电力变压器检测技术研究毕业论文设计Word文档格式.docx
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developmentofon-linedetectionmethodsprovideguidance.
KEYWORDS:
transformer,partialdischarge,on-lineinspection,high-frequency,uhf
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第一章引言..................................................................................5
1.1选题背景和意义...............................................................................................5
1.2文献综述...........................................................................................................5
1.3本文的主要内容和结构安排.........................................................................10
第二章局部放电与变压器局部放电的测量...........................11
2.1局部放电概述.................................................................................................11
2.2变压器局部放电测量方法.............................................................................16
第三章北京市电力公司局部放电在线检测技术错误！
未定义书签。
3.1空间电磁波频谱测试技术.............................................错误！
3.2POCheck高频局放监测技术........................................错误！
3.3地电波局放监测技术.....................................................错误！
3.4超声波局放监测技术.....................................................错误！
3.5OWTS振荡波局放监测技术........................................错误！
3.6高速示波器精确定位技术.............................................错误！
3.7超高频局放监测技术.....................................................错误！
3.8油色谱分析技术.............................................................错误！
3.9气体分析技术.................................................................错误！
第四章局部放电联合诊断技术...............................................18
4.1联合诊断技术原理.........................................................................................18
4.2典型图谱的实测比对.....................................................................................19
4.3联合诊断技术的确立.....................................................................................19
第五章典型案例........................................................................20
5.1案例.................................................................................................................20
