基于UHF技術(shù)的油浸式主變壓器局部放電監(jiān)測研究

金峰

【摘 要】為了有效避免電廠變壓器的局部放電監(jiān)測中各種噪聲問題的影響，以UHF為基礎(chǔ)形成了放電監(jiān)測分析方法，同時(shí)設(shè)計(jì)出一種局部放電傳感器以及相配套的硬件電路，對(duì)降頻電路和傳感器的實(shí)效性進(jìn)行了驗(yàn)證，最后分析實(shí)際測算發(fā)現(xiàn)，UHF技術(shù)能夠有效消除電廠周圍電磁干擾，準(zhǔn)確診斷變壓器故障。

【關(guān)鍵詞】油浸式;主變壓器;局部放電

中圖分類號(hào)： TM855文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）21-0057-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.21.025

Study on Partial Discharge Monitoring of Oil-immersed Main Transformer Based on UHF Technology

JIN Feng

（Fuqing Nuclear Power Co.， Ltd.， Fuqing Fujian 350300， China）

【Abstract】In order to effectively avoid the influence of various noise problems in partial discharge monitoring of transformers in power plants， a method of discharge monitoring and analysis is formed based on UHF. At the same time， a partial discharge sensor and its corresponding hardware circuit are designed， and the effectiveness of the frequency reduction circuit and the sensor is verified. Finally， the actual situation is analyzed. It is found that UHF technology can effectively eliminate electromagnetic interference around power plant and accurately diagnose transformer faults.

【Key words】Oil-immersed type; Main transformer; Partial discharge

0 引言

局部放電主要是主變壓器中絕緣損壞的主要標(biāo)志，對(duì)主變壓器中的局部放電問題進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，能夠有效預(yù)防各種事故的發(fā)生，尤其是在核電站中，一旦出現(xiàn)事故問題便會(huì)造成巨大的影響。當(dāng)下主變壓器相關(guān)局部放電監(jiān)測方法形式多樣，而在各種因素的影響下，容易對(duì)監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性造成一定影響，為此需要進(jìn)行深入研究。

1 UHF局部放電傳感器

為了躲避現(xiàn)場中的各種電磁干擾信號(hào)，可以選擇500到1500MHZ之間的阿基米德螺旋式天線，充當(dāng)主變壓器的局部放電傳感器測量設(shè)備。明確阿基米德螺旋式天線的內(nèi)部參數(shù)結(jié)構(gòu)，具體包括螺旋圈數(shù)、螺旋寬度、螺旋的增長率、螺旋內(nèi)徑、螺旋外徑等內(nèi)容。螺旋線的外徑主要是由工作頻率下限對(duì)應(yīng)波長所決定。隨著饋點(diǎn)之間距離的不斷減小，進(jìn)入到饋點(diǎn)當(dāng)中的入射波距離也就越近。當(dāng)螺旋線外徑不變的條件下，螺旋的增長率能夠?qū)β菪€的圈數(shù)產(chǎn)生直接影響。如果螺旋線的長度過長，便會(huì)導(dǎo)致終端的效應(yīng)減小，擁有良好的波段特性，但假如螺旋增長率過低，圈數(shù)的數(shù)量過大，電力傳輸損耗也會(huì)相繼擴(kuò)大，綜合傳輸損耗、終端效應(yīng)等因素進(jìn)行考慮，UHF局部放電檢測通常將螺旋線的圈數(shù)設(shè)置為10，即螺旋線的寬度較大、單臂螺旋線的圈數(shù)是5，而雙臂的螺旋線圈數(shù)是10，其阻抗的輸入值也相繼減小，在間隙寬度和螺旋線寬度相等的情況下，這種結(jié)構(gòu)便是自補(bǔ)結(jié)構(gòu)，其能夠促進(jìn)寬頻帶阻抗之間實(shí)現(xiàn)有效匹配。通過分析能夠發(fā)現(xiàn)，螺旋線的圈數(shù)和外徑已經(jīng)得到了初步確定，螺旋線的間距和寬度大致相同。

