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1、電力變壓器檢測技術(shù)研究摘要： 局部放電測量是目前測試電力設(shè)備特性、發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部缺陷、預(yù)防設(shè)備故障的一種非常有效的手段。為滿足現(xiàn)代電力企業(yè)的需求，超高頻法、超聲波法、油色譜法等許多局部放電在線檢測技術(shù)得以發(fā)展，并在現(xiàn)實中得到應(yīng)用。本文介紹了北京市電力公司主變壓器局部放電在線檢測技術(shù)的應(yīng)用研究，對局部放電的測量技術(shù)進行了分析，積累了大量數(shù)據(jù)、樣本和經(jīng)驗，給出了技術(shù)應(yīng)用的兩個典型案例，介紹了DMS超高頻和TECHIMP高頻兩種先進技術(shù)方法的典型典型圖譜。建立多種局部放電在線檢測方法合理搭配的聯(lián)合診斷方法，為未來電力設(shè)備在線檢測方法發(fā)展提供指導。關(guān)鍵詞: 變壓器， 局部放電， 在線檢測 ，高頻， 超高

2、頻ABSTRACT ：Partial discharge measurement is the current test power equipment characteristics, the equipment is found not to internal defects, prevention of equipment malfunction a very effective method. To meet the needs of modern electric power enterprises, uhf method, ultrasonic method, oil chroma

3、tographic method etc many partial discharge on-line detection technique to development, and has been used in reality. This paper introduces the Beijing electric power company main transformer partial discharge on-line detection technology application research on partial discharge measurement technol

4、ogy is analyzed, accumulated the massive data, sample and experience, gives the technical application of two typical cases, introduces DMS uhf and TECHIMP high-frequency two kinds of advanced technology method of typical typical mapping. Build multiple partial discharge detection method is rational

5、collocation of online joint diagnostic methods, electric equipment for the future development of on-line detection methods provide guidance. KEYWORDS: transformer, partial discharge, on-line inspection, high-frequency, uhf目 錄第一章引言61.1選題背景和意義61.2文獻綜述61.3本文的主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排11第二章局部放電與變壓器局部放電的測量122.1局部放電概述122.

6、2變壓器局部放電測量方法17第三章北京市電力公司局部放電在線檢測技術(shù)193.1空間電磁波頻譜測試技術(shù)193.2 POCheck高頻局放監(jiān)測技術(shù)213.3地電波局放監(jiān)測技術(shù)263.4超聲波局放監(jiān)測技術(shù)283.5 OWTS振蕩波局放監(jiān)測技術(shù)303.6高速示波器精確定位技術(shù)333.7超高頻局放監(jiān)測技術(shù)353.8油色譜分析技術(shù)393.9氣體分析技術(shù)40第四章局部放電聯(lián)合診斷技術(shù)424.1聯(lián)合診斷技術(shù)原理424.2典型圖譜的實測比對434.3聯(lián)合診斷技術(shù)的確立43第五章典型案例445.1案例44第六章結(jié)論48參考文獻49致謝51畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯52附 錄：53An Expert System

7、 for Transformer Fault Diagnosis Using Dissolved Gas Analysis53通過分析變壓器中溶解氣體而進行故障診斷的專家系統(tǒng)60第一章引言1.1選題背景和意義隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，針對電力系統(tǒng)可靠運行的要求越來越高，而電力變壓器是電力系統(tǒng)的樞紐設(shè)備，其運行的可靠性直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。對實際故障的統(tǒng)計分析表明，絕緣故障是影響變壓器正常運行的主要原因，而局部放電是造成變壓器絕緣劣化的主要原因。它既是絕緣缺陷的預(yù)兆，又是其發(fā)展的產(chǎn)物。目前國內(nèi)的局放試驗多在離線狀態(tài)下進行，此時變壓器已經(jīng)脫離電網(wǎng)及外界干擾，測量較容易。但離線狀態(tài)下，設(shè)備處于“

8、冷狀態(tài)”，外界的電磁場、發(fā)熱、機械振動等環(huán)境影響都與實際運行時不同，所測數(shù)據(jù)也有一定偏差，因此有必要進行局放在線檢測。同時，在線檢測時試品不用承受高于額定值的過電壓，不會影響被試設(shè)備，屬于非破壞性試驗。此外，帶電檢測可以在不影響設(shè)備正常運行的情況下，隨時測量或監(jiān)測設(shè)備的“健康狀態(tài)”，使管理者對設(shè)備運行狀態(tài)心中有數(shù)，也便于科學合理地安排設(shè)備檢修周期及檢修項目，使維修更換時有的放矢，不僅大量縮減檢修時間及相應(yīng)人力物力財力消耗，也使企業(yè)管理水平上升到一個新的層面，實現(xiàn)對在役設(shè)備的在線監(jiān)測和數(shù)字化管理。電力設(shè)備綜合監(jiān)測、分析、診斷一直是電力部門期待解決的問題。傳感技術(shù)、信號檢測處理技術(shù)及診斷技術(shù)的發(fā)展