第六章结论................................................................................24
参考文献....................................................................................25
3
致谢............................................................................................27
毕业设计（论文）外文资料翻译..............错误！
附录：
.................................................错误！
AnExpertSystemforTransformerFaultDiagnosisUsingDissolvedGas
Analysis.................................................................................错误！
通过分析变压器中溶解气体而进行故障诊断的专家系统错误！
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第一章引言
1.1选题背景和意义
随着国民经济的发展，针对电力系统可靠运行的要求越来越高，而电力变压器是电力系统的枢纽设备，其运行的可靠性直接关系到电力系统的安全与稳定。
对实际故障的统计分析表明，绝缘故障是影响变压器正常运行的主要原因，而局部放电是造成变压器绝缘劣化的主要原因。
它既是绝缘缺陷的预兆，又是其发展的产物。
目前国内的局放试验多在离线状态下进行，此时变压器已经脱离电网及外界干扰，测量较容易。
但离线状态下，设备处于“冷状态”，外界的电磁场、发热、机械振动等环境影响都与实际运行时不同，所测数据也有一定偏差，因此有必要进行局放在线检测。
同时，在线检测时试品不用承受高于额定值的过电压，不会影响被试设备，属于非破坏性试验。
此外，带电检测可以在不影响设备正常运行的情况下，随时测量或监测设备的“健康状态”，使管理者对设备运行状态心中有数，也便于科学合理地安排设备检修周期及检修项目，使维修更换时有的放矢，不仅大量缩减检修时间及相应人力物力财力消耗，也使企业管理水平上升到一个新的层面，实现对在役设备的在线监测和数字化管理。
电力设备综合监测、分析、诊断一直是电力部门期待解决的问题。
传感技术、信号检测处理技术及诊断技术的发展，为建立电力变压器局部放电在线监测系统提供了技术基础，变压器运行经验的积累为绝缘诊断提供了依据。
本课题期望能够引进、消化、吸收国内外的先进技术和经验，结合北京市电力公司设备的实际情况，实现北京市电力公司自己特色的主变压器局部放电在线检测实施方法和分析判断方法。
1.2文献综述
局部放电检测是以发生局部放电时产生的电光声等现象为依据，来判断局部放电的状态，包括定位和放电的程度。
其检测方法有脉冲电流法、超声波检测法、光测法、化学检测法等多种检测方法。
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l、脉冲电流法
脉冲电流法通过检测阻抗或电流传感器，检测变压器套管末屏接地线、外壳接地线、中性点接地线、铁心接地线以及绕组中由于局部放电引起的脉冲电流，获得视在放电量。
脉冲电流法是研究最早、应用最广泛的一种检测方法，IEC
60270为IEC正式公布的局部放电测量标准。
检测变压器局部放电用的电流传感器通常由罗戈夫斯基线圈制成。
电流传感器按频带可分为窄带和宽带两种，窄带传感器带宽一般在10kHz左右，中心频率在20--30kHz之间或更高;
宽带传感器带宽为100kHz左右，中心频率在200--400kHz之间。
脉冲电流法通常被用于变压器出厂试验以及力其他离线测试中，其离线测量灵敏度高，而且可以测量视在放电量。
脉冲电流法的缺点在于:
由于运行现场干扰严重，导致脉冲电流法无法有效应用于在线监测;
对于变压器这类具有绕组结构的设备，由于局部放电在绕组内的传播导致脉冲电流法在标定时产生很大的误差;
当试样的电容量较大时，受藕合电容的限制，测试仪器的测量灵敏度受到一定限制;
测量频率低，频带窄，包含的信息量少。
2、超声波法
用固定在变压器油箱壁上的超声波传感器可以接受到局部放电产生的超声波，由此来检测局部放电的大小和位置。
由于此方法受电气干扰的影响比较小以及它在局部放电定位中的作用，人们对超声波的研究比较深入。
局部放电产生的声波频率范围分布很广，一直延伸到超声波频率，而现场中的环境干扰（如运行中变压器的励磁噪声、散热器风扇、冷却器、潜油泵的噪声、循环油噪声等）的频率大多为声频。
因此，选择局部放电的超声频段进行检测容易避开干扰的影响，选用的频率范围一般为70--150kHz，目的是为了避开铁心的磁噪声和变压器的机械振动噪声。
很早以前人们就用局部放电发生的声波和超声波来检测放电的位置，但由于灵敏度很低，在局部放电测试中很少使用。
