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大型变压器
大型变压器现场局部放电研究
撰写者姓名
工程领域
校内指导教师
校外指导教师
所在学院
论文提交日期
2015年09月24日
摘要
电力系统当中变压器作为输变电硬件设施而言,其绝缘效果对系统整体的运作安全与否起到了决定性的作用。
伴随市场经济的不断进步,电压方面相关设备也进一步升级,电力系统不断趋向于健全,局部放电也逐步演变为电力变压器绝缘效果不如从前的首要因素。
据科研结果显示,对系统繁复的大型变压器来说,放电量如何还不是唯一的造成绝缘变差的缘由,具体的放点方位其实也能起到一定的影响作用。
所以对变压器内在放电源的具体方位的探索分析便相当有必要。
撰写者在这篇文章中首先针对局部放电的学术理念和现阶段的科研情况做出系统剖析。
基于学术理论的有关分析,再联系相关研究数据,在此基础上阐述了当场试验的构思设计方案。
撰写者先是对该实验的科研背景进行了简略阐述,包括了实验预备环节的内容,与此同时针对实验必备的硬件设施及有关仪器的参数加以阐述,采取作图的方式直观展示出实验细节及数据结果所选取的评估指标。
对于当场实验里的一些误差成因,撰写者也进行分析并采取了较合理的处理措施,因而最后的效果从符实角度讲有所改进。
依照实验最终的数据结果显示,针对变压器参数加以评估而且面向具体问题进行具体方位的断定、解决,同时进一步印证了局部放电科学研究的必要性,在此期待这篇文章会为今后该领域的研究发展做出参考贡献。
关键词:
局部放电;电力变压器;试验方法
ABSTRACT
Transformerpartialdischargemeasurementisthemajorprojectsofthetransferofpowerconstructionandpreventivetrials.Thiswillcombinethetransformerpartialdischargetestofpowerengineeringinrecentyearsandanalyzethemethodsanddatatoexploretheofpartialdischargetestingofpowerengineeringtransformer.
Thispaperintroducesthebasicconceptsofpartialdischarge,introductionthemeaningandthedevelopmentofpartialdischarge.Analysisthecausesofpartialbinedwiththestructuraloftransformertoanalysispartialdischargeoccursinsidethetransformeralltheweakparts.Analysisofdischargeformthedestructionoftheinsulation,thusfurtherclarifytheimportanceofpartialdischargetest.Thenonthebasisofthemeaningofpartialdischargetoreviewofthedevelopmentofpartialdischargedetectiontechnology,introducedavarietyofconventionaltestmethods.Onthebaseoftheoreticalanalysis,thecombinationofon-sitepartialdischargetestingfeaturesdetailsthefieldtestprogram.describedpartialdischargetestmethodsandtheimportancebyFurtherexperients.provideavaluablereferenceforfuturefieldtrials.
