DL-T 1807-2018 油浸式電力變壓器、電抗器局部放電超聲波檢測與定位導(dǎo)則

油浸式電力變壓器、電抗器局部放電超聲波檢測與定位導(dǎo)則2018-04-03發(fā)布2018-07-01實(shí)施國家能源局發(fā)布前言 Ⅱ1范圍 12規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義 4檢測儀器要求 25局部放電超聲波檢測 26局部放電超聲波信號(hào)特征及分析 47局部放電聲源定位 4附錄A(資料性附錄)超聲波信號(hào)及其傳輸特征 6附錄B(資料性附錄)定位算法 附錄C(資料性附錄)報(bào)告參考模板 附錄D(資料性附錄)典型案例 參考文獻(xiàn) 本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2009《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫》的要求編寫。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草單位：國網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司、內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院、國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院、中國電力科學(xué)研究院、國網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院、國網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院、國網(wǎng)陜西省電力公司電力科學(xué)研究院、國網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院、廣州西門子變壓器有限公司、吳江變壓器有限公司、江蘇華鵬變壓器有限公司、合肥ABB變壓器有限公司。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：劉詣、車傳強(qiáng)、王偉、張淑珍、魏本剛、陸云才、徐靖東、邱進(jìn)、沈煜、本標(biāo)準(zhǔn)在執(zhí)行過程中的意見或建議反饋至中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化管理中心(北京市白廣路二Ⅱ油浸式電力變壓器、電抗器局部放電超聲波檢測與定位導(dǎo)則本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了油浸式電力變壓器，電抗器(以下簡稱變壓器入局部放電超聲波檢測定位的檢測儀準(zhǔn)。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本標(biāo)準(zhǔn)。DL/T417電力設(shè)備局部放電現(xiàn)場測量導(dǎo)則超聲波信號(hào)到達(dá)時(shí)刻與某個(gè)參考時(shí)刻的時(shí)差，一般設(shè)定某個(gè)通道的超聲波信號(hào)到達(dá)時(shí)刻為參考信號(hào)、3個(gè)通道超聲波信號(hào)進(jìn)行定位。電信號(hào)可以由局部放電脈沖電流檢測法、高頻脈沖電流檢測法、1利用各通道超聲波傳感器之間超聲波信號(hào)相對(duì)時(shí)延進(jìn)行定位的方法，一般需要至少4個(gè)通道超聲b)溫度范圍：-20℃~75℃。c)靈敏度：大于一40dB(參照10V/Pa,由面對(duì)面的超聲測試確定)。a)每通道采樣速率不低于1×10?次/s。b)應(yīng)具有波形顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)導(dǎo)出回放分析功能。