近年来，由于换能元件灵敏度的提高和低噪声的集成元件放大器的应用，大大提高了超声波测量的灵敏度。
再加上设计好的超声波探测仪器可以很好地消除干扰，能有效确定局部放电的部位。
超声检测主要用于定性地断局放信号的有无，以及结合脉冲电流法或直接利用超声信号对局放源进行物理定位。
在电力变压器的离线和在线检测中，它6
是主要的辅助测量手段。
3、DGA法（气相色谱法）
当变压器中发生局部放电时，各种绝缘材料发生分解破坏，产生新的生成物，通过检测气体生成物的组成和浓度，可以判断局部放电的状态。
目前，该方法广泛应用于变压器，分析各种气体的组成和浓度可确定故障类型和故障程度。
IEC为此特意制定了三比值法的推荐标准。
该方法目前已广泛应用于变压器的在线故障诊断中，并且建立起模式识别系统可实现故障的自动识别，是当前在变压器局放检测领域非常有效的方法。
该方法的优点是不受外界电磁干扰的影响，准确度较高。
但是DGA法具有两个缺点:
油气分析是一个长期的监测过程，因而无法发现突发性故障;
该方法无法进行故障定位。
4、红外热像法
它是利用变压器内部局部放电产生的电热能量转换来检测局部放电区域的温度变化。
优点是使用方便，结果直观。
缺点是当故障点处于变压器深处时，检测不到。
用于定性测量有其一定意义，但用于定量研究还存在困难。
目前多用于套管的检测。
5、RIV法（无线电干扰测量法）
局部放电会产生无线电干扰的现象很早就被人们所认识。
例如人们常采用无线电电压干扰仪来检测由于局放对无线电通讯和无线电控制的干扰，并已制定了测量方法的标准。
用RIV表来检测局放的测量线路与脉冲电流直测法的测量电路相似。
此外，还可以利用一个接收线圈来接收由于局放而发出的电磁波，对于不同测试对象和不同的环境条件，选频放大器可以选择不同的中心频率（从几万赫兹到几十万赫兹），以获得最大的信噪比。
这种方法已被用于检查电机线棒和没有屏蔽层的长电缆的局放部位。
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6、光测法
光测法利用局放产生的光辐射进行检测。
在变压器油中，各种放电发出的光波长不同，研究表明通常在500—700nm之间。
在实验室利用光测法来分析局放特征及绝缘劣化等方面已经取得了很大进展，但是由于光测法设备复杂昂贵、灵敏度低，且需要被检测物质对光是透明的，因而在实际中无法应用。
7、射频检测法
利用罗果夫斯基线圈从变压器中性点处测取信号，测量的信号频率可以达到3万千赫兹，大大提高了局放的测量频率，同时测试系统安装方便，检测设备不改变电力系统的运行方式。
但对于三相电力变压器，得到的信号是三相局放信号的总和，无法进行分辨，且信号易受外界干扰。
随着数字滤波技术的发展，射频检测法在局放在线检测中得到了较广泛的应用。
8、超高频法
局部放电超高频检测是通过超高频传感器接收变压器内部局部放电产生的超高频电磁波，实现局部放电的检测，并实现抗干扰。
变压器每一次局部放电都发生正负电荷的中和，伴随有一个很陡的电流脉冲，并向周围辐射电磁波。
根据已经取得的结论:
局部放电所辐射的电磁波的频谱特性与局部放电源的几何形状以及放电间隙的绝缘强度有关。
当放电间隙比较小，且放电间隙的绝缘强度比较高时，放电过程的时间比较短，电流脉冲的陡度比较大，辐射的电磁波超高频分量比较丰富。
目前已经证实:
变压器内部局部放电确实能激发出很高频率的电磁波，最高可达数1GHz。
传统的局部放电检测方法，测量频率低，易受外界干扰。
通常超高频检测技术的检测频带是500一1500MHz，而实测表明，现场噪声通常低于400MHz，可最大限度避开干扰。
同时，由于检测频带宽，具有较高的灵敏度。
另外，与其它方法不同，超高频法测得的波形更加符合实际的放电波形，可以较全面的研究变压器内部局部放电的本质特征。
其缺点是超高频法体外检测灵敏度低，体内检测预8
置超高频传感器要厂家配合;
此外，难以进行标定是阻碍超高频技术应用的最大障碍。
局部放电超高频检测技术近年来得到了较快的发展，在以GIS为代表的电力设备中得到了成功的应用。
由于GIS的结构特点，超高频检测GIS局部放电已成功地应用多年。
局部放电信号在GIS中是以TEM波和TE波、TM波的形式传播的，GIS的同轴结构相当于导引电磁波的波导管，TE波与TM波在其中传播的截止频率取决于G工S的结构尺寸，同时由于间隔的作用，一个GIS系统如同一系列的谐振腔，谐振腔中信号传播损耗小，信号传播时间长，通常一个纳秒级的局部放电信号可以持续I0mS以上，有利于检测。
对变压器而言，局部放电通常发生在变压器内的油一隔板绝缘中，由于绝缘结构的复杂性，电磁波在其中传播会发生多次折返射及衰减。
同时，变压器内箱壁也会对电磁波的传播带来不利影响，这就大大增加了检测的难度。
因此，变压器局部放电超高频检测技术的研究还处于起步阶段。
国外方面，荷兰KEMA实验室的RutgerS等人在实验室中对变压器局部放电超高频检测技术进行了初步研究。
研究结果表明:
油中放电上升沿很陡，脉冲宽度多为纳秒级，能激起IGHz以上的超高频电磁波。
他们还在实验室中检测到了几种缺陷放电的超高频信号，并研制了300--1200MHZ的超高频天线运用于实际变压器中。