9、，為建立電力變壓器局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)提供了技術(shù)基礎(chǔ)，變壓器運行經(jīng)驗的積累為絕緣診斷提供了依據(jù)。本課題期望能夠引進、消化、吸收國內(nèi)外的先進技術(shù)和經(jīng)驗，結(jié)合北京市電力公司設(shè)備的實際情況，實現(xiàn)北京市電力公司自己特色的主變壓器局部放電在線檢測實施方法和分析判斷方法。1.2文獻綜述局部放電檢測是以發(fā)生局部放電時產(chǎn)生的電光聲等現(xiàn)象為依據(jù)，來判斷局部放電的狀態(tài)，包括定位和放電的程度。其檢測方法有脈沖電流法、超聲波檢測法、光測法、化學檢測法等多種檢測方法。l、脈沖電流法脈沖電流法通過檢測阻抗或電流傳感器，檢測變壓器套管末屏接地線、外殼接地線、中性點接地線、鐵心接地線以及繞組中由于局部放電引起的脈沖電流，獲得

10、視在放電量。脈沖電流法是研究最早、應(yīng)用最廣泛的一種檢測方法，IEC 60270為IEC正式公布的局部放電測量標準。檢測變壓器局部放電用的電流傳感器通常由羅戈夫斯基線圈制成。電流傳感器按頻帶可分為窄帶和寬帶兩種，窄帶傳感器帶寬一般在10kHz左右，中心頻率在20-30kHz之間或更高;寬帶傳感器帶寬為100kHz左右，中心頻率在200-400kHz之間。脈沖電流法通常被用于變壓器出廠試驗以及力其他離線測試中，其離線測量靈敏度高，而且可以測量視在放電量。脈沖電流法的缺點在于:由于運行現(xiàn)場干擾嚴重，導致脈沖電流法無法有效應(yīng)用于在線監(jiān)測;對于變壓器這類具有繞組結(jié)構(gòu)的設(shè)備，由于局部放電在繞組內(nèi)的傳播導致

11、脈沖電流法在標定時產(chǎn)生很大的誤差;當試樣的電容量較大時，受藕合電容的限制，測試儀器的測量靈敏度受到一定限制;測量頻率低，頻帶窄，包含的信息量少。2、超聲波法用固定在變壓器油箱壁上的超聲波傳感器可以接受到局部放電產(chǎn)生的超聲波，由此來檢測局部放電的大小和位置。由于此方法受電氣干擾的影響比較小以及它在局部放電定位中的作用，人們對超聲波的研究比較深入。局部放電產(chǎn)生的聲波頻率范圍分布很廣，一直延伸到超聲波頻率，而現(xiàn)場中的環(huán)境干擾(如運行中變壓器的勵磁噪聲、散熱器風扇、冷卻器、潛油泵的噪聲、循環(huán)油噪聲等)的頻率大多為聲頻。因此，選擇局部放電的超聲頻段進行檢測容易避開干擾的影響，選用的頻率范圍一般為70-1

12、50kHz，目的是為了避開鐵心的磁噪聲和變壓器的機械振動噪聲。很早以前人們就用局部放電發(fā)生的聲波和超聲波來檢測放電的位置，但由于靈敏度很低，在局部放電測試中很少使用。近年來，由于換能元件靈敏度的提高和低噪聲的集成元件放大器的應(yīng)用，大大提高了超聲波測量的靈敏度。再加上設(shè)計好的超聲波探測儀器可以很好地消除干擾，能有效確定局部放電的部位。超聲檢測主要用于定性地斷局放信號的有無，以及結(jié)合脈沖電流法或直接利用超聲信號對局放源進行物理定位。在電力變壓器的離線和在線檢測中，它是主要的輔助測量手段。3、DGA法(氣相色譜法)當變壓器中發(fā)生局部放電時，各種絕緣材料發(fā)生分解破壞，產(chǎn)生新的生成物，通過檢測氣體生成物

13、的組成和濃度，可以判斷局部放電的狀態(tài)。目前，該方法廣泛應(yīng)用于變壓器，分析各種氣體的組成和濃度可確定故障類型和故障程度。IEC為此特意制定了三比值法的推薦標準。該方法目前已廣泛應(yīng)用于變壓器的在線故障診斷中，并且建立起模式識別系統(tǒng)可實現(xiàn)故障的自動識別，是當前在變壓器局放檢測領(lǐng)域非常有效的方法。該方法的優(yōu)點是不受外界電磁干擾的影響，準確度較高。但是DGA法具有兩個缺點:油氣分析是一個長期的監(jiān)測過程，因而無法發(fā)現(xiàn)突發(fā)性故障;該方法無法進行故障定位。4、紅外熱像法它是利用變壓器內(nèi)部局部放電產(chǎn)生的電熱能量轉(zhuǎn)換來檢測局部放電區(qū)域的溫度變化。優(yōu)點是使用方便，結(jié)果直觀。缺點是當故障點處于變壓器深處時，檢測不到。

14、用于定性測量有其一定意義，但用于定量研究還存在困難。目前多用于套管的檢測。5、RIV法(無線電干擾測量法)局部放電會產(chǎn)生無線電干擾的現(xiàn)象很早就被人們所認識。例如人們常采用無線電電壓干擾儀來檢測由于局放對無線電通訊和無線電控制的干擾，并已制定了測量方法的標準。用RIV表來檢測局放的測量線路與脈沖電流直測法的測量電路相似。此外，還可以利用一個接收線圈來接收由于局放而發(fā)出的電磁波，對于不同測試對象和不同的環(huán)境條件，選頻放大器可以選擇不同的中心頻率(從幾萬赫茲到幾十萬赫茲)，以獲得最大的信噪比。這種方法已被用于檢查電機線棒和沒有屏蔽層的長電纜的局放部位。6、光測法光測法利用局放產(chǎn)生的光輻射進行檢測。在