c)應(yīng)采用可充電電池供電，連續(xù)使用時(shí)間不小于4h。a)檢測通道不少于4個(gè)(更多檢測通道的系統(tǒng)具有更高的檢測效率和可靠性)。d)具有波形顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)導(dǎo)出回放分析功能，可連續(xù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)間不少于12h,具有能5.1.1局部放電超聲波檢測及定位在變壓器運(yùn)行或由試驗(yàn)電源施加電壓時(shí)進(jìn)行，檢測時(shí)的安全工作規(guī)5.1.4宜在變壓器油中溶解氣體分析、常規(guī)局部放電試驗(yàn)、高頻局部放電檢測等手段發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)可2e)被檢變壓器的概況(型號(hào)、額定電壓、額定容量、編號(hào)、冷卻方式、室內(nèi)/室外等);5.2.1傳感器應(yīng)直接布置于變壓器箱壁上，不可在油箱加強(qiáng)筋、控制箱等部位布置傳感器，應(yīng)避免將5.2.2布置傳感器前應(yīng)在保持傳感面清潔的情況下將聲耦合劑均勻涂抹于傳感面上，宜使用能在變壓器工作溫度下保持較高黏度的耦合劑(如凝膠化甘油和硅潤滑脂)。5.2.4傳感器可通過磁鐵吸附或綁扎方式固定，傳感器固定應(yīng)牢固、穩(wěn)定；傳感器信號(hào)線纜應(yīng)合理安5.2.5傳感器布置完成后，進(jìn)行檢測前應(yīng)驗(yàn)證檢測儀器工作是否正常，通常采用敲擊箱壁5.3.1局部放電超聲波檢測可在變壓器運(yùn)行中或脈沖電流法局部放電試驗(yàn)中進(jìn)行，脈沖電流法局部放5.3.2在變壓器運(yùn)行中進(jìn)行局部放電超聲波檢測時(shí)，可從鐵芯、夾件接地線上通過穿心高頻電流傳感器檢測局部放電電信號(hào)，或采用特高頻傳感器檢測局部放電電信號(hào)。在局部放電電信號(hào)難以檢測或分5.3.3對(duì)變壓器采用脈沖電流法進(jìn)行局部放電試驗(yàn)時(shí)，局部放電電信號(hào)或超聲波信號(hào)均可作為系統(tǒng)數(shù)5.3.5在局部放電超聲波檢測時(shí)，如已檢測到明顯的局部放電電信號(hào)但未能檢測到超聲波信號(hào)時(shí)，應(yīng)5.3.7超聲波檢測需考慮干擾信號(hào)的影響，如油箱振動(dòng)、油泵及風(fēng)扇噪聲、現(xiàn)場電磁干擾等；需考慮35.3.9搜索信號(hào)時(shí)僅有一個(gè)傳感器能重復(fù)檢測到超聲波信號(hào)，應(yīng)調(diào)整另外的傳感器布置在該傳感器附通過超聲波傳感器檢測到的變壓器內(nèi)部放電產(chǎn)生的超聲信號(hào)波形，一般表現(xiàn)為呈指數(shù)衰減的振蕩波形；由于局部放電的周期特性，局部放電超聲波信號(hào)具有一定的重復(fù)性，參見附錄A。6.2.1局部放電超聲波信號(hào)幅值和視在放電量是局部放電的兩種表征形式，兩者之間不存在明確對(duì)應(yīng)6.2.2通常較強(qiáng)局部放電產(chǎn)生的超聲波信號(hào)幅值較6.2.4超聲波信號(hào)傳播路徑不同或超聲波信號(hào)傳播介質(zhì)差異，導(dǎo)致各傳感器收到的超聲波信號(hào)幅值和6.2.5局部放電超聲波信號(hào)與電信號(hào)一樣，符合施加的交流勵(lì)磁電壓的周期特性和相位特性，可結(jié)合6.2.6檢測到超聲波信號(hào)時(shí)，應(yīng)與變壓器運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)，變