結(jié)合相關(guān)方案，以阿基米德式天線為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)主變壓器的局部放電監(jiān)測傳感器，并將其安置于變壓器的入門孔或外罩，利用導(dǎo)線引出信號(hào)[1]。

2 硬件降頻電路

2.1 基本原理

局部放電監(jiān)測信號(hào)通常是將研究重點(diǎn)放到放電峰脈沖當(dāng)中，或小于50赫茲的工頻信號(hào)相位上，對(duì)于放電波形并沒有太多的關(guān)注。在這種條件下，為了進(jìn)一步減小監(jiān)測工作的難度，此次主要通過檢波電路來對(duì)監(jiān)測的信號(hào)實(shí)施降頻處理，從而在確保局部放電相位和脈沖峰值的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步減小采樣頻率。此次設(shè)計(jì)主要是以二極管為基礎(chǔ)，相應(yīng)的檢波電路基本原理如下，檢波電路信號(hào)輸出狀況能夠直接將超高頻調(diào)幅的包絡(luò)波動(dòng)變化規(guī)律直接反映出來，包括低通濾波器、檢波二極管、輸入后回路等幾部分構(gòu)成，充電時(shí)間常數(shù)較小，電容的充電速度快，能夠快速創(chuàng)建電壓，放電時(shí)間較大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了主變電器的局部放電周期。

2.2 實(shí)測信號(hào)

主變壓器等電力設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)了局部放電的問題時(shí)，便會(huì)散發(fā)出一種電磁波信號(hào)，即UHF超高頻電磁波信號(hào)，對(duì)空間中的超高頻電磁波信號(hào)進(jìn)行檢測，便可以準(zhǔn)確找出電力設(shè)備中的局部放電問題。在局部放電問題下，衍生出來的超高頻電磁波信號(hào)的頻率相對(duì)較高，已經(jīng)超出了500MHZ，但空氣中的電暈干擾和背景噪音通常都相對(duì)較低，小于400MHZ。為此通過UHF檢測能夠有效消除核電廠中的各種信號(hào)干擾，提高局部放電檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。為此設(shè)計(jì)UHF天線檢測系統(tǒng)，和相應(yīng)的配套硬件電路，對(duì)實(shí)測信號(hào)驗(yàn)證系統(tǒng)可靠性。

通過分析可以發(fā)現(xiàn)檢波電路能夠?qū)χ髯儔浩鞯木植砍哳l放電信號(hào)進(jìn)行合理檢測，同時(shí)使檢波工作結(jié)束后的脈沖正向峰值誕生時(shí)間維持一種固定不變的狀態(tài)。此外，放電時(shí)間常數(shù)的差異，還會(huì)對(duì)波形疊加造成一定的影響，為此需要對(duì)檢波電路系統(tǒng)中的放電時(shí)間常數(shù)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，即科學(xué)設(shè)計(jì)電容大小。

3 變壓器局部放電監(jiān)測和模型分析

3.1 硬件設(shè)計(jì)

充分結(jié)合核電廠中的變壓器鐵芯接地電流、主變壓器的局部超高頻信號(hào)以及油中的氣體含量等元素，對(duì)主變壓器進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，看其內(nèi)部是否存在局部放電的問題。而主變壓器的局部超高頻檢測傳感器設(shè)備主要安裝于人孔門當(dāng)中，設(shè)備的前置處理可以通過檢波電路實(shí)施，這種模型的核心結(jié)構(gòu)是主變壓器的局部超高頻放電監(jiān)測設(shè)備，融合了各種診斷手段方式、鐵芯接地電流、油中的色譜等輔助檢測方式，能夠進(jìn)一步提高結(jié)果診斷的準(zhǔn)確性[2]。