Keywords:
partialdischarge;powerengineeringtransformer;testmethod
第一章绪论
1.1选题来源和研究背景
容量较大的高压变压器伴随电力体系的不断进展,早已广泛应用在诸多发电厂、变电站中。
并且变压器的安全度也日益得到重视,毕竟倘若其存在隐患问题,电力部门将遭受较严重的损失,甚至影响到整个电力系统的运作。
这当中,电能输出其实是非常主要的一个环节,可能导致电能出现潜在损失,与此同时,也可能有爆炸以及严重事故隐患,这对周边居民的安危来说也是十分不利的。
绝缘的周期范围伴随局部放电的发展而不断缩短,不但会导致变压器无法健康运作,也将对一些仪器等硬件设施带来严重损伤。
那么作为电力体系工作的核心设施,变压器的性能被放在了关键位置上,对整个电力系统各环节工作环境都会产生深远的影响。
对变压器设施采取局部放电试验,不但可以有效评估变压器的绝缘性能是否良好,也将为识别和规避在装载过程当中的不良征兆做出贡献,并将出现问题的位置锁定出来。
所以,针对变压器实施局部放电实验,也属于在电力机械生产过程当中不可小觑的关键步骤。
1.2文献综述
纵观世界范围内,电力研究部门早已觉察到变压器的局部放电现象可能带来的负面影响,同时采取了分析及试验办法来进行研究。
局部放电实验的主要方式有电气测量法与非电测法,电气测量法一般为脉冲电流法、无线电干扰法、超高频UHF、介质损耗分析法之类的局部放电实验法,而第二种一般为声控测法、光波测法与化学试验法等局部放电实验法,现阶段在变压器的局部放电实验里面这些方法均有所运用。
1.2.1国外研究现状
现阶段,其他国家都在努力探索超高频(UHF)局部放电实验方法,该方法主要的特征在于,局部放电时电能输出脉冲将对外辐射频带超高的(高达几吉赫)高频电磁频率,那么就会将噪声信号排除在外,从而达到对噪音频率的控制和排除,而且也能够完整模拟局部放电脉冲信号。
此实验方法属于全新的局部放电实验学术概念,其起步较晚,存在超强的抵御电磁频率的性能、敏捷度好、使用频带超高等优势特征,而被广泛运用于变电站当场的变压器局部放电实验工作。
不过关于该方法收到频率的具体判断以及指标等方面还都处在科研时期。
微带天线感应器也属于该类传感器,在监察电力系统的缆线、闭合式组合电器、电力变压器等硬件设施的局部放电方面,早已使用过微带传感器,在做当场试验的过程当中,发现其具备很好的抵御干扰能力,能够准确得到实验样本本身的局部放电电波,不过微带天线感应器在现阶段还处于科研时期,同时其对操作流程的要求非常高,到现在来说,现实操作中达到其要求也并不容易。
在局部放电的同时,往往伴随着热、化学、光以及声的反应之类。
对局部放电进行试验和检测,呈现出非电量的监测效果,这里面运用了远红外实验法、生化试验法、光波以及声波试验法等。
较电试验法而言,此类非电试验法具备了和实验样本自身的电容毫无关系、可以完全抵抗妨碍的优势条件。
自上个世纪九十年代以来,发达国家提出了全新的试验监测方式:
声一光试验法。
这种方法将声波试验法与光纤科技联系起来,从而实现了更好的成效。
局部放电的过程中出现的声波将令其装置在周围的光纤感应设施的本质发生改变,并对光纤传感器所输出的光波频率做出调整,依照输出频率的变换趋势将其转变为局部放电的形状。
比方说现阶段的生产过程当中,是把光纤传感器装置在变压器结构里,当变压器的结构内部呈现出局部放电的现象时,紧接着就会出现超声波,且超声波会对外扩散,声波将对光波形成机械上的负压,促使光波趋势出现变化,从而令光波的角度频率与波长呈现出变化,依照光纤感应器变化的光波形势,变换成局部放电的波形,从而对局部放电的位置进行把握。
发达国家在运用声测法进行研究的基础上做出很多相关贡献。
