变压器局部放电故障定位几种方法的应用比较(共6页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上变压器局部放电故障定位几种方法的应用比较宋友（国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司）摘要：介绍了几种变压器局部放电故障定位常用的技术手段，并结合实际现场试验中几种方法的应用情况，对其进行比较。为各种变压器局部放电故障定位方法在现场的有效应用提供参考。关键字：变压器局部放电、UHF、超声波、电气定位引言目前，对于变压器局部放电故障的确定，已有多种方法可以有效做到。随着近年来计算机技术、数字信号处理技术的迅速发展，检测手段也越来越多，检测设备也越来越检测迅速、使用方便、功能强大。对于制造厂家和现场试验、运行人员来说，仅仅确定局放故障是否存在是不够的，往往还要确定故障的位置，以便有的放矢的排除或者处理故障。在出厂试验、交接验收试验、预试及运行中迅速查明变压器的内部放电故障位置，对迅速修复故障、保证设备制造质量及安全运行有重要意义，并可以节约大量人力、物力、时间，也是目前国网公司一次设备带电检测的重要组成内容。局部放电的检测和定位都是根据放电过程中的声、光、电、热和化学现象来进行的，故障定位方法有超声波定位、电气定位、光定位、热定位和DGA定位等。目前，国内外应用比较广泛的是超声波定位法和电气定位法，近几年，一些新的定位方法如UHF定位法也在国内外有较多的研究和应用。本文拟对超声波定位法、电气定位法、UHF定位法进行应用比较，并就实际应用中存在的问题和今后的发展趋势进行探讨。超声波定位方法当变压器内部发生局部放电故障时，会产生相应频率和波形特征的超声波信号，放电源成为声发射源。超声波信号在油箱内部经过不同介质传播到达固定在油箱壁上的超声波传感器。对应每一次放电，都会有相应的超声波产生；对应同一次放电，每一个超声波传感器接收到的相应超声波信号之间会表现出合理的、有规律的时差关系。根据到达超声波传感器的相对时差，通过相关的定位算法，就可以计算出局部放电故障点。局部放电产生的超声波信号到达不同传感器的有规律时差现象分为两种，一种为局部放电电脉冲信号与各超声波传感器收到的声波信号之间的时差，称为电-声时差。第二种为同一次放电各超声波传感器收到的相应超声波信号之间的时差，称为声-声时差。利用两种时差现象可确立两种超声波定位技术：电声定位法（俗称球面定位）和声声定位法（俗称双曲面定位）。电声定位方法该定位法利用局部放电检测仪取得局部放电电信号，变压器油箱外壳布上多个超声波传感器接收超声波信号。以电信号和各个超声波信号之间的时间差作为故障点到各超声波传感器的时间，以等值声速乘以传播时间就得到故障点到达超声波传感器的距离，以此列一组时差和距离的球面方程求解。根据方程特征可知，电信号至少1路，超声波信号至少3路。实际带电检测中往往是采用HFCT对套管末屏接地电流进行监测并取得电信号。近年来随着UHF技术和射频电流技术的应用，也可以采用UHF信号和射频电流信号作为电信号。声声定位方法该定位法一般在分布于油箱表面的一组超声波传感器（传感器个数4）中，选用一路声信号触发其余声通道。选择该传感器作为基准传感器，测定同一个声发射信号传播到其它超声波传感器时对应于基准传感器的相对时延，将这些相对时延代入满足该组传感器几何关系的一组双曲面方程求解，即可求出故障点的几何位置。一般来说，电-声定位法比较简单直观，手工画图都可以完成定位计算。文献6通过计算、模拟试验比较了电-声定位法和声-声定位法的准确程度，结论是声信号起点不容易确定，导致时延误差较大，因此电-声定位法比声-声定位法准确度高。应该说，这个结论仅能成立于高质量试验室或者模拟试验的前提下。电-声定位法的先决条件是：所测的声电信号时延与超声波的直接波传播时间一致。而在实际现场应用中，由于电气干扰十分严重，电信号的触发是往往是非常不可靠的，干扰电信号频繁的误触发会导致所谓的电-声时延毫无物理意义，将其代入球面定位方程后得到的定位结果也是不可靠的。另外，对运行状态下的变压器进行带电检测时，电信号的取得更是缺乏有效手段。声-声定位法则不需要电信号，电气干扰的存在对定位结果没有影响，这种可抗干扰的定位方法特别适用于运行状态下变压器的现场故障定位。国内近两年现场主变压器的故障定位成功案例，基本都是采用声-声定位法，而电声定位法主要用于干扰较小的试验场所，如制造厂试验大厅。超声波定位方法应用实例西北某变电站主变压器型号为ODFPS-/750GY，出厂于2008年4月。2009年起发现乙炔增长，油色谱数据如下表：表1 2#主变A相变压器油色谱数据（引用数据）试验日期H2COCO2CH4C2H6C2H4C2H2总烃2009.01.223.08.565.91.20.60.30.42.52009.01.273.29.452.61.30.60.30.42.62009.01.303.810.2106.81.60.80.30.63.32009.02.024.39.442.71.90.70.30.63.52009.02.064.28.869.91.80.80.31.03.92009.02.094.78.369.61.50.60.31.33.72009.02.126.58.934.41.40.60.41.64.02009.02.147.510.347.32.00.70.41.95.02009.02.17-2.3-2009.02.19-2.7-2009.02.23-2.6-注：气体组分单位L/L，“-”表示未记录该数据此次变压器局部放电故障超声波定位检测，使用国网电力科学研究院自主研制的JFD系列局部放电超声波故障自动定位系统，将超声波传感器贴于变压器油箱外侧，接收放电产生的超声波信号，并进行波形记录。