他们将天线插入变压器放油阀中，天线面与油箱壁在同一平面上，所测得的信号通过一个波导结构从变压器导出并送入检测装置，这样电磁波到达传感器时衰减较少;
同时，波导结构有利于电磁波的无损传播，从而提高了超高频法的检测灵敏度（可达到10pC）。
英国Strathclyde大学的Judd等人在GIS超高频检测研究的基础上，也对变压器进行了实验室研究，并进行了现场实测。
传感器为盘式的电容祸合器（disccoupler），在变压器顶部靠近高压侧的箱体上开一介质窗，传感器通过介质窗提取局部放电信号，送入频谱分析仪，选取最优频率后，使用频谱仪的POW（pointonwave）模式进行分析，取得了一定的成果。
此外他们还使用最小路径法对变压器局部放电的定位进行了探讨，他们最主要的贡献是发明了一系列超高频天线的标定计算方法，为以后超高频法测量局部放电的标准化奠定了一定的基础。
此外，法国ALSTOM输配电研究中心的K.Raja等人在实验室内研究了各种典型局部放电模型的超高频特性，发明了能够选择干扰最小的频段进行检测的ZeroSpan超高频局部放电检测方法，并据此建立了模式识别方9
法。
国内方面，西安交通大学王国利等人在变压器的超高频局部放电检测方面作了许多工作，建立了检测频带可调的实验室检测系统及局部放电自动识别系统，思路和方法与国外几家基本相同。
清华大学则试图通过在变压器内部引出线的附近安置UHF天线的方法来测量变压器的内部放电，在实验室内进行了研究。
1.3本文的主要内容和结构安排
本文介绍了北京市电力公司主变压器局部放电在线检测技术的应用研究，对局部放电的测量技术进行了分析，对北京市电力公司所采用的局部放电在线检测的几种先进技术进行了介绍和分析，给出了技术应用的典型案例和关键技术的典型图谱。
论文第一章为引言部分，介绍了选题的背景和意义，并简单介绍了国内外局部放电测量的技术现状;
第二章介绍了局部放电的基本知识，并介绍了现在运用较为普遍的变压器局部放电测量的脉冲电流法;
第三章详细介绍了目前北京市电力公司所使用的电力设备局部放电在线检测技术;
第四章通过论证确定了主变压器局部放电联合诊断技术;
第五章通过两个典型的变压器局放案例介绍了相关在线检测技术发现和定位局放方面的有效性;
第六章是一个简单的小结。
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第二章局部放电与变压器局部放电的测量
2.1局部放电概述
1、局部放电的定义
根据GB/T7354-2006《局部放电测量》中的定义，局部放电是指导体间绝缘仅被部分桥接的电气放电，这种放电可以在导体附近发生也可以不在导体附近发生。
当电力设备的绝缘内部存在气隙或生产过程中造成一些缺陷，在高电场强度作用下，气隙首先击穿，并会发生多次的重复击穿和熄灭，而周围的绝缘介质仍保持着绝缘性能，整个绝缘结构并未形成电极间的贯穿性放电通道。
局部放电一般存在于固体绝缘的空隙中，液体绝缘的气泡中，电极表面的尖锐部位或电场中的悬浮金属的表面;
介质的沿面放电，层压材料中的放电，固体绝缘的表面和内层的树枝状爬电等也属于这一类。
2、局部放电的危害
如果电气设备绝缘在运行电压下出现局部放电，这些微弱的放电会使绝缘材料受到电晕腐蚀、局部过热、紫外线辐射和氧化作用，产生的累积效应会使绝缘的介电性能逐渐劣化并使局部缺陷扩大，最后导致整个绝缘击穿，设备损坏。
如油纸绝缘在局部放电作用下会产生不饱和烃CH、H、CH和x蜡，蜡质会积留在4222固体绝缘上，放电产生的气体又使放电增加，造成在场强高的部位或绝缘纸有损伤的部位发生击穿，或沿着层间间隙爬电，或形成树枝状放电，在放电通道上会形成整齐的碳化层，最终贯穿绝缘。
虽然局部放电会使绝缘劣化而导致损坏，但它的发展是需一定时间的，发展时间与设备本身的运行状况及局部放电种类，与其产生的位置和设备的绝缘结构等多种因素有关。
因此，一个绝缘系统寿命与放电量的关系分散性很大，这也是该项测试技术有待研究的一个课题。
总的来讲，对一个绝缘系统的好坏判断是其局部放电越小越好。
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3、局部放电测量的目的和意义
用传统的绝缘试验方法很难发现局部放电缺陷，并且lmin交流耐压试验还会损伤绝缘，影响设备以后的运行性能，随着电压等级提高，这个问题更为严重。
因而，测试电气设备的局部放电特性是目前预防电气设备故障的一种好方法，可以发现潜在绝缘薄弱部位，通过局部放电试验的变压器类设备，在运行中可靠性是比较高的。
目前局部放电已列为变压器类设备的出厂、交接和预试项目，在国家电网公司《输变电设备状态检修试验规程》中列为诊断性试验项目，成为国内外广泛采用的一种评定绝缘质量的有重大意义的方法，是一种非破坏性试验。
进行局部放电测量的目的主要有:
1）验证设备在规定电压下，局部放电量应小于规定数值;
2）确定起始和熄灭放电电压;
3）制定在规定电
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