15、變壓器油中，各種放電發(fā)出的光波長不同，研究表明通常在500700nm之間。在實驗室利用光測法來分析局放特征及絕緣劣化等方面已經(jīng)取得了很大進展，但是由于光測法設(shè)備復雜昂貴、靈敏度低，且需要被檢測物質(zhì)對光是透明的，因而在實際中無法應(yīng)用。7、射頻檢測法利用羅果夫斯基線圈從變壓器中性點處測取信號，測量的信號頻率可以達到3萬千赫茲，大大提高了局放的測量頻率，同時測試系統(tǒng)安裝方便，檢測設(shè)備不改變電力系統(tǒng)的運行方式。但對于三相電力變壓器，得到的信號是三相局放信號的總和，無法進行分辨，且信號易受外界干擾。隨著數(shù)字濾波技術(shù)的發(fā)展，射頻檢測法在局放在線檢測中得到了較廣泛的應(yīng)用。8、超高頻法局部放電超高頻檢測是通過

16、超高頻傳感器接收變壓器內(nèi)部局部放電產(chǎn)生的超高頻電磁波，實現(xiàn)局部放電的檢測，并實現(xiàn)抗干擾。變壓器每一次局部放電都發(fā)生正負電荷的中和，伴隨有一個很陡的電流脈沖，并向周圍輻射電磁波。根據(jù)已經(jīng)取得的結(jié)論:局部放電所輻射的電磁波的頻譜特性與局部放電源的幾何形狀以及放電間隙的絕緣強度有關(guān)。當放電間隙比較小，且放電間隙的絕緣強度比較高時，放電過程的時間比較短，電流脈沖的陡度比較大，輻射的電磁波超高頻分量比較豐富。目前已經(jīng)證實:變壓器內(nèi)部局部放電確實能激發(fā)出很高頻率的電磁波，最高可達數(shù)1GHz。傳統(tǒng)的局部放電檢測方法，測量頻率低，易受外界干擾。通常超高頻檢測技術(shù)的檢測頻帶是500一1500MHz，而實測表明，

17、現(xiàn)場噪聲通常低于400MHz，可最大限度避開干擾。同時，由于檢測頻帶寬，具有較高的靈敏度。另外，與其它方法不同，超高頻法測得的波形更加符合實際的放電波形，可以較全面的研究變壓器內(nèi)部局部放電的本質(zhì)特征。其缺點是超高頻法體外檢測靈敏度低，體內(nèi)檢測預(yù)置超高頻傳感器要廠家配合;此外，難以進行標定是阻礙超高頻技術(shù)應(yīng)用的最大障礙。局部放電超高頻檢測技術(shù)近年來得到了較快的發(fā)展，在以GIS為代表的電力設(shè)備中得到了成功的應(yīng)用。由于GIS的結(jié)構(gòu)特點，超高頻檢測GIS局部放電已成功地應(yīng)用多年。局部放電信號在GIS中是以TEM波和TE波、TM波的形式傳播的，GIS的同軸結(jié)構(gòu)相當于導引電磁波的波導管，TE波與TM波在其

18、中傳播的截止頻率取決于G工S的結(jié)構(gòu)尺寸，同時由于間隔的作用，一個GIS系統(tǒng)如同一系列的諧振腔，諧振腔中信號傳播損耗小，信號傳播時間長，通常一個納秒級的局部放電信號可以持續(xù)I0mS以上，有利于檢測。對變壓器而言，局部放電通常發(fā)生在變壓器內(nèi)的油一隔板絕緣中，由于絕緣結(jié)構(gòu)的復雜性，電磁波在其中傳播會發(fā)生多次折返射及衰減。同時，變壓器內(nèi)箱壁也會對電磁波的傳播帶來不利影響，這就大大增加了檢測的難度。因此，變壓器局部放電超高頻檢測技術(shù)的研究還處于起步階段。國外方面，荷蘭KEMA實驗室的RutgerS等人在實驗室中對變壓器局部放電超高頻檢測技術(shù)進行了初步研究。研究結(jié)果表明:油中放電上升沿很陡，脈沖寬度多為納

19、秒級，能激起IGHz以上的超高頻電磁波。他們還在實驗室中檢測到了幾種缺陷放電的超高頻信號，并研制了300-1200MHZ的超高頻天線運用于實際變壓器中。他們將天線插入變壓器放油閥中，天線面與油箱壁在同一平面上，所測得的信號通過一個波導結(jié)構(gòu)從變壓器導出并送入檢測裝置，這樣電磁波到達傳感器時衰減較少;同時，波導結(jié)構(gòu)有利于電磁波的無損傳播，從而提高了超高頻法的檢測靈敏度(可達到10pC)。英國Strathclyde大學的Judd等人在GIS超高頻檢測研究的基礎(chǔ)上，也對變壓器進行了實驗室研究，并進行了現(xiàn)場實測。傳感器為盤式的電容禍合器 (disccoupler)，在變壓器頂部靠近高壓側(cè)的箱體上開一介質(zhì)