中间物质出现局部放电的时候,所生成的电能也使得周边的介质升温,同时导致沸腾,在此反应过程当中,对于外围呈现出声波,局放源也等同于发声源,通过试验此声波来监测局部放电的实验也被视为声测法。
若想较准确地把握局部放电的声波频率同时将其转换成电波频率的话,选用精准有效的感应器才是最主要的。
一般来说声波感应器有适用于液态介质的音频传感器;以及适用于固体物质里的震频探测器与声波输出感应器;适用于空气里的一些扬声器话筒等。
声测法的硬件设施在当场使用的时候被周围因素干扰加上其本身的局限,以及变压器周围的电晕放电、风扇、设备震动等都将导致试验结果出现误差。
同时声波在输出的过程不断变弱、变形,让其无法体现出局部放电电量的大小,所以在实践过程中应将声波实验和电波试验结合起来。
1.2.2国内研究现状
现阶段国内变压器局部放电试验一般来说会选择脉冲测电流,脉冲测电流是现阶段得到广泛运用且具备了较高技术水准的一种措施。
其通过介质呈现出局部放电而导致负荷迁移来使得介质周围电极端的电压呈现出变动并出现脉冲输出电流,通过监测该脉冲电流来检测放电电量的数额。
IEC(全球电工联合会)面向脉冲测电流编制出有关指标(IEC-270),该指标针对工频交流输出电压的局部放电的具体实验方案划定了标准,而且其适合于直流前提的局部放电试验。
现阶段对该种方法的探索早已发展到较深程度,该方法对局部放电加以试验监测也早已被广泛应用。
所以该方案的监测敏锐度非常精准,同时能够精准地核对放电的电量,外加高频监测阻抗技术的深入发展,使其能够同时非常精准地体现出局部放电脉冲电流的具体形势,所以在局部放电原理分析、实验室检测过程中显示出其实用价值。
不过周边因素的干扰令脉冲测电流的最终数据存在偏差,当场操作的时候导致敏锐度和精准度有所下调,所以在当场操作的时候数据精准度会受其影响而存在较大误差。
无线电影响电压法是监控电晕输出电能的时候扩散至周围的电磁频率,通过无线电影像电压表来判断局部放电是否得到呈现。
现阶段在国内采用射频传感器来探测放电能量的情况,也被称之为射频试验法,该种试验所采用的传感器为射频天线感应器、电容感应器以及罗氏(Rogowski)线圈电流感应器等。
该方法能够探测出局部放电的具体发生状态,依照探测频率的高低以及电极端、无屏蔽层的电缆线进行关于局域性放电的方位判定。
通过罗氏线圈感应器装载和使用更加简便、硬件设施框架也得到简化,试验敏锐度好、频带宽(1~30MHz),同时能够探测出输出电能的强弱程度,这些优势使得国内规模较大的发电机、变电站、GIS之类的高压设施的在线检测实验里已有一定比例的应用。
1.3本文的主要工作和研究内容
撰写者在此以规模较大变压器的局部放电检测为科研样品对局部放电检测环节中的具体设计方案、干扰规避、频率辨别、局部放电方位设定、当场操作措施加以阐释,同时对当场试验的传统以及非传统的局部放电加以分析。
撰写者的课题研究基本按照以下步骤进行:
(1)浏览文献,归纳出导致变压器局部放电的具体成因,概括出较大规模变压器所导致局部放电的具体内部框架和和成因。
(2)总结较大规模变压当场局部放电的试验硬件设施、具体设备的特点,并归纳电压调整器、补偿电抗器的方案构思、以及操作准则。
(3)针对变压器的局域放电试验的回路探测加以分析,测出具体电器设备的参数、操作形式针对局部放电试验的影响。
(4)探究分析较大规模变压器当场局部放电频率区分的具体方案措施,联系具体案例构思出吻合当场局部放电试验的干涉排除方法。
(5)以当场所得的试验数据为案例,对比、衡量以及归纳环节里大型变压器局放的具体特征和区分措施。
第二章相关理论分析
2.1局部放电
2.1.1局部放电定义
在GB/T7354-2006《局部放电试验》里对局部放电做出这样的诠释:
局部放电通常指的是导体绝缘部分只被搭建的电气释放电能,该放电过程能够在导体周围呈现,另外疏远导体也能够产生。