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)件松動(dòng)導(dǎo)致的異常聲響，油箱外部結(jié)構(gòu)件振動(dòng)，分接開關(guān)動(dòng)作，風(fēng)扇和油泵運(yùn)行時(shí)噪聲，異常天氣狀況如雨雪、風(fēng)沙等導(dǎo)致的油6.2.8可基于超聲波檢測和定位的歷史數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析，如分析對(duì)比超聲波信號(hào)的幅值變化趨勢(shì)、超聲波信號(hào)頻次變化和超聲波定位位置變化趨勢(shì)等，并結(jié)合其他診斷方法的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜6.2.9超聲波檢測時(shí)未檢測到信號(hào)的可能原因有：局部放電存在較長時(shí)間的間歇性，檢測時(shí)未發(fā)生明7.2定位計(jì)算前，在收到超聲波信號(hào)的區(qū)域應(yīng)增加傳感器進(jìn)行檢測，各傳感器間距不宜小于0.3m,可7.3進(jìn)行局部放電定位的方法分為電-聲定位法和聲-聲定位法。當(dāng)可以同時(shí)測量到局部放電的電信號(hào)7.4采用電-聲定位法時(shí)，需要至少3個(gè)超聲波傳感器均檢測到局部放電產(chǎn)生的超聲波信號(hào)，且局部放電電信號(hào)可分辨，可利用各傳感器檢測到的超聲波信號(hào)與電信號(hào)的絕對(duì)時(shí)延采用球面定位算法進(jìn)行定位。采用聲-聲定位法時(shí)，需至少4個(gè)超聲波傳感器檢測到局部放電產(chǎn)生的超聲波信號(hào)，可利用各傳感器檢測到的超聲波信號(hào)之間的相對(duì)時(shí)延采用雙曲面定位算法進(jìn)行定位。球面定位算法和雙曲面定位算7.5以檢測到超聲波信號(hào)的油箱區(qū)域附近顯著的結(jié)構(gòu)點(diǎn)如外箱沿、加強(qiáng)筋等作為參考原點(diǎn)，建立三維4會(huì)7.6將超聲波在變壓器內(nèi)部包括油、紙、紙板等介質(zhì)中的傳播速度用簡化的等效波速代替，綜合溫度和不同介質(zhì)對(duì)波速的影響，對(duì)于采用礦物油的變壓器通常取波速為1400m/s進(jìn)行定位計(jì)7.7變壓器可能存在多于一個(gè)放電點(diǎn)的情況，不同放電點(diǎn)產(chǎn)生的超聲波信號(hào)可通過各傳感器信號(hào)時(shí)延5(資料性附錄)在局部放電的過程中除了伴隨著電荷的轉(zhuǎn)移和電能的損耗之外，同時(shí)也產(chǎn)生了各種非電量的信息，如產(chǎn)生聲波、發(fā)光、發(fā)熱以及出現(xiàn)新的生成物等。當(dāng)設(shè)備發(fā)生局部放電時(shí)，在放電的區(qū)域中分子間會(huì)產(chǎn)生劇烈的撞擊，這種撞擊在宏觀上就產(chǎn)生了一種壓力，由于局部放電的脈沖特性，由此產(chǎn)生脈沖型的壓力波。在液體材料中，放電往往發(fā)生在液體含有的氣泡中，氣泡在放電時(shí)會(huì)爆裂，把大氣泡局部放電產(chǎn)生的聲波分兩類，一是氣泡或氣隙內(nèi)放電，其特征是均勻密集，如金中氣泡放電；二是介質(zhì)在高場強(qiáng)下游離擊穿，特征是間斷的大脈沖，如針對(duì)板放電，其聲發(fā)射頻譜更寬。在油紙絕緣中，不同類型和位置的放電產(chǎn)生的聲波頻譜是不同的，一般頻譜峰值在70kHz~150kHz范圍(屬于超聲波頻段),而變壓器各種振動(dòng)噪聲的頻譜一般小于65kHz。通過超聲波傳感器檢測到的變壓器內(nèi)部放電產(chǎn)生的超聲后呈指數(shù)衰減的振蕩波形。