20、窗，傳感器通過介質(zhì)窗提取局部放電信號，送入頻譜分析儀，選取最優(yōu)頻率后，使用頻譜儀的POW (pointonwave)模式進行分析，取得了一定的成果。此外他們還使用最小路徑法對變壓器局部放電的定位進行了探討，他們最主要的貢獻是發(fā)明了一系列超高頻天線的標定計算方法，為以后超高頻法測量局部放電的標準化奠定了一定的基礎(chǔ)。此外，法國ALSTOM輸配電研究中心的K.Raja等人在實驗室內(nèi)研究了各種典型局部放電模型的超高頻特性，發(fā)明了能夠選擇干擾最小的頻段進行檢測的 ZeroSpan超高頻局部放電檢測方法，并據(jù)此建立了模式識別方法。國內(nèi)方面，西安交通大學王國利等人在變壓器的超高頻局部放電檢測方面作了許多工作

21、，建立了檢測頻帶可調(diào)的實驗室檢測系統(tǒng)及局部放電自動識別系統(tǒng)，思路和方法與國外幾家基本相同。清華大學則試圖通過在變壓器內(nèi)部引出線的附近安置UHF天線的方法來測量變壓器的內(nèi)部放電，在實驗室內(nèi)進行了研究。1.3本文的主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排本文介紹了北京市電力公司主變壓器局部放電在線檢測技術(shù)的應(yīng)用研究，對局部放電的測量技術(shù)進行了分析，對北京市電力公司所采用的局部放電在線檢測的幾種先進技術(shù)進行了介紹和分析，給出了技術(shù)應(yīng)用的典型案例和關(guān)鍵技術(shù)的典型圖譜。論文第一章為引言部分，介紹了選題的背景和意義，并簡單介紹了國內(nèi)外局部放電測量的技術(shù)現(xiàn)狀;第二章介紹了局部放電的基本知識，并介紹了現(xiàn)在運用較為普遍的變壓器局部放

22、電測量的脈沖電流法;第三章詳細介紹了目前北京市電力公司所使用的電力設(shè)備局部放電在線檢測技術(shù);第四章通過論證確定了主變壓器局部放電聯(lián)合診斷技術(shù);第五章通過兩個典型的變壓器局放案例介紹了相關(guān)在線檢測技術(shù)發(fā)現(xiàn)和定位局放方面的有效性;第六章是一個簡單的小結(jié)。第二章局部放電與變壓器局部放電的測量2.1局部放電概述1、局部放電的定義根據(jù)GB/T7354-2006局部放電測量中的定義，局部放電是指導體間絕緣僅被部分橋接的電氣放電，這種放電可以在導體附近發(fā)生也可以不在導體附近發(fā)生。當電力設(shè)備的絕緣內(nèi)部存在氣隙或生產(chǎn)過程中造成一些缺陷，在高電場強度作用下，氣隙首先擊穿，并會發(fā)生多次的重復擊穿和熄滅，而周圍的絕緣

23、介質(zhì)仍保持著絕緣性能，整個絕緣結(jié)構(gòu)并未形成電極間的貫穿性放電通道。局部放電一般存在于固體絕緣的空隙中，液體絕緣的氣泡中，電極表面的尖銳部位或電場中的懸浮金屬的表面;介質(zhì)的沿面放電，層壓材料中的放電，固體絕緣的表面和內(nèi)層的樹枝狀爬電等也屬于這一類。2、局部放電的危害如果電氣設(shè)備絕緣在運行電壓下出現(xiàn)局部放電，這些微弱的放電會使絕緣材料受到電暈腐蝕、局部過熱、紫外線輻射和氧化作用，產(chǎn)生的累積效應(yīng)會使絕緣的介電性能逐漸劣化并使局部缺陷擴大，最后導致整個絕緣擊穿，設(shè)備損壞。如油紙絕緣在局部放電作用下會產(chǎn)生不飽和烴C2H2、H2、CH4和x蠟，蠟質(zhì)會積留在固體絕緣上，放電產(chǎn)生的氣體又使放電增加，造成在場強

24、高的部位或絕緣紙有損傷的部位發(fā)生擊穿，或沿著層間間隙爬電，或形成樹枝狀放電，在放電通道上會形成整齊的碳化層，最終貫穿絕緣。雖然局部放電會使絕緣劣化而導致?lián)p壞，但它的發(fā)展是需一定時間的，發(fā)展時間與設(shè)備本身的運行狀況及局部放電種類，與其產(chǎn)生的位置和設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)等多種因素有關(guān)。因此，一個絕緣系統(tǒng)壽命與放電量的關(guān)系分散性很大，這也是該項測試技術(shù)有待研究的一個課題。總的來講，對一個絕緣系統(tǒng)的好壞判斷是其局部放電越小越好。3、局部放電測量的目的和意義用傳統(tǒng)的絕緣試驗方法很難發(fā)現(xiàn)局部放電缺陷，并且lmin交流耐壓試驗還會損傷絕緣，影響設(shè)備以后的運行性能，隨著電壓等級提高，這個問題更為嚴重。因而，測試電氣設(shè)

25、備的局部放電特性是目前預(yù)防電氣設(shè)備故障的一種好方法，可以發(fā)現(xiàn)潛在絕緣薄弱部位，通過局部放電試驗的變壓器類設(shè)備，在運行中可靠性是比較高的。目前局部放電已列為變壓器類設(shè)備的出廠、交接和預(yù)試項目，在國家電網(wǎng)公司輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程中列為診斷性試驗項目，成為國內(nèi)外廣泛采用的一種評定絕緣質(zhì)量的有重大意義的方法，是一種非破壞性試驗。進行局部放電測量的目的主要有:1)驗證設(shè)備在規(guī)定電壓下，局部放電量應(yīng)小于規(guī)定數(shù)值;2)確定起始和熄滅放電電壓; 3)制定在規(guī)定電壓下的放電標準。4、局部放電特征參量及形成機理局部放電的主要特征參量表征局部放電的主要特征有以下三個:l)視在放電量q:是指在試品兩端注入一定電

