發(fā)電機(jī)變壓器放電故障診斷的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用

李強(qiáng)

摘 要：發(fā)電機(jī)在實(shí)際應(yīng)用的過程中局部放電信息能夠?qū)ζ渲写嬖诘墓收虾碗[患進(jìn)行一定程度的表述，在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)行故障診斷過程，文章分析了相關(guān)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：變壓器;發(fā)電機(jī);故障診斷

1 前言

變壓器屬于繞組類設(shè)備，在實(shí)際運(yùn)行的過程中如果其中發(fā)現(xiàn)了局部放電的話因?yàn)槊}沖的傳播，放電信號(hào)會(huì)出現(xiàn)畸變，因而可以根據(jù)這一情況來對(duì)信號(hào)變化進(jìn)行量化的測(cè)評(píng)，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)問題并解決。

2 電脈沖及其特征

局部放電脈沖波形有以下特點(diǎn)：①空氣中尖電極放電的脈沖波形比較接近，有電暈、火花、間歇性擊穿放電幾個(gè)階段，持續(xù)時(shí)間在400ns左右。②無(wú)論是空氣固體分界面，還是油一固體分界面，沿面放電脈沖波形比較相近，電暈和滑閃階段的持續(xù)時(shí)間分別約為80US，200ns。③懸浮放電不是獨(dú)立的放電形式，從波形上看，它總是表現(xiàn)為其他種類的放電。④固體中氣隙放電和油中氣泡放電的脈沖波形比較相似，持續(xù)時(shí)間在50as左右。⑤油紙絕緣中放電全部過程約20s，表現(xiàn)為在一個(gè)較緩和的波形上疊加了眾多的幅度大得多的快脈沖。其首脈沖存在時(shí)間約50ns，與油中氣隙放電的波形有點(diǎn)相似。局部放電信號(hào)檢測(cè)有高頻（HF，小于2MHz）和特高頻（UHF，300MHz～3GHz）法。高頻法簡(jiǎn)單、易行，可校訂視在放電量，但不易避開干擾。在UHF頻段，空氣電暈放電與油中局放信號(hào)存在差異，檢測(cè)變壓器油紙結(jié)構(gòu)中局放信號(hào)的UHF分量可避免空氣電暈的影響。油中放電與空氣中放電的頻譜特性存在比較明顯的差異。油中放電信號(hào)的能量主要分布在300MHz～1100MHz，而空氣中放電信號(hào)的能量主要分布在0～200MHz，并且絕大部分的信號(hào)能量分布在幾個(gè)極窄、非常陡峭的能量主尖峰中。為了避免空氣中電暈放電脈沖型干擾，用UHF法檢測(cè)變壓器局部放電時(shí)，測(cè)量頻段以大于300MHz為宜。

