變壓器內(nèi)部絕緣系統(tǒng)局部放電分析研究

王馨媛

摘要：文章以在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為切入點(diǎn)，由信號(hào)放大器、傳感器、檢波模塊、數(shù)據(jù)采集、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及模數(shù)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，通過在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)、組裝后，測試在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠及時(shí)收集變壓器局部放電信號(hào)，予以人員警示。

關(guān)鍵詞：變壓器;局部放電;在線監(jiān)測;系統(tǒng)應(yīng)用

變壓器對(duì)于電力系統(tǒng)可靠穩(wěn)定的運(yùn)行具有重要作用，為提高電網(wǎng)自適應(yīng)能力，應(yīng)當(dāng)做好在線監(jiān)測工作。而局部放電可將變壓器運(yùn)行情況反映出來，表征變壓器內(nèi)部老化絕緣信息，是設(shè)備檢測的靈敏特征量，局部放電時(shí)會(huì)向周圍輻射電磁波，可利用天線監(jiān)測輻射電磁波，保證傳感器靈敏精確，利用系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存與預(yù)警，從而維護(hù)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。

1. 在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)變壓器局部放電超高頻信號(hào)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)監(jiān)測系統(tǒng)，信號(hào)檢測由信號(hào)放大器、傳感器、檢波模塊、數(shù)據(jù)采集、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及模數(shù)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。超高頻傳感器能夠轉(zhuǎn)化局部放電信號(hào)為可測量與處理電信號(hào)，由于轉(zhuǎn)換新號(hào)較為微弱，頻率為幾百、上千兆赫茲，需降頻、放大信號(hào)處理，利用信號(hào)放大器放大信號(hào);信號(hào)放大后，經(jīng)過檢波電路降頻電信號(hào)，保證信號(hào)頻率與幅值被調(diào)理為便于轉(zhuǎn)換處理的形式，利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器處理后，使用DPS采集、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，工控機(jī)實(shí)時(shí)分析信號(hào)，有局部放電特征信號(hào)則輸送至變電站控制室。

2. 在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 超高頻傳感器

傳感器作為檢測系統(tǒng)關(guān)鍵元件，對(duì)于檢測精度及信號(hào)處理、提取特征具有決定性作用。本次超高頻傳感器是立足于矩形微帶天線原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，天線通過絕緣介質(zhì)正面，利用銅片蝕刻性狀形成到點(diǎn)回路，背面接地形成超高頻電磁波天線，相較于其他天線類型，微帶矩形天線具有便于攜帶、重量輕、尺寸小的特點(diǎn)。FR-4環(huán)氧樹脂由于介電性、機(jī)械性好，設(shè)計(jì)超高頻傳感器以FR-4環(huán)氧樹脂為絕緣基片材料。在基片正反面均蝕刻銅片，反面接地、正面能夠接收高頻信號(hào)，各有焊點(diǎn)能夠?qū)⑵溥B接起來，傳感器使用同軸線饋電模式，天線底部引入軸線，同軸線內(nèi)芯利用介質(zhì)基片連接天線正面銅片，同軸線外導(dǎo)體連接天線背面。

超高頻傳感器通過吉赫茲橫電磁波小室獲得傳感器幅頻特征，獲取頻率范圍內(nèi)高度平均值為輸出信號(hào)量化表征參數(shù)，提高傳感器靈敏性，搭建吉赫茲橫電磁波室。

測試中傳感器放在GTEM表面，以網(wǎng)絡(luò)分析儀確定傳感器幅頻特性，頻段檢測在300-1500MHz內(nèi)。

2.2信號(hào)處理設(shè)計(jì)

2.2.1超聲信號(hào)處理

局部放電信號(hào)微弱，運(yùn)行變壓器現(xiàn)場也存在聲波噪聲、電磁波等，傳感器獲得信號(hào)較為微弱，夾帶噪聲信號(hào)，需進(jìn)行信號(hào)放大濾波處理。在放大電路中，采取AD8055芯片放大電路，性能參數(shù)見表1：

為提高檢測精度、減少噪聲，設(shè)計(jì)差分電路，轉(zhuǎn)換單端傳輸信號(hào)為差分信號(hào)，利用AD8131芯片構(gòu)成差分電路。

2.2.2超高頻信號(hào)處理設(shè)計(jì)

在超高頻傳感器中檢測信號(hào)范圍較廣，為濾除通信等干擾，設(shè)計(jì)檢波器和放大器共同構(gòu)成的信號(hào)處理器，使用ADL5441芯片構(gòu)成放大電路，差分電路和信號(hào)處理電路相同。

2.3數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)

監(jiān)測系統(tǒng)為保證能夠準(zhǔn)確收集傳感器所檢測的局部放電信號(hào)，采取C語言設(shè)計(jì)局部放電采集信號(hào)軟件，立足于DSP工具CCS環(huán)境下開發(fā)軟件，支持開發(fā)多款DSP，利用開發(fā)環(huán)境下編輯、匯編調(diào)試程序，為設(shè)計(jì)DSP軟件提供便利條件。在檢測局部放電信號(hào)中，要求及時(shí)采集局部放電信號(hào)進(jìn)行判斷，程序軟件作為主體，能夠協(xié)調(diào)各分系統(tǒng)。

初始化程序需要設(shè)定系統(tǒng)各端口、外設(shè)等變量，完成初始化，檢測有局部放電信號(hào)采集信號(hào)數(shù)據(jù)，信號(hào)處理后輸入DSP存儲(chǔ)，上傳采集數(shù)據(jù)。

3.系統(tǒng)組裝與調(diào)試

3.1 信號(hào)處理模塊

局部放電檢測能夠獲得局部放電處理后的信息，選擇NIUSB-5133采集卡信號(hào)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)前置處理單元獲得的模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)完成轉(zhuǎn)換。該采集卡參數(shù)為靈敏度156mV、輸入模擬電壓±20V、輸入模擬分辨力8bits、最大采樣率100MS/s，最大帶寬50Hz。

3.2 電源模塊

選用市場購買鋰電池為系統(tǒng)供電，額定電壓為21V、容量42000mAh、充電電流<5A、放電電流<15A、工作電壓18.5V、放電保護(hù)電流35A。經(jīng)過測試鋰電池可為系統(tǒng)工作提供5h支撐，滿足多數(shù)檢測局部放電續(xù)航需求。

3.3 主機(jī)模塊

該模塊含有分析局部放電軟件，能夠分析判斷接收的局部放電信號(hào)，生成分析結(jié)果，明確工頻周期疑似局部放電信號(hào)脈沖數(shù)量及幅值。

3.4性能測驗(yàn)

組裝傳感器模塊、信號(hào)采集、處理及電源等，構(gòu)成檢測局部放點(diǎn)系統(tǒng)，能夠監(jiān)測局部放電特高頻與超聲波，以脈沖發(fā)生器進(jìn)行局部放電模擬，放電量為60pc，電路串入100pE電容，能夠產(chǎn)生超高頻放電脈沖電流，經(jīng)過檢測發(fā)現(xiàn)具有良好效果，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)變電器局部放電，便于人員維修處理。

4.結(jié)語

綜上所述，變壓器運(yùn)行環(huán)境惡劣或是產(chǎn)生內(nèi)部故障，局補(bǔ)償強(qiáng)大則會(huì)造成局部放電，影響設(shè)備安全運(yùn)行，可合理設(shè)計(jì)局部放電檢測系統(tǒng)，將系統(tǒng)作用發(fā)揮出來，保證變壓器運(yùn)行穩(wěn)定。

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