针对电力变压器的制作环节导致的缝隙绝缘问题,在磁场较强的状态下,缝隙绝缘首先将被冲击并释放电能,倘若此类现象出现较频繁,不断被冲击、消失,然而其边上的绝缘未被影响,那么我们就认为造成局部放电的途径尚未构成。
换句话来说,绝缘物质中间的某些部分被冲击后存在漏洞反应也被称之为局部放电。
变压器在生产的时候存在的绝缘缝隙,绝缘液态油体在尚未处理好的空气里,或者在硬件设施内部端部位,都较容易呈现出局部放电方位。
顺着介质外围产生的放电、变压器内在层压材料的放电、内在树枝爬电等,都属于变压器局部放电的范畴。
局部放电可以被分为外表局部放电以及内在局部放电,分别指的是出现在变压器绝缘体的外围、结构以内方位的局部放电反应。
在电力设施局放反应的科研过程中,电晕也属于较关键的一种反应。
这种反应通常会出现在被空气所覆盖的导体四边,尤其是在不均匀的磁场强度的环境下,让四周空气呈现出了电离。
(1)电气系统变压器局部放电的下列几种类型:
①辉光放电,是一种非脉冲型局部放电
②火花放电,属于脉冲型局部放电
③亚辉光放电,存在较低震幅的扩散型脉冲,是一种上述局部放电的边缘状态;
(2)绕组内在结构局部放电大体有这样几种类型:
①在绕组以内的冲击油-纸屏障绝缘体内油通道;
②绕组电极油途径冲击穿透;
③紧贴着绝缘导线与电工纸(导线绝缘、连接绝缘、中间绝缘)的油缝隙穿透;
④线圈内纵绝缘油途径穿透;
⑤绝缘纸板围等的枝杈局部放电;
⑥别的固体种类的绝缘爬电;
⑦绝缘内渗透的别的金属物质的局部放电等。
2.1.2产生原因
导体互相之间绝缘只被局部搭建的电气放电,也被叫做局部放电。
此局部放电能够在导体物质周边发生同时远离导体周围发生。
出现在空气边缘的局域性放电被视作电晕放电,出现在表层的则被视为表层局域性放电,出现在结构内的被视为内在结构局部放电。
电力变压器的不同部分所承载的磁场强度往往不是匀称的,固态以及液态绝缘的使用也能够让局域性磁场的强度增加,而较大规模的变压器在生产、装载、工作过程中将余留下空气以及掺杂物质,造成此局部结构的磁场强度减弱。
局域性磁场的提升以及部分绝缘效果的减弱,也将促使此结构内的冲击性磁场强度较平均磁场强度要低。
在电压的工作效果下,此局域结构首先出现局部放电,同时另外的结构还是维持着较好的绝缘状态。
电力系统在构思制作、工作过程中对局域性发电磁场的强度提升的现象都有所参照,所以局域性绝缘问题是电力系统局部放电的核心因素,空气体局部放电较为常见。
2.2大型变压器现场局部放电的影响和危害
规模较大的变压器往往选择油浸式,介电系数较高的油浸纸与介电常数略低的绝缘油组合成其主、纵绝缘。
较长时期的局域性放电也将促使油、纸降解、分裂;局域性较高的温度也将促使绝缘纸与油体呈现出过热老化现象;局域放电产生新气体,局域性温度的上升也将造成缝隙的热气膨胀、从而使外形出现变化,并且造成新的局部放电出现,本身的局域性放电也会加剧。
实践向我们证明了局部放电的反应是变压器呈现出绝缘穿透的主要成因。
在电磁场的长时间反应之下,由于局部放电出现的绝缘效果不断恶化,也被视作电老化。
电老化的运作道理比较繁复,其涵盖了局域性放电造成的一些物理以及化学的反应,较大规模的变压器内局部放电的负面影响大体上有下列几种。
通过电极注入的电子以及在局域放电的时候正负电离子,在电磁场的反应之下,也将提升速度,所积攒下来的能量也将达到10eV之上。
变压器里的变压器油、绝缘纸是由存在不同键能的化学键组合而成的碳氢化合物分子来构成的,其键能仅仅有若干电子伏,比方说C-H键能代表着3.5eV,C==C键能是6.2eV。
所以,当诸如此类的介质冲击至缝隙壁的时候,将潜在地对绝缘体的化学键能构成破坏,从而导致降解,有损绝缘体的内在化学框架。
放电方位的介质也将自动升温。