26、荷量，使試品端電壓的變化量和局部放電時端電壓變化量相同。此時注入的電荷量即稱為局部放電的視在放電量，以皮庫(pC)表示。實際上，視在放電量與試品實際點的放電量并不相等，后者不能直接測得。試品放電引起的電流脈沖在測量阻抗端子上所產(chǎn)生的電壓波形可能不同于注入脈沖引起的波形，但通?？梢哉J為這二個量在測量儀器上讀到的響應(yīng)值相等。2)局部放電起始電壓Ui:是指試驗電壓從不產(chǎn)生局部放電的較低電壓逐漸增加時，在試驗中局部放電量超過某一規(guī)定值時的最低電壓值。3)局部放電熄滅電壓U0:是指試驗電壓從超過局部放電起始電壓的較高值逐漸下降時，在試驗中局部放電量小于某一規(guī)定值時的最高電壓值。局部放電的形成機理根據(jù)放電

27、類型來分，局部放電大致可分為絕緣材料內(nèi)部放電、表面放電及高壓電極的尖端放電。1)內(nèi)部放電如絕緣材料中含有氣隙、雜質(zhì)、油隙等，這時可能會出現(xiàn)介質(zhì)內(nèi)部或介質(zhì)與電極之間的放電，其放電特性與介質(zhì)特性及夾雜物的形狀、大小及位置都有關(guān)系。在此以固體或液體絕緣中的氣隙(空穴)為例來闡述局部放電的形成(圖2-1):在實際試驗中，由于放電空穴兩端的電壓變化不能得知，則真實放電量q，是不能測得的。但由放電引起電源輸入端的電壓變化U?？蓽y到，絕緣介質(zhì)整體電容可測得，則由局部放電引起的視在放電量q可求得。所以，在局部放電試驗中，由局部放電儀測量所測得的值為由pC為單位表示的視在放電量，是在真實放電量不可能測出的情況下

28、的一種變通方法，在實際運用中，通過由視在放電量的大小來判斷絕緣的優(yōu)劣。由上述及圖2-2可看出，內(nèi)部局部放電總是出現(xiàn)在電源周期中的第一或第三象限，每周期的平均放電次數(shù)與外施電壓u有關(guān)，每周放電次數(shù)隨著u的上升與增加，大約呈直線關(guān)系，每個周期出現(xiàn)的局部放電脈沖可在局部放電測量儀的顯示器上觀察脈沖或放大波形分析，如圖2-3所示。當絕緣介質(zhì)內(nèi)出現(xiàn)局部放電后，外施電壓在低于起始電壓的情況下，放電也能繼續(xù)維持。該電壓在理論上可比起始電壓低一半，也即絕緣介質(zhì)兩端的電壓僅為起始電壓的一半，這個維持到放電消失時的電壓稱之為局放熄滅電壓。而實際情況與理論分析有差別，在固體絕緣中，熄滅電壓比起始電壓約低5%-20%

29、。在油浸紙絕緣中，由于局部放電引起氣泡迅速形成，所以熄滅電壓低得多。這也說明在某種情況下電氣設(shè)備存在局部缺陷而正常運行時，局部放電量較小，也就是運行電壓尚不足以激發(fā)大放電量的放電。當其系統(tǒng)有一過電壓干擾時，則觸發(fā)幅值大的局部放電，并在過電壓消失后如果放電繼續(xù)維持，最后導致絕緣加速劣化及損壞。2)表面放電如在電場中介質(zhì)有一平行于表面的場強分量，當其這個分量達到擊穿場強時，則可能出現(xiàn)表面放電。這種情況可能出現(xiàn)在套管法蘭處、電纜終端部，也可能出現(xiàn)在導體和介質(zhì)彎角表面處，見圖2-4。內(nèi)介質(zhì)與電極間的邊緣處，在r點的電場有一平行于介質(zhì)表面的分量，當電場足夠強時則產(chǎn)生表面放電。在某些情況下，空氣中的起始放

30、電電壓可以計算。表面局部放電的波形與電極的形狀有關(guān)，如電極為不對稱時，則正負半周的局部放電幅值是不相等的，見圖2-5。當產(chǎn)生表面放電的電極處于高電位時，在負半周出現(xiàn)的放電脈沖較大、較稀;正半周出現(xiàn)的放電脈沖較密，但幅值小。此時若將高壓端與低壓端對調(diào)，則放電圖形亦相反。3)電暈放電(電極尖端在氣體中的放電)電暈放電是在電場極不均勻的情況下，導體表面附近的電場強度達到氣體的擊穿場強時所發(fā)生的放電。在高壓電極邊緣，尖端周圍可能由于電場集中造成電暈放電。電暈放電在負極性時較易發(fā)生，也即在交流時它們可能僅出現(xiàn)在負半周。電暈放電是一種自持放電形式，發(fā)生電暈時，電極附近出現(xiàn)大量空間電荷，在電極附近形成流注放