同一個(gè)局部放電源產(chǎn)生的超聲波信號(hào)，傳播到變壓器油箱不同的部位具有固定的時(shí)間，因此安裝在變壓器油箱壁不同位置的超聲波傳感器所收到的同一放電源信號(hào)具有固定的時(shí)延關(guān)系。但是由于超聲波信號(hào)的衰減、超聲波傳輸路徑的差別以及各種干擾信號(hào)的影響，可能對(duì)準(zhǔn)確識(shí)別超聲波信號(hào)的起始時(shí)間帶來困難。由于局部放電的周期特性，局部放電超聲波信號(hào)具有重復(fù)性。布置在變壓器油箱壁上一定區(qū)域的多個(gè)超聲波傳感器檢測到重復(fù)性的、時(shí)延關(guān)系一致的超聲波信局部放電超聲信號(hào)典型波形如圖A.1所示。6A.3超聲波信號(hào)傳播特性油浸式電力變壓器內(nèi)局部放電產(chǎn)生的超聲波信號(hào)向四周傳播，超聲波信號(hào)穿過不同介質(zhì)后到達(dá)變壓器油箱壁。將超聲波傳感器放置于油箱的不同位置，由于距局部放電源距離不同，超聲波信號(hào)的到聲波在油浸式電力設(shè)備內(nèi)的傳播模式如圖A.2所示，圖中B為位于油箱內(nèi)部A.2中從放電點(diǎn)B到傳感器C,超聲波信號(hào)存在直接傳播路徑BC和間接傳播路徑BD?C、BD?C等。傳感器放置在油箱壁上不同的位置就會(huì)得到不同的信號(hào)波形。沿直接傳播路徑的超聲波信號(hào)幅值衰減較小，信號(hào)傳播速度較低；沿間接傳播路徑的超聲波信號(hào)幅值衰減大，信號(hào)傳播速度較快。超聲波信號(hào)到達(dá)變壓器油箱后，雖然其頻率特性保持一致，而其傳播模式及傳播速度則發(fā)生了變化。超聲波傳播到油箱壁后會(huì)沿油箱壁傳播至傳感器，由于超聲波在金屬中傳播速度大于油中傳播速度，故以該傳播路徑傳播的超聲波可能會(huì)比沿油中直接傳播路徑更早抵達(dá)傳感器。所以采用超聲波在油中傳播速度并圖A.2聲波在油浸式電力設(shè)備內(nèi)的傳播模式度(voi)大約為1400m/s。當(dāng)發(fā)生角大于arcsin(voi/vsteel)時(shí)，就會(huì)發(fā)生全反射。這時(shí)，在位置C上的傳感器不能通過直接路徑BCb)變壓器中的復(fù)合路徑。變壓器中的聲傳播到傳感器存在許多復(fù)合路徑如BDC。在油中路徑BD?或BD?,聲波是以vou波速傳播的，而在油箱中聲波是以vsel沿D?C或D?C傳播。在所有這些復(fù)合路徑中，有一個(gè)聲波傳播時(shí)間最短的路徑。在這種情況下，聲波的臨界角a即折射H=BAX=AC7b)圖A.3a)所示的信號(hào)波形，表示傳感器所處的位置是在油中直接傳播的路徑區(qū)域內(nèi)，用這種波形的最大脈沖前沿作為時(shí)延進(jìn)行定位計(jì)算的精度較高。圖A.3b)所示信號(hào)波形，表示傳感器的位置可能離放電點(diǎn)的位置較遠(yuǎn)(不在直接傳播區(qū)域內(nèi))。因此，波形中第一個(gè)和第二個(gè)最大脈沖可能對(duì)應(yīng)于傳播路徑為BD?C和BD?C的傳播時(shí)間。如果依據(jù)圖A.3b)所示波形進(jìn)行時(shí)延選擇，其時(shí)延需要進(jìn)行折超聲波在不同的溫度下，通過不同媒質(zhì)的速度都不相同。表A.1列出了超聲波在幾種媒質(zhì)中20℃空氣礦物油油浸紙銅鋼氣體媒質(zhì)中聲波傳播速度在130m/s～1300m/s范圍內(nèi)，這與氣體分子的平均運(yùn)動(dòng)速度很接近。在礦物油中聲波傳播速度是隨溫度的升高而下降，變壓器的油溫每上升或減少1℃,超聲波的速度大約以5m/s的速度差而變化，通常取波速為1400m/s進(jìn)行定位計(jì)算。引線、圍屏、繞組端部絕緣、出線裝置放電好油流靜電好好好8分分好油中套管表面電弧/爬電、套管均壓球放電好差差繞組、鐵芯聞局部放電差品鼠9(資料性附錄)B.1概述對(duì)變壓器進(jìn)行局部放電超聲波定位，將超聲波傳感器吸附在變壓器油箱的不同位置，通過測量各傳感器通道的絕對(duì)時(shí)延或相對(duì)時(shí)延。