在较大规模变压器内,绕线的电匝通过绝缘纸来绕线,绝缘纸和油体构成油纸联合绝缘,绝缘纸作为多孔材料,也在绕包的环节当中无法杜绝有空气气泡的情况,当线圈稳定成型之后,也将通过抽真空的罐实施真空晾干,泡在油体里面处理,从而排泄出绝缘纸内和绝缘纸与线圈边缘的空气。
倘若绕包不到位或油体浸泡不到位,那么将在变压器的绕组的周围存留缝隙导致气体渗透。
通过以上解析我们不难发现,变压器在工作的过程中,空气的缝隙将存在局部放电的可能性。
局部放电也将在空气漏缝的结构里自动升温。
局部温度的提升,也将促使互相之间的线圈局域性温度有所上升,在温度上调的与此同时,线圈内部的内阻率有所上调,周围拥有局部放电的线圈的内阻也将提升,此部分线圈的热度有所增高,伴随局域性部分的温度增高,导体的内阻率也将不断提升,从而造成不良循环的加剧。
局部温度的不断提升,会同步提升绝缘介质的能量消耗,同时促进绝缘介质被空气氧化以及降解,油体因为对流的反应原理也将在变压器结构内疏通,那么接下来,新油体也将源源不断的流到局部放电的始发位置,所以热反应也将不明显。
不过绝缘纸也将在不断升温的前提下呈现出热裂解、氧化裂解,造成介质的损失更多,绝缘的效果也存在下调。
在局部放电的反应当中,将产生诸多活性后续产物,比方说O3.NO,NO2,这些活性气体也将对介质存在氧化剂的作用,而且有可能和水分等杂质形成化学反应,再度损害绝缘介质的化学性质。
比方说臭氧,在具备水分条件时容易生成硝酸、草酸等,此类化合产物进一步和绝缘纸产生腐蚀反应,对其绝缘效果也将有所负面影响。
2.3本章小结
此章针对局部放电的具体机理进行了详细阐述,同时对相关过程简单地做了说明介绍,主要介绍了局部放电针对较大规模变压器绝缘的必然性。
针对变电站变压器控制局部放电的相关方案加以列举,并针对导致局部放电的具体成因进行了详细分析,从而为今后研究变压器问题定位带来参考价值。
第三章大型变压器现场局部放电检测的方法
3.1局部放电的测量方案
3.1.1测量原理
变压器的绝缘系统非常繁复,局部放电产生于内部的成因也不少,构思方案上的不合理,局部磁场的强度过高,制作流程的任何故障都将导致绝缘体存在气体缝隙,使得在运行过程中油体劣化生成空气,自动振动与气体压缩导致部分出现裂变并有空气出现。
在该情形之下,在周围施加电压都将呈现出局域性放电现象。
倘若有局部放电现象出现,放电会不断发展,最终导致绝缘僵化,如果非常严重将导致绝缘受到冲击甚至穿透。
(a)探测内阻和祸合电容器的串联电路之回路,(b)探测内阻和试验样品的串联回路,(c)均衡状态下的回路
Zf一高压滤波器Cx一样本等效电容Ck--藕合电容器Zm—探测内阻抗
Z一调平衡构件
在测试的电压下,样本的工作频率电容电流逾越了探测阻抗Zm的可行范畴,则通过以上(a)的探测回路
在测试的电压下,样本的工作频率电容电流达到探测阻抗Zm的可行范畴的时候,则使用以上的(b)检测回路
在检测电压下,以上(a)、(b)检测回路存在较高的干扰频率时,则采用上述(c)的检测回路
放电量容量的核对标准的运作机理在于:
以幅值为U0的波频流经串联小电容C0注入实验样本端口的时候,这个时候的注入电荷公式是:
Q0=U0C0
直接核准:
把获知的电荷容量Q0注入实验样本的极端被视为直接校准
直接校准接线
间接核对:
把已经得出的电荷量Q0注入探测内阻抗Zm的端口也被视为间接核对
间接校准接线
3.1.2测量技术分类
局部放电的反应将夹杂声、光、电、热还有化学降解之类的物理反应,通过此反应过程我们可以对局部放电进行探测检验。
脉冲测电流、超声波法、气相图谱法、震频波法、超高频法之类的诸多试验方案皆能够探测出局部放电的实验效果〔对于生成的不同特征都有相应的探测方案,后文会对此再做详细的解释〕。
总而言之,局部放电的试验基本上可以分成电测法与非电测法两大类。
后者往往被应用于局部放电的方位判断上,而前者在量化的检测试验中将获取较为敏捷的额度,所以普遍被用于电力体系电气硬件设施的探测试验里。