局部放电超声波定位检测示意图见图1。 图1 局部放电超声波定位检测示意图图2 传感器详细布置图图3 超声波信号图对时差规律一致的多组超声波信号进行了声声定位计算，计算结果一致，定位结果集中在（x=1.79m,y=2.27m,z=1.05m）区域,结合油色谱分析数据中乙炔气体的增长情况，判断变压器内部该区域存在放电性故障。以上为完整的运行状态下变压器现场带电故障检测定位过程，在实际应用中，通过HFCT取得的电信号存在很大的干扰信号，无法采用电-声定位法。经过多次现场试验发现，声-声定位法对变压器围屏、引线、金属件、高压线圈表面放电、最为灵敏，定位误差最小。电气定位方法检测变压器内部产生局部放电时，一般在端部取信号，放电脉冲从故障处沿绕组传递到测量端，带有定位所需的部分信息，通过对此脉冲的具体分析来确定故障源的位置。电气定位的方法有很多，应用较多、比较有代表性的是多端测量-多端校准法和极性鉴别法。变压器内部放电会向测量端子传递放电信号，测量端子测得的信号有相应的特性和幅值，所有外接线测量端子形成一个独特的组合“A”。如果校准脉冲被分别的注入各绕组的端子，则这些校准脉冲会向变压器外部接线的测量端子传输信号，形成校准脉冲信号的响应组合“B”。如果组合“A”中的数据与组合“B”相应数据存在明显的相关，则可认为故障点出现在组合“B”相应的端子邻近部位上。这种方法便是多端测量-多端校准定位法。文献4上有这种定位方法是实例。显然这种定位方式比较粗略，只对某种故障点在信号波形准确的前提下有实际作用。另外，只能用于停电后离线检测，不能用于带电检测。极性鉴别法是在脉冲电流法检测局部放电的过程中，通过RLC阻抗出现的脉冲极性来确定放电位置。这种方法显然只能用于离线检测，比多端测量-多端校准法还要粗略，实际上一般用于现场局放-干扰信号的识别而不是故障定位。特高频（UHF）定位方法UHF检测方法是近年来兴起的较新的一种检测方法，该方法基于通过天线传感器接收到的UHF信号，以实现检测、定位功能。这种方式最早应用在GIS上，可避开电气干扰频段，所以在GIS局部放电检测中灵敏度较高。UHF检测方法近年得到广泛关注，主要是因为在GIS等结构简单的高压电器中有着成功的应用，但在变压器局部放电检测，尤其是故障定位中，还停留在研究、模拟、试验的初步阶段。存在着UHF法无法校准、变压器结构远比GIS复杂、安装位置较少（目前一般在放油阀如图4）、实用算法需进一步优化的技术难题。目前缺少有说服力的现场成功案例。图4 UHF传感器放置点结论超声波定位法是目前研究最多、应用最成熟的变压器局部放电故障定位方法。可用于离线检测和带电检测中，可对变压器内部放电故障，尤其是围屏、引线、金属件等类型的缺陷最为灵敏。但同时存在着等效声速难以精确计算、声波前沿不方便精确确定、对绕组内部放电等变压器深层次放电反应不灵敏、试验过程复杂对人员要求很高等不足，也是目前超声波定位技术研究的热点。电气定位依赖测量端子的信号，从原理上看精度就不可能很高。但是对于某些特定缺陷，尤其是变压器绝缘深处的局放故障，往往有可能取得有帮助的结果。电气定位法不能用于带电检测，可作于超声波定位法的补充。UHF法近年得到较快发展，在GIS上有成功应用可以借鉴，有很多产品问世，是采购、研发、生产的热点，虽然在变压器局部放电检测中还存在很多的技术障碍，但相信不久以后会有长足的进步甚至突破。以上三种方法都难以判别变压器内部多点放电故障，在出现多点放电现象时，这几种方法都显得不够准确。这应是今后局部放电故障定位方法的研究方向之一。参考文献唐良，李焕章，伍志荣。 变压器局部放电超声波定位原理【J】 高电压技术 1991 13（1）39-42丁燕生，唐志国，李成榕等 变压器的UHF法局放定位初探【J】 高电压技术 2005.3（11） 18-20桂俊峰，谈克雄，高文胜 变压器局部放电电气定位的分析【J】 电工电能新技术 2003,22（1）：32-345DL417-91 电力设备局部放电现场试验导则 6.2.4S.Tenbohlen,S.M.Markalous,Tobias Stirl On-site PD Detection and Localization onPower Transformers by Means of UHF-measurements Institute of Power Transmission and High Voltage Technology,University of Stuttgart,Germany孙才新、罗兵、顾乐观，等. 变压器局布放电源的电-声和声-声定位法及其评判的研究【j】 电工技术学报. 1997.12(5):49-60作者联系方式：姓名：宋友工作单位：国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司邮寄地址：武汉市洪山区珞瑜路143号国网电力科学研究院武汉南瑞电器事业部邮政编码：简历：1982年生，湖北人，武汉大学（原武汉水利电力大学）本科学士，长期从事局部放电检测及故障诊断工作。专心-专注-专业