將這些絕對(duì)時(shí)延或相對(duì)時(shí)延代入一系列滿足放電點(diǎn)和傳感器幾何B.2球面定位算法在某些環(huán)境條件下，可以同時(shí)測量到局部放電的電信號(hào)和聲信號(hào)，可以確定出電信號(hào)和聲信號(hào)之間的時(shí)差。進(jìn)行局部放電超聲波定位時(shí)，電-聲定位以局部放電脈沖電信號(hào)到達(dá)時(shí)刻作為各檢測通道超聲波信號(hào)的參考時(shí)刻，利用各通道超聲波信號(hào)與局部放電電信號(hào)的時(shí)間差進(jìn)行定位至少1通道電信號(hào)、3通道超聲波信號(hào)進(jìn)行定位。以變壓器的一個(gè)角為原點(diǎn)O(0,0,0)建立空間直角坐標(biāo)系，局放源用P(x,y,z)表示，各個(gè)傳感器分別用S?(xj,yì,z?),S?(x?,yz,zz),S?如果假設(shè)吸附在變壓器外殼上的傳感器個(gè)數(shù)為m,聲波在變壓器中的傳播程度為ve,從放電點(diǎn)到f,(x,y,z,v?)=(x-x;2+(y-y;)2+(z-z,)2-(vt)2=0,i=1,2,3,…,m其中，x,y,z對(duì)應(yīng)于放電點(diǎn)的位置坐標(biāo)，(x;,y,z?)對(duì)應(yīng)于第i個(gè)傳感器的位置。通過求這個(gè)非線性方程的解，就可以得到放電點(diǎn)的位置。其物理意義就是：放電點(diǎn)位于以各傳感器為球心，以ve·t為求解上面的方程，可使用最小乘法，設(shè)放電點(diǎn)到第i只傳感器的距離為d;(真值),t?的測量誤差為δ,則有令也可以采用其他方法進(jìn)行求解，例如牛頓法/阻尼牛頓法、最速下降法、共軛梯度法、變尺度法以B.3雙曲面定位算法需要至少4通道超聲波信號(hào)進(jìn)行定位。在現(xiàn)場進(jìn)行定位檢測時(shí)，所測到的局部放電電信號(hào)往往會(huì)受到強(qiáng)烈的干擾，在電信號(hào)不便于測量或難以辨識(shí)的情況下，就要用到雙曲面定位算法。雙曲面定位算法是在所有傳感器中，以第一個(gè)聲信號(hào)到達(dá)時(shí)刻作為參考時(shí)刻，通過測量后續(xù)到達(dá)的超聲波信號(hào)不同的傳播時(shí)間和傳感器的幾何位置，就可以進(jìn)行放電點(diǎn)位置計(jì)算，如果以第一個(gè)收到聲信號(hào)的傳感器作為參考傳感器，這樣第i個(gè)傳感器相對(duì)參考傳感器的聲波傳播時(shí)差t;-o就可以測得，各傳感器相對(duì)參考傳感器的聲波傳播時(shí)差就滿足雙曲面方程：t-t?=t-o,i=1,2,3,…,m-1(m≥4)……這里，t;是從放電點(diǎn)到第i個(gè)傳感器的聲波傳播時(shí)間，to是放電點(diǎn)到參考傳感器的聲波傳播時(shí)間。因?yàn)檫@種方法不需用到局部放電電信號(hào)，因此它不同于球面定位方法。對(duì)于雙曲面的定位方法，至少需要4個(gè)超聲波傳感器，采用更多的傳感器能夠得到更準(zhǔn)確的定位結(jié)果。電抗器/變壓器出廠編號(hào)出廠年月一/×××室內(nèi)/室外聯(lián)結(jié)組別一/×××C.3參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T7252變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則DL/T1807油浸式電力變壓器、電抗器局部放電超聲波檢測與定位導(dǎo)則C.5·檢測日期及環(huán)境檢測時(shí)間天氣℃%晴型號(hào)/規(guī)格設(shè)備編號(hào)【檢出局部放電缺陷】對(duì)××站一線C相高壓電抗器進(jìn)行局部放電超聲波檢測及定位。