从下图中可以看出,局部放电实验方案的种类大致分成这样一些内容。
局部放电检测技术分类
(1)电测法
①脉冲电流法
脉冲测电流的实验方案也等同于变压器结构以内的局部放电所生成的刹那电压的极端部位,这个时候采用耦合电容,探测内阻抗的容量,从而获取到了脉冲电流,该脉冲电流对应的是局部放电,在信息处理之后能够获取变压器以内的局部放电反应的参数,此为现阶段普遍采用的措施,这种方案的敏捷度非常好,非常有助于信息的量化加工,所以此方案具备了很广泛的实用价值。
这当中也要数高频脉冲测电流的适用性最好。
此措施也是采取连接耦合电容导出试验阻抗的办法,通过这一步骤得到的脉冲电流与试验样本极端的电压,来探测变压器局部放电反应当中的各参数。
在探测过程中,采取核对波频输入来充电的办法,探测变压器输出管道尾端屏接地线、外壳连接地线、中性点接地线、金属丝接地线与绕组中局部放电反应所导致的脉冲电流,从中得出视在放电容量。
脉冲测电流在先阶段也属于实用价值非常好的试验探测方案。
在电力系统的交接性反应过程中,得到普遍应用的是脉冲测电流。
不过关于该方法的缺陷要不断地进行系统科研分析,同时采取相应的具体措施和手段。
第一,该措施抵御干扰的效果较低。
对于工作当场较为繁复的周边环境而言,往往由于周边的电场、磁场、以及一些施工方面的影响,从而没有办法得到精准的信息,导致了变压器在工作之后,放电反应的时刻检验。
第二,电容器的弥补故障是较大规模变压器在放电反应的过程当中需应当格外注意的。
最后,因为探测内阻抗与放大仪器针对试验的敏锐度、精准度、辨别率还有动态领域等皆存在负面作用,所以假如样本的电容量略微大的时候,就被耦合阻抗所制约,探测设施的操作敏锐程度得到了一定程度的制约和限制。
哪怕存在各种故障亟待完善以及健全,脉冲测电流还是非常受青睐,其普及程度也很高。
②无线电阻挠电压法
电测法还有RIV法,也就是无线电阻挠电压法。
它通过无线电获取信号的方法获得局部放电所辐射的特殊指定的频带的极高频频率,在处理之后,用作判断局部放电的反应以及效果程度,该方案在发达国家得到较广的认可和应用,在变压器局部放电略强的情况下判断出错的情况会被尽可能地减少,不过在水准较低的局部放电状态下阻扰就非常频繁了。
局部放电也将存在无线电干扰的现象,其实这在以前已经被人们发现并且采取措施予以掌控了。
比方说通过无线电电压阻挠仪器来探测由局放针对无线电通信设施以及无线电制约而导致的干扰,同时已编制了具体检测的相关指标。
选用RIV图表来探测局部放电的电流线路和脉冲测电流的电流线路非常类似。
而且,也能够通过一个获取信号的线圈来获取被局部放电输出的电磁频率,针对不一样的检测目标与周边环境的差异,在选择频放大设施的时候选取有差异的主导频率(由几万赫兹至数十万赫兹),从而得到最高比例的信噪比。
RIV法也被称为射频试验法,因为它通常使用射频感应器来进行探测试验。
国内相关学者在其他国家这一领域研究成果的前提下构思了适用在较大规模电力机械设施局部放电在线探测监控的宽频电流感应器,其实用价值还是很高的。
同时伴随滤波科技手段的不断提升,该感应器在较大规模变压器在线探测当中的普及度较高。
③极高频法
极高频指的是通过极高频感应器获得变压器结构里局部放电呈现出的极高频电磁频率,实施局部放电试验,同时对于干扰有所预防。
变压器在任何一次局部放电的过程中皆为正电荷与负极相抵消的过程,伴有急剧电流脉冲,同时向周边发射电磁波。
极高频试验法作为现阶段渐被认识和掌握的探测局部放电量的方案,也有不足之处。
比方说,视在放电量的没有具体判定方法,没有办法和领域认可的局部放电指标吻合,由此断定仪器设施局部放电是否达标。
仅由现阶段的科学研究成果来说,难以说明脉冲测电流与局域性放电极高频探测
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