31、電。現(xiàn)以棒一板電極為例來解釋，在負電暈情況下，如果正離子出現(xiàn)在棒電極附近，則由電場吸引并向負電極運動，離子沖擊電極并釋放出大量的電子，在尖端附近形成正離子云。負電子則向正極運動，然后離子區(qū)域擴展，棒極附近出現(xiàn)比較集中的正空間電荷而較遠離電場的負空間電荷則較分散，這樣正空間電荷使電場畸變。因此負棒時，棒極附近的電場增強，較易形成。在交流電壓下，當高壓電極存在尖端，電場強度集中時，電暈一般出現(xiàn)在負半周，放電波形見圖2-6，或當接地電極也有尖端點時，則出現(xiàn)負半周幅值較大，正半周幅值較小的放電。2.2變壓器局部放電測量方法電氣設(shè)備絕緣內(nèi)部發(fā)生局部放電時將伴隨著出現(xiàn)許多外部現(xiàn)象，有些外部現(xiàn)象屬于電現(xiàn)象，

32、如產(chǎn)生電流脈沖、引起介質(zhì)損耗增大、產(chǎn)生電磁波輻射等;有些屬于非電現(xiàn)象，如產(chǎn)生光、熱、噪聲、氣壓變化和分解物等，可以利用這些現(xiàn)象對局部放電進行檢測。目前應(yīng)用得比較廣泛和成功的是脈沖電流法，它不僅可以靈敏地檢出是否存在局部放電，還可判定放電強弱程度。測量局部放電的基本回路有3種，如圖2-7所示，其中圖2-7(a)、(b)可統(tǒng)稱為直接法測量回路;(c)稱為平衡法測量回路。圖中:Zf-高壓濾波器;Cx-試品等效電容;Ck-禍合電容;Z。-測量阻抗;-調(diào)平衡元件;M-測量儀器第一種回路主要包括:l)試品等效電容Cx。2)禍合電容以。以在試驗電壓下不應(yīng)有明顯的局部放電。3)測量阻抗云。測量阻抗是一個四端網(wǎng)

33、絡(luò)的元件，它可以是電阻R或電感的單一元件，也可以是電阻電容并聯(lián)或電阻電感并聯(lián)的Rc和幾電路，也可以由電阻、電感L 、電容組成RL調(diào)諧回路。調(diào)諧回路的頻率特性應(yīng)與測量儀器的工作頻率相匹配。測量阻抗應(yīng)具有阻止試驗電源頻率進入儀器的頻率響應(yīng)。連接測量阻抗和測量儀器中的放大單元的連線，通常為單屏蔽同軸電纜。對RC型(如圖2-8)，當電容C較小時，檢測阻抗上的波形與流過被試品的脈沖電流相似，但其頻帶較寬、噪聲較大，被試品的工頻充電電流大時使檢測阻抗上工頻分量不能完全濾除，從而影響測量。RC型一般用于平衡測量回路，R值一般選用200-1200。，電容C即為電纜分布電容，實際應(yīng)用時不需另加。RLC型(如圖2

34、-9)對局部放電脈沖檢測有很高的靈敏度，而對被試品工頻的充電電流呈現(xiàn)低阻抗，頻帶較窄，噪音水平較低。缺點是波形易呈現(xiàn)振蕩，但適當選擇R(2-3kQ)可使振蕩阻尼抑制，所以普遍采用RLC型檢測阻抗。4)根據(jù)試驗時干擾情況，試驗回路接有一阻塞阻抗乙，以降低來自電源的干擾，也能適當提高測量回路的最小可測量水平。三種試驗回路的選擇原則:1)試驗電壓下，試品的工頻電容電流超出測量阻抗幾允許值，或試品的接地部位固定接地時，可采用圖2-7(a)試驗回路。2)試驗電壓下，試品的工頻電容電流符合測量阻抗乙允許值時，可采用圖2-7(b)試驗回路。3)試驗電壓下，圖2-7(a)、(b)試驗回路有過高的干擾信號時，可

35、采用圖2-7(c)試驗回路。4)測量阻抗的選取應(yīng)使嘆和cx串聯(lián)后的等效電容值在測量阻抗所要求的調(diào)諧電容C的范圍內(nèi)，否則會降低測量靈敏度。平衡法是利用兩臺試品相互作為禍合電容并平衡抑制干擾，或?qū)㈦娙葜挡顒e不大的另一電容器作為禍合電容。平衡法的測量靈敏度略低于直測法，但它的抗干擾能力卻比直測法高得多。第四章局部放電聯(lián)合診斷技術(shù)4.1聯(lián)合診斷技術(shù)原理局部放電發(fā)生時，往往伴隨著光、聲、電、發(fā)熱等物理現(xiàn)象，同時還會引起絕緣介質(zhì)產(chǎn)生化學變化，通過測量和研究這些物理、化學現(xiàn)象，可以掌握放電的嚴重程度、發(fā)展趨勢、放電類型以及進行定位等。圖4-l是采用多種狀態(tài)監(jiān)測方法對同一放電進行實時帶電監(jiān)測的示意圖。其中:1

36、為基于羅科夫斯基原理設(shè)計的各種頻帶的傳感器，2為安裝在電氣回路的取樣阻抗或取樣電極，3為表面接觸式超高頻、地電波或超聲波傳感器，4位空氣式電磁波傳感器，5為空氣式超聲波傳感器。研究和實踐表明，電力設(shè)備產(chǎn)生的局部放電，一般具有以下特征:1)信號的頻率特性:a)頻譜儀顯示信號為寬帶(除UHF方法外，300kHz- 50MHz，部分頻帶連續(xù)分布)。b)經(jīng)帶通濾波后f-q-n圖譜具有局部放電特征。2)信號與工頻相位的關(guān)系:f-q-n圖譜中的每一點幾乎在相隔180處有其對應(yīng)點(除電暈)。3)脈沖頻度特性:每秒脈沖數(shù)大于50。4)幅值與外加電壓的關(guān)系:信號電平在外加電壓不變的情況下幾乎一致。5)持續(xù)特性:

37、在測量期間具有連續(xù)出現(xiàn)的特征。局部放電現(xiàn)場聯(lián)合診斷技術(shù)主要采用上述超高頻、高頻、超聲波、地電波、油色譜、氣體分析、紅外成像等狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，結(jié)合頻譜分析儀和示波器對放電信號進行頻域和時域的綜合分析，并利用放電信號的特征譜圖和傳輸特性進行類型判別和定位。4.2典型圖譜的實測比對高頻局部放電測試及超高頻局部放電測試，由于測試原理不同于常規(guī)測試方法。因此當試驗結(jié)束后，針對試驗數(shù)據(jù)的判斷就顯得尤為重要。它一方面可以方便技術(shù)人員區(qū)分各類干擾信號，從而準確判斷局部放電是否真正發(fā)生以及產(chǎn)生局部放電的類型;另一方面，它也可以通過不斷的測試，積累大量數(shù)據(jù)，從而提高“專家判斷”系統(tǒng)的輔助判斷能力。為驗證各種測試手段

38、，特別是判斷數(shù)據(jù)圖庫中典型圖譜的準確性，我們針對部分典型放電現(xiàn)象，采取實測的方法進行了比對。以DMS超高頻局放測試技術(shù)為例，我們采取實驗室模擬尖端放電比對電暈放電、模擬油紙間隙比對空穴放電、將采集器放在電燈、手機旁比對類似信號的辦法，通過以上方法對比可以發(fā)現(xiàn)，各種比對條件下的測試數(shù)據(jù)非常接近且易于區(qū)分，從而證明系統(tǒng)自帶的典型圖譜是準確可靠的。4.3聯(lián)合診斷技術(shù)的確立通過以上理論分析、實測比對，以及大量已開展的主變壓器局部放電普測情況可以看出，各種在線局部放電測試技術(shù)均存在其技術(shù)優(yōu)勢和劣勢。高頻測試技術(shù)相對成熟，但抗干擾能力遜于超高頻技術(shù)；超高頻測試技術(shù)抗干擾能力很高但測試距離較短；油色譜分析可

39、以很好的確定變壓器內(nèi)部是否存在局部放電以及局部放電的類型，但卻無法定位。因此為了更好地判斷主壓器局部放電的情況，有必要針對存在疑問的主變壓器開展各種測試手段的聯(lián)合使用，最終到達正確分析判斷，發(fā)現(xiàn)主變壓器隱患的目的。通過2008年以來開展的主變壓器局部放電聯(lián)合診斷，發(fā)現(xiàn)并解決了部分變壓器存在的缺陷，確保了電網(wǎng)運行的可靠性，也證明這種測試技術(shù)是準確、可靠、可行的。第五章典型案例5.1案例油色譜和高頻局放共同發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，并采用高頻局放監(jiān)測技術(shù)成功定位2008年6月20日在對某重點站4#主變壓器油樣采集油色譜預(yù)試時，發(fā)現(xiàn)該變壓器油中總烴含量 756.6pl/1，調(diào)取今年3月2S日預(yù)試時油色譜分析報告

40、進行比較，發(fā)現(xiàn)油色譜總烴含量增長較高、較突然，通過三比值法對總烴含量的組分分析，故障結(jié)論為:變壓器內(nèi)部存在裸金屬高溫過熱缺陷。有關(guān)缺陷前后的兩次油色譜測試情況詳見表5-1、表5-2。表5-1油色譜數(shù)據(jù)組份樣品甲烷乙烷乙烯乙炔一氧化碳二氧化碳氫總烴油樣307.478.93682.3284.81468.5170.4756.62008.6.20采樣數(shù)據(jù)(單位恤l/1)表5-2油色譜數(shù)據(jù)組份樣品甲烷乙烷乙烯乙炔一氧化碳二氧化碳氫總烴油樣4.81.10.90205.7923.717.16.82008.3.28采樣數(shù)據(jù)(單位扭l/l)為進一步確定缺陷并進行定位，在設(shè)備停電處理前，采用高頻局放監(jiān)測技術(shù)對該變

41、壓器進行帶電局放監(jiān)測和定位。測試波形分析如表5-3為進一步檢查鐵心及夾件是否存在因多點接地產(chǎn)生接地電流而造成的過熱缺陷，檢修人員采用鉗型電流表，對運行的變壓器分別對鐵心及夾件接地電流進行了帶電測量，測量結(jié)果:無接地電流，因此確定不存在鐵心、夾件之間或?qū)Φ赜卸帱c接地故障。2008年6月21日 結(jié)合4#主變計劃停電機會，對該變壓器進行了現(xiàn)場外體檢查和電氣試驗。外體檢查主要對象是檢查本體氣體繼電器集氣室是否有氣體析出，電氣試驗檢查主要對象是磁路和電路兩大部分，項目主要是搖測鐵心及夾件絕緣電阻及測量線圈直流電阻。檢查及試驗結(jié)果:氣體繼電器未見有氣體析出。磁路部分絕緣電阻:鐵心對地、鐵心對夾件及夾件對地

42、測量情況見表5-4，結(jié)論:絕緣良好，鐵心及夾件未存在多點接地故障。電路部分直流電阻:測量情況見表5-5，結(jié)論:高、低壓直流電阻未見異常。表5-4鐵心及夾件絕緣電阻實驗鐵心對地（M）鐵心對夾件（M）夾件對地（M）油溫（）外溫（）濕度（%）實驗儀器型號10000700010000383060TG3720C表5-5 線圈直流電阻實驗（）油溫：38濕度：60%實驗儀器型號：保定精藝公司3391型外溫:30高壓繞組分頭12345AO0.40750.40030.3930.38580.3785BO0.40670.39940.3920.38510.3775CO0.40880.40150.3940.38710.