在電抗器油箱四個(gè)側(cè)面均勻布置傳感器進(jìn)行局部放電超聲波信號(hào)搜索及檢測。在C相電抗器中性點(diǎn)套管附近的油箱區(qū)域收到時(shí)差關(guān)系一致、重復(fù)出現(xiàn)的超聲波信號(hào)，結(jié)合油色譜分析數(shù)據(jù)，判斷電抗器內(nèi)部靠近中性點(diǎn)出線側(cè)的上夾件區(qū)域存在局部放電，定位結(jié)果及坐標(biāo)軸設(shè)置見試驗(yàn)報(bào)告附錄C.8.5。建議對(duì)定位結(jié)果及其附近的緊固結(jié)構(gòu)【未檢出局部放電缺陷】對(duì)××站一線C相高壓電抗器進(jìn)行局部放電超聲波檢測及定位。在電抗器油箱四個(gè)側(cè)面均勻布置監(jiān)測時(shí)間氫氣甲烷乙烷含量乙快乙烯5變壓器(電抗器)內(nèi)部發(fā)生局部放電的同時(shí)伴隨有相應(yīng)頻率特征和波形特征的超聲波信號(hào)。該超聲波信號(hào)可由故障點(diǎn)傳播到油箱外側(cè)。將超聲波傳感器貼于變壓器油箱外側(cè)，接收放電產(chǎn)生的超聲波信號(hào)，并由檢測系統(tǒng)對(duì)此超聲信號(hào)進(jìn)行記錄。在計(jì)算機(jī)控制下，讀取各傳感器收到的超聲信號(hào)的時(shí)間差；選定變壓器上的某一點(diǎn)作為參考坐標(biāo)原點(diǎn)，測量各探頭的位置坐標(biāo)；選定超聲波在油中的傳播速頻率范圍在70kHz～120kHz之間。b)聲信號(hào)的波形長度一般大于0.6ms,如果波形較短，則通常認(rèn)為是電磁干擾的影響。c)不同位置的聲傳感器所收到的信號(hào)具有一定的時(shí)延關(guān)系。根據(jù)實(shí)際高壓電器的尺寸和聲波在高立W023無圖C.4傳感器布置區(qū)域(高壓出線端子對(duì)面?zhèn)鹊挠拖?試子+圖C.5本次檢測典型信號(hào)波形圖C.8.5本次局部放電定位結(jié)果對(duì)檢測到的信號(hào)進(jìn)行定位計(jì)算，坐標(biāo)設(shè)置如圖C.6所示，圖C.6所示閥門位于圖C.7中中性點(diǎn)套管側(cè)油箱下部，0點(diǎn)為上節(jié)油箱加強(qiáng)筋底部，x軸指向高壓套管側(cè)，y軸方向?yàn)楦叨确较颍瑉軸方向指向電抗器內(nèi)部。C相電抗器定位結(jié)果在(x=0.45m～0.65m,y=3.20m～3.50m,z=1.00m～1.20m)范圍，建議根據(jù)超聲定位及油色譜分析結(jié)果，對(duì)定位區(qū)域及其附近的緊固結(jié)構(gòu)件或其他可能缺陷部位進(jìn)行分析和檢查。圖D.1局放圖(下部左邊為局放波形)通道四通道四通道一通道二圖D.3為測量的一組波形圖，其中1～5通道為超聲探頭收到的聲信號(hào)，6通道為中壓的局放測量的電信號(hào)，電信號(hào)清楚。圖D.4的6個(gè)通道都為超聲信號(hào)。圖D.5為采用雙曲面進(jìn)行定位計(jì)算。+圖D.3聲電信號(hào)圖(1～5通道為聲信號(hào)，6通道為電信號(hào))+圖D.4超聲信號(hào)圖(6個(gè)通道都是聲信號(hào))多組測量波形顯示，各通道之間的超聲信號(hào)時(shí)差和聲電進(jìn)行了精確計(jì)算，計(jì)算結(jié)果一致，定位坐標(biāo)集中在(0.6m,0.95m,0.66m)直徑0.2m球體內(nèi)，結(jié)合變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，該聲源位置為中壓繞組上下連線與下部水平連線的轉(zhuǎn)角連接處，可能為變壓器內(nèi)部局在制造廠內(nèi)打開中壓引線上下連接線下部轉(zhuǎn)角