基于超聲波檢測法的變壓器局部放電研究

華北電力大學(xué) 劉 洋

國網(wǎng)遼寧省電力有限公司營口供電公司 張園豐 盧 毅

1.引言

變壓器是電力系統(tǒng)重要的設(shè)備，通過幾十年的運(yùn)行經(jīng)驗，電力部門對變壓器的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了大量的統(tǒng)計分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在變壓器內(nèi)部發(fā)生局部放電的時候，會出現(xiàn)聲、光和熱等物理現(xiàn)象，根據(jù)這些現(xiàn)象出現(xiàn)了相應(yīng)的檢測方法，已經(jīng)出現(xiàn)了相應(yīng)的一些檢測方法[1,2]。由于超聲波檢測法是不受電氣回路上的影響，文章采用該方法對局部放電產(chǎn)生的超聲波進(jìn)行檢測，進(jìn)而對局部放電情況進(jìn)行相應(yīng)的分析。

2.超聲波檢測法及其原理

發(fā)生局部放電時，在放電的區(qū)域中，分子間產(chǎn)生劇烈的撞擊，宏觀上產(chǎn)生了聲波，我們把頻率大于20kHz的稱為超聲波。通過檢測局部放電產(chǎn)生的超聲波信號來判定局部放電的方法稱為局部放電的超聲波檢測法。開關(guān)柜的噪聲主要集中在低頻領(lǐng)域，大多在20kHz以下，采用超聲波法進(jìn)行局部放電檢測，應(yīng)避開干擾頻率范圍而以高頻率為對象，但頻率越高，聲波在傳送過程中的衰減越大，因此利用超聲波法進(jìn)行局部放電檢測所采用的頻段一般在數(shù)十到數(shù)百kHz[3,4]。

當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生放電時，局部放電產(chǎn)生的聲波信號傳遞到其表面，超聲波傳感器將其轉(zhuǎn)換為電信號，通過放大器放大后傳到采集系統(tǒng)。超聲波檢測法最大的優(yōu)點(diǎn)是不受電氣上的干擾，且可以實現(xiàn)放電源的準(zhǔn)確定位。

綜上所述，將超聲波方法應(yīng)用到變壓器局部放電檢測中，可以排除現(xiàn)場電磁環(huán)境的干擾，可以大大提高檢測系統(tǒng)的抗干擾性。

3.局部放電模式識別研究

準(zhǔn)確的判斷變壓器內(nèi)部局部放電的種類對于整個設(shè)備的維修是非常重要的，基于此，文章對其局部放電模式分類進(jìn)行了相應(yīng)的研究。

對于局部放電的模式識別，首先需要根據(jù)相應(yīng)的檢測手段檢測到原始的局部放電信號，然后根據(jù)相應(yīng)的理論提取原始特征，最后根據(jù)相應(yīng)的分類器進(jìn)行模式分類。目前的研究主要基于如下方面：

(1)PRPS模式

即脈沖序列相位分布分析模式[5]，這種模式實際上是關(guān)于局部放電一種最為基本的模式，包含有局部放電測量的全部信息。

(2)局部放電模式特征參數(shù)

目前局部放電模式特征提取常用的方法主要有統(tǒng)計特征參數(shù)法、分形特征參數(shù)法、數(shù)字圖像矩特征參數(shù)法、波形特征參數(shù)法、小波理論方法等[6,7]。

1)統(tǒng)計特征參數(shù)

針對PRPD模式，統(tǒng)計算子分為兩類：一類是描述φ-q、φ-n譜圖的形狀差異，包括偏斜度Sk、陡峭度Ku、局部峰點(diǎn)數(shù)Pe；另一類是描述φ-q譜圖正負(fù)半周的輪廓差異，包括互相關(guān)系數(shù)c、放電量因數(shù)Q、相位不對稱度φ以及修正的互相關(guān)系數(shù)mcc。

2)圖像矩特征參數(shù)

矩特征描述了一幅灰度圖象所有象素點(diǎn)的整體分布情況，廣泛應(yīng)用于圖象處理和模式識別領(lǐng)域。將局部放電PRPD模式中的φ-q-n曲面投影在φ-q二維平面上，即為φ-q-n灰度圖象。

4.現(xiàn)場研究

根據(jù)上面的理論，在現(xiàn)場進(jìn)行了相應(yīng)的檢測，如下所示：

表1 最終的判斷結(jié)果

圖1 變壓器故障線圈局部放電檢測圖

圖2 檢測結(jié)果

圖3 放電分析結(jié)果

5.結(jié)論

文章采用超聲波檢測法對變壓器局部放電進(jìn)行了檢測，并根據(jù)相應(yīng)的分析得到了放電分類結(jié)果，對現(xiàn)場運(yùn)行具有一定的指導(dǎo)意義。

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