43、795分頭678910AO0.37110.36390.35660.34810.3567BO0.37010.3630.35560.34650.3554CO0.37240.36490.35770.34770.3575低壓繞組a-bb-cc-a0.005219100521810052226根據(jù)油色譜分析結(jié)論、高頻局放測試結(jié)論、現(xiàn)場的檢查和電氣試驗，可以得到以下結(jié)論:造成該變壓器過熱故障的原因有兩種可能性，一種是鐵心自身出現(xiàn)的短路，一種是本相低壓引線出現(xiàn)的自身短路;該變壓器過熱故障的位置靠近低壓B相。檢修人員首先關(guān)閉所有與變壓器本體油箱連接的蝶閥，撤出3噸本體油，使器身上部鐵心露出油面，再打開油箱頂部

44、低壓套管接線手孔蓋板，檢查低壓三相引線是否存在上面所提到的第二種由于自身引線短路造成的過熱缺陷，檢查后未見有異常。檢修人員又對鐵心上扼鐵可視部位進行檢查，也未發(fā)現(xiàn)異常，隨后在對上扼鐵夾件進行檢查時，檢修人員發(fā)現(xiàn)在B相線圈上部，低壓引出線的上方，扼鐵夾件上部拉板一條固定螺栓的均壓帽遺失。此次從故障的發(fā)現(xiàn)、查找到消除，整個過程所用的時間不到36個小時，其中從停電檢修到消缺發(fā)電僅僅用了12個小時。若按原計劃將變壓器移到室外進行吊罩檢修的方案進行，至少要增加3天的時間，這樣不但會使變壓器停電時間增加很多，而且還會增加很大檢修費用。顯然，狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)在此故障的消除工作中的發(fā)揮了極為重要的作用。第六章結(jié)論

45、實踐證明，局部放電測量是目前測試電力設(shè)備特性、發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部缺陷、預(yù)防設(shè)備故障的一種非常有效的手段。然而，隨著社會進步對供電可靠性的要求越來越高，停電進行的脈沖電流測局部放點測試方法已遠遠滿足不了現(xiàn)代電力企業(yè)的需求。不斷進步的傳感器技術(shù)、信號處理技術(shù)等為在線檢測電力設(shè)備的局部放電提供了基礎(chǔ)，使得超高頻法、超聲.波法、油色譜法等許多局部放電在線檢測技術(shù)得以發(fā)展，并在現(xiàn)實中得到應(yīng)用。北京市電力公司以舉辦2008年奧運會為契機，大力推進和發(fā)展了多種局部放電在線檢測技術(shù)，本文對這些技術(shù)進行了介紹，而且通過這些技術(shù)在北京市電力公司大量設(shè)備上的應(yīng)用，積累了許多數(shù)據(jù)和樣本，也總結(jié)了許多經(jīng)驗。總的來說，TECH

46、IMP高頻法和傳統(tǒng)的油色譜法是發(fā)現(xiàn)局放的較有效方法，而DMS超高頻法在發(fā)現(xiàn)乃至定位局放方面都具有一定優(yōu)勢，諸如超聲波法、地電波法等則是確認是否真的存在局放的有效輔助方法。建立在一定經(jīng)驗基礎(chǔ)上的多種局部放電在線檢測方法合理搭配的聯(lián)合診斷方法必將成為未來電力設(shè)備在線檢測方法發(fā)展的方向。參考文獻1PompiliM，MazzettiC，Bartnikas R. PD pulseburst behavior of a transformer type synthetie or ganieester fluidJ.IEEE Eleetrieal Insulation MagaZine，2008，15(6)

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52、算油中尖一板電極局放脈沖波形J.高電壓技術(shù)，2006，32(6):31-3424張澤華，陸國俊，王勇，黃炎光.變壓器局部放電帶電測試在電網(wǎng)中的應(yīng)用J.高電壓技術(shù)，2007，33(10):217-218致謝 在此論文撰寫過程中，要特別感謝我的導師的指導與督促，同時感謝他的諒解與包容。沒有巖老師的幫助也就沒有今天的這篇論文。求學歷程是艱苦的，但又是快樂的。感謝我的班主任，謝謝他在這四年中為我們?nèi)嗨龅囊磺?，他不求回報，無私奉獻的精神很讓我感動，再次向他表示由衷的感謝。感謝大學四年來對我的辛苦培育，讓我在大學這四年來學到很東西，特別感謝學院為我提供了良好的學習環(huán)境、感謝領(lǐng)導、老師們四年來對我無微不至的關(guān)懷和指導，讓我得以在這四年中學到很多有用的知識。在此，我還要感謝在班里同學和朋友，感謝你們在我遇到困難的時候幫助我，給我支持和鼓勵，感謝你們。你們是我在這四年中得到的人生中最大的一筆財富。27