出丫4=0.9375,丫3=0.1137,其余丫1、丫2為零，說明屬高能量放電的內(nèi)部故障?，F(xiàn)場專家處理意見：停機吊心檢查。結(jié)果為鐵心底部接地片燒斷處硅鋼片燒毛，經(jīng)絕緣處理后投入運行。診斷實例2某發(fā)電廠變壓器額定容量為63MVA,額定電壓為110/35/10.5kV。其采樣數(shù)據(jù)列于表2,絕緣油特性試驗數(shù)據(jù)見表3,絕緣預(yù)防性試驗數(shù)據(jù)見表4。表2采樣數(shù)據(jù)單位人/LH2CH4C2H6C2H4C2H2COCO2637.41.8176.24303900表3絕緣油特性試驗數(shù)據(jù)酸值-1/mgKOH,g電

33、阻率/Qm含水量/山/L表向張力-2/Nm電壓等級/kV擊穿電壓/kV介質(zhì)損耗因數(shù)(tanS70C)/%0.1951.5x101033.5-320x1011039.51.75表4絕緣預(yù)防性試驗數(shù)據(jù)(T=33C)測試位置直流電阻/Q絕緣電阻/MQ泄漏電流/火介質(zhì)損耗因數(shù)tanN%R15R60高壓側(cè)AO:0.312020040080.6BO:0.31282002050.5CO:0.31322004000.6中壓側(cè)AmBm：0.05952200300120.7BmCm：0.059582003000.7CmAm:0.059552003000.7低壓側(cè)ab:0.00264413020080.7bc:0.

34、0026561302000.7ca:0.0025751302000.7氣體色譜分析：H2含量超過正常值，C2H2含量和總?cè)己慷汲^正常值，三比值為102,結(jié)論為高能量放電。分析外部檢查、絕緣油特性檢查結(jié)果，認為是變壓器內(nèi)部異常。TFDES診斷：根據(jù)氣體色譜分析、外部檢查、絕緣油特性試驗、絕緣預(yù)防性試驗的結(jié)果，認為變壓器內(nèi)部異常，故障性質(zhì)為高能量放電。本專家系統(tǒng)建議：立即停運，進行內(nèi)部檢查。TFDANN診斷：BP1模塊的輸出丫4=1.0000,其余各位輸出為零，說明電弧放電。BP2模塊出丫9=0.9998,其余為零，說明高能量放電。BP3中丫13=0.9013,顯示絕緣油性能良好。BP4中丫1

35、6=1.000,說明外部正常。綜合分析結(jié)論：變壓器內(nèi)部異常，故障性質(zhì)是高能量放電，故障部位定為繞組擊穿?，F(xiàn)場專家處理意見：停運吊心檢查。檢查結(jié)果為繞組故障。七、變壓器局部放電在線檢測過程中的干擾及抑制1、現(xiàn)場存在的干擾由于局放信號很弱，而現(xiàn)場的干擾很強，有時干擾信號比局放信號強23個數(shù)量級，因此如何有效地識別信號和抑制干擾，獲得可靠的局放信號就成為局放在線檢測中的重要課題。一般現(xiàn)場的干擾有以下幾種：1）變電站的線路或其他鄰近設(shè)備的電暈放電和內(nèi)部的局部放電干擾，為脈沖型干擾信號；2）電力系統(tǒng)載波通訊/高頻保護信號以及無線電廣播的干擾，為連續(xù)型的周期性干擾信號；3）斷路器，雷電及電機起停等引起的隨

36、機型脈沖干擾；4）繞組熱噪聲，地網(wǎng)噪聲及測量系統(tǒng)的隨機噪聲，為隨機型噪聲干擾；2、識別干擾的基本依據(jù)局部放電試驗的干擾是隨機而雜亂無章的，因此難以建立全面的識別方法，但掌握各類放電時的時間、位置、掃描方向以及電壓與時間關(guān)系曲線等特性，有助于提高識別能力。1）掌握局部放電的電壓效應(yīng)和時間效應(yīng)。局部放電脈沖波形與各種干擾信號隨電壓高低、加壓時間的變化具有某種固有的特性，有些放電源（干擾源）隨電壓高低（或時間的延長）突變、緩變，而有些放電源卻是不變的，觀察和分析這類固有特性是識別干擾的主要依據(jù)。2）掌握試驗電壓的零位。試品內(nèi)部局部放電的典型波形，通常是對稱的位于正弦波的正向上升段，對稱地疊加于橢圓基

37、線上，而有些干擾（如高電位、地電位白尖端電暈放電）信號是處于正弦波的峰值。認定橢圓基線上試驗電壓的零位，也有助于波形識別。但須指出，試驗電壓的零位是指施加于試品兩端電壓的零位，而不是指低壓勵磁側(cè)電壓的零位。目前所采用的檢測儀中，零位指示是根據(jù)高壓電阻分壓器的低壓輸出來定的，電阻分壓器的電壓等級一般最高為50kV。根據(jù)高電位、地電位尖端電暈放電發(fā)生在電壓峰值的特性，也可推算到試驗電壓的零位，只要人為在高壓端設(shè)置一個尖端電暈放電即可認定。高壓端尖端電暈放電的脈沖都嚴格地疊加于正弦波的負峰值。圖18橢圓基線掃描方向識別（即反3）根據(jù)橢圓基線掃描方向。放電脈沖與各種干擾信號均在時基上占有相應(yīng)的位置映正弦波的電角度），如前所述，試品內(nèi)部放電脈沖總是疊加于正向（或反向）的上升段，根據(jù)橢圓基線的掃描方向，可確定放電脈沖和干擾信號的位置。方法是注入一脈沖（可用機內(nèi)方波），觀察橢圓基線上顯示的脈沖振蕩方向（必要時可用X軸擴展）即為橢圓基線的掃描方向，從而就能確定橢圓基線的相應(yīng)電角度，如圖18所示。4）整個橢圓波形的識別。局部放電測試，特別是現(xiàn)場測試，將各種干擾抑制到