3.2 軟件框架

系統(tǒng)中的軟件包括信息集成、信息交互、綜合診斷、綜合分析、統(tǒng)計(jì)放電圖譜、脈沖分析、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)快速采集等功能模塊。其中的統(tǒng)計(jì)放電圖譜主要是針對(duì)主變壓器中的放電三維圖譜和二維圖譜實(shí)施準(zhǔn)確計(jì)算，從而為后期的快速、準(zhǔn)確診斷主變壓器局部的放電故障問題提供可靠的參考依據(jù)，合理診斷變壓器的故障問題。綜合診斷和綜合分析是全面綜合鐵芯的接地電流、油中的色譜等數(shù)據(jù)信息，聯(lián)合變壓器中的運(yùn)行狀況，進(jìn)行全面的監(jiān)控分析[3]。

4 實(shí)測數(shù)據(jù)監(jiān)測分析

此次系統(tǒng)主要應(yīng)用在某核電廠中的主變壓器，對(duì)主變壓器出現(xiàn)的局部放電問題進(jìn)行合理檢測。主變壓器的低壓側(cè)24千伏，高壓側(cè)是500千伏，變壓器的整體容量是410MVA，運(yùn)行期間出現(xiàn)油色譜異常。通過在主變高壓側(cè)面底部裝設(shè)UHF超高頻裝置，進(jìn)行長期的局放檢測。檢測過程中發(fā)現(xiàn)，主變壓器的放電現(xiàn)象呈現(xiàn)出一種持續(xù)穩(wěn)定放電的趨勢，油中乙炔量穩(wěn)定在0.3ppm。特高頻存在穩(wěn)定絕緣放電信號(hào)，幅值最大57dB左右且持續(xù)穩(wěn)定，但放電脈沖數(shù)有明顯變化趨勢，從原來日平均50-70脈沖左右，增加到300脈沖左右，逐漸減弱到150左右脈沖。根據(jù)放電脈沖說明放電程度存在內(nèi)部提升。通過放電圖譜分析認(rèn)為是中性點(diǎn)套管連接部位螺栓松動(dòng)引起。目前，電廠已組織。

通過案例分析能夠發(fā)現(xiàn)，此次的核電廠主變壓器監(jiān)測模型具有較強(qiáng)的實(shí)效性。核電廠中的主變壓器是電網(wǎng)和電機(jī)組之間進(jìn)行有序連接的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，一旦主變壓器出現(xiàn)問題，便會(huì)對(duì)整個(gè)核電廠造成不良影響，無法為電網(wǎng)饋電，并發(fā)揮出有效的價(jià)值作用。在快速準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)主變壓器中的局部放電問題后，并及時(shí)進(jìn)行檢修工作，和主變壓器發(fā)生重大事故后才開始進(jìn)行檢修工作相比，能夠縮減半個(gè)月左右的維修時(shí)間，為此通過此次設(shè)計(jì)出來的局部放電監(jiān)測系統(tǒng)，能夠迅速檢測出主變壓器的故障問題，并制定針對(duì)性的檢修方案，能夠有效減少檢修工期，同時(shí)還不會(huì)產(chǎn)生額外的檢修費(fèi)用，主變壓器的局部監(jiān)測系統(tǒng)不會(huì)對(duì)主變壓器的操作運(yùn)行產(chǎn)生任何的影響。從技術(shù)層面分析，系統(tǒng)研發(fā)能力進(jìn)一步提高了核電廠中的經(jīng)濟(jì)效益和安全效益。

5 結(jié)語

綜上所述，核電廠中的油浸式相關(guān)主變壓器所產(chǎn)生的局部放電問題主要是導(dǎo)致變壓器事故的直接原因，為此需要對(duì)主變壓器中的局部放電活動(dòng)進(jìn)行全面監(jiān)測，從而有效預(yù)防變壓器事故的出現(xiàn)。

【參考文獻(xiàn)】

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