3 放電脈沖信號(hào)沿設(shè)備繞組的傳播

放電信號(hào)由放電點(diǎn)經(jīng)繞組向兩端傳播時(shí)會(huì)有形變、延遲，接在繞組兩端檢測(cè)系統(tǒng)得到的放電信息可能受到影響。這些影響除與脈沖特性有關(guān)外，還與其在繞組中的傳播規(guī)律有關(guān)。對(duì)于確定局部放電點(diǎn)的位置口、局部放電量的校訂以及確定電流傳感器頻率特性來說，脈沖沿繞組的傳播特性是十分重要的理論基礎(chǔ)。對(duì)放電脈沖糟設(shè)備繞組的傳播，采用數(shù)值仿真和試驗(yàn)研究相結(jié)合的方法是分析問題的良好手段。數(shù)值仿真方法經(jīng)濟(jì)、靈活，可進(jìn)行比較系統(tǒng)深入的研究;對(duì)通過仿真分析得到的結(jié)果，町針劉性地進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。這樣，既保證了研究的全面性和結(jié)果的準(zhǔn)確性，又彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)研究成本較高和靈活性差等不足。文獻(xiàn)給出r分析局部放電脈沖沿變壓器繞組傳播的LCK電路網(wǎng)絡(luò)仿真模型。繞組按繞制方式劃分成集中單元，各單元由電感性支路、縱向電容性支路和橫向?qū)Φ仉娙葜方M成?？紤]了匝導(dǎo)線電阻、電感，匝間互感、匝問電容、漏導(dǎo)和餅間電容、漏導(dǎo)，線匝對(duì)鐵心、外殼的電容。各單元間存在互感。發(fā)生局部放電的繞組處仍可看做電容性試品，用三電容模型等效，用陡脈沖電流源模擬放電的外在反映。文獻(xiàn)給出了基于多導(dǎo)體傳輸線理論的變壓器繞組仿真模型。變壓器繞組中的局部放電脈沖在其傳播過程巾的變化與脈沖傳播途徑有關(guān)，繞組兩端脈沖信號(hào)的變化包含了由放電源到測(cè)量端的路徑信息，反映了局部放電源的位置信息。變壓器繞組中的局部放電脈沖在其傳播過程巾的變化與脈沖傳播途徑有關(guān)，繞組兩端脈沖信號(hào)的變化包含了由放電源到測(cè)量端的路徑信息，反映了局部放電源的位置信息。可以依據(jù)繞組兩端脈沖信號(hào)一定頻率范圍內(nèi)幅頻特性的比值來估計(jì)放電點(diǎn)的位置一”’”。在0.9MHz～lMHz的頻率范圍內(nèi)，繞組高壓和低壓端脈沖信號(hào)頻譜平均值的比值H一/Hx與放電發(fā)生位置有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系口“。圖6給出變壓器高壓繞組的不同節(jié)點(diǎn)注入放電脈沖時(shí)的H。/H，（符號(hào)“+”），用折線擬合H。/Hx與放電點(diǎn)位置z的關(guān)系;將首、末端注入校訂信號(hào)時(shí)的比值分別以A、B表示，在H^/Hx～z圖中繪制連接（0，A），（50%，（3A+5B）/8），（100%，B）這3點(diǎn)的折線。可利用幅比折線進(jìn)行放電定位。幅比折線法的定位誤差小于15%。400kV變壓器為自耦變壓器，因此，縱軸反映的是H一/H。

4 繞組類結(jié)構(gòu)視在放電校訂方法

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《局部放電測(cè)量》中規(guī)定了視在放電量的校訂方法（簡(jiǎn)稱傳統(tǒng)法），這種方法能很好地適用于集中型電容試品。由于繞組類設(shè)備脈沖傳播的復(fù)雜性，若按傳統(tǒng)方法標(biāo)定，僅當(dāng)繞組首端放電時(shí)才能正確反映視在放電量，而對(duì)繞組其他部位發(fā)生的放電，得到的則是“視在的”視在放電量。對(duì)220kV、500kV變壓器進(jìn)行了仿真分析[1…。在繞組A端與地之間注入24nC的校訂脈沖波，獲得校訂系數(shù)。在繞組的不同節(jié)點(diǎn)處分別注入24nC的放電脈沖，在A端、x端測(cè)點(diǎn)檢測(cè)響應(yīng)信號(hào)，通過傳統(tǒng)方法校訂獲得在A端、x端測(cè)得的視在放電量，仿真結(jié)果表明，視在放電量與注入電荷差別較大。使用幾何平均法來校正視在放電量：以q一，qx分別表示A端、x端測(cè)點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)的校訂結(jié)果，則視在放電量，可知視在放電量與24nC差別大為縮小。對(duì)500kV變壓器，仿真分析結(jié)果表明也可使用幾何平均法。對(duì)400kV變壓器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。未校正前，不同部位放電時(shí)，A端測(cè)點(diǎn)所得視在放電量最小，只有注入電荷的0.3倍，d端所得視在放電量最大，達(dá)注入電荷的15倍，經(jīng)校正后視在放電量最大為注入電荷的2倍，差別大為縮小。根據(jù)窄帶干擾的頻帶分布，可使用模擬濾波器或數(shù)字濾波器。自適應(yīng)數(shù)字濾波系統(tǒng)的基礎(chǔ)是FIR數(shù)字濾波器和自適應(yīng)算法，系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際情況使濾波器作相應(yīng)改變，從而達(dá)到抑制窄帶干擾的目的。小波變換可看做是用帶通濾波器在不同尺度下對(duì)信號(hào)濾波，濾波器的中心頻率隨尺度因子的縮小而增高，但帶寬與中心頻率之比恒定，因此濾波器的帶寬也相應(yīng)變寬。小波分析方法可用來抑制窄帶干擾。

5 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外有關(guān)學(xué)者已經(jīng)針對(duì)變壓器的放電故障診斷進(jìn)行了相對(duì)深入的研究，有關(guān)成果也十分顯著，其進(jìn)一步的開發(fā)應(yīng)用必將推動(dòng)故障診斷技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]劉璇.變壓器局部放電全頻帶綜合檢測(cè)分析研究[D].華北電力大學(xué)，2018.