杨利才
长春龙源电力设备有限公司 吉林 长春 130000
摘要：目前，我国的经济在迅猛发展，社会在不断进步，传统高压变电站变压器的局部放电自动定位方法定位结果不准确，存在误差。为了解决上述问题，研究了一种新的高压变电站变压器的局部放电自动定位方法，对高压变电站变压器的局部放电参数提取，确定超声波放电次数，得出超声波频谱分布图，对高压变电站变压器的局部放电超声波进行定位，安装滤波器和隔离变压器，确定超声波传播路径后，实现定位。为检测方法效果，设定对比实验，结果表明，高压变电站变压器的局部放电自动定位方法能够精准地定位出传感器位置，相较于传统定位方法，误差下降了2.85%。
关键词：高压变电站;变压器;局部放电;自动定位
引言
随着当今社会的不断发展进步，人们对于电力的需求不断地提高，电能的发展不仅仅影响着人们的生活水平，还关乎着国家的经济发展，因此电力系统的稳定性与可靠性，便需要进行改进提升。如今许多工厂产业都在利用高压电能作为能源进行生产，因此，高压变电站的设立已经是必不可少的提供电能的场所。变压器是高压变电站电力系统中至关重要的设备，变压器是否能够稳定的工作决定着电力的稳定可靠传输，高压变电站变压器在工作过程中经常会出现绝缘故障，经过大量的数据调查显示，绝缘故障绝大多数的罪魁祸首是由于变压器的局部放电而引起的绝缘老化或击穿，这将极大地威胁电力系统的电力传输的稳定与可靠，若要及时地发现故障的原因或位置便可以进一步地提升电力系统的稳定性与可靠性，因此，将对高压变电站变压器的局部放电自动定位方法进行研究。
1高频变压器的工况特性和影响
典型模块化多电平电力电子变压器拓扑主要包括：输入整流级、中间双有源桥(dualactivebridge，DAB)DC/DC变换器和输出逆变级。输入级将高压工频交流电整流成高压直流电，经过隔离级，先将其逆变再调制为高频方波信号，同时高频变压器将原边的高频信号耦合到副边，将其解调并整流成低压直流电，最后经过逆变级转化为低压工频交流电。LLC谐振型变换器具有良好的软开关特性，能够显著提升系统的功率密度，采用变频控制实现功率的双向流动。高频变压器是其中的关键部件。用于大容量电力电子变压器中的高频变压器是通常工作在高频、高压和高温的复杂工况下。可以看到，变压器的磁芯、绝缘和散热在高压高频下必须重点考虑。高频变压器特性受工况的影响很大，主要可以分为内工况和外工况。内工况为高频变压器结构内部的工况，外工况为电力电子变压器工作产生的工况。高频变压器的内工况主要来自损耗、温升和结构导致的应力集中。损耗主要源于工作频率和激励电压波形下磁芯、绕组和绝缘损耗特性；温升主要源于单位体积产热量增加和散热面积减小；结构导致的应力集中主要源于高频高压下小体积的磁芯、绕组排布及绝缘设计导致的电磁-热应力集中。
2高压变电站变压器的局部放电自动定位方法研究
2.1超声波定位法
高压变电站的变压器产生局部放电时电流量比较大，导致变压器的各个端口都会受到因局部放电而产生的电磁波和脉冲信号，这些信号将会在变压器内部的复杂结构中四向传播，超声波定位技术便是通过超声波的传播规律使变压器内的电磁波和脉冲信号相互感应，同时在变压器的外侧安装超声波传感器来显示超声波的信号。根据脉冲信号来引导超声波信号，局部放电产生的脉冲信号会传播到变压器的外壳内部，再计算超声波到超声波传感器的时间和变压器外壳的超声波传播速度以及超声波在变压器中介质的传播速度，利用这些条件即可确定变压器局部放电的位置。
超声波是以散射的方式在变压器内部进行传播，超声波的纵波进行传播时不仅能够在变压器内部进行传播，还能穿透变压器的外壳进而到达超声波传感器，超声波的横波只能在变压器外壳的内部进行传播。
2.2散热
变压器的热量来源主要是磁芯、绕组和介质损耗。由上述分析可知，在高频下，磁芯和绕组损耗都大大高于工频。同时高频变压器体积较小，导致散热面积小，因此高频变压器工作时内部的温升会很高，散热对高频变压器设计至关重要。高频变压器主要采用固体绝缘，其散热冷却方式主要有自然风冷、强迫风冷和水冷等方式。强迫风冷是通过安装风扇或风机加速空气流动，以达到快速冷却的目的。目前常用的强迫风冷方法是低吹顶抽方式，即通过安装在底部的风机将吸收了热量的热空气吹到顶部，再被顶部的风机向上抽出，从而带走变压器的热量。强迫风冷时，变压器的输出容量可提高50%。
2.3电晕放电干扰
这种干扰一般随电源电压的升高而变大，它可由试验区域内各个部位产生。例如使用设备内部发生局部放电，高压引线产生电晕，引线、地线及试验区域内金属体接地接触不良等。这种干扰的放电波形与绝缘内部放电波形相似，很难区分，但常见且易于判别的干扰有金属尖对空气介质。较低电压下产生电晕放电，放电脉冲总叠加于电压峰值位置。如放电脉冲位于电压２７０度处表示干扰源处于高电位，放电脉冲位于电压９０度处干扰源处于低电位。出现局部放电后电压上升，放电量保持不变，若电压再升高放电脉冲频率会逐渐不可辨别。例如，扩建变电站＃３主变，该变压器型号为ＯＤＦＳ－２５００００／５００，局部放电试验时采用双线加压。试验开始后，高压绕组和中压绕组在第一象限和第三象限内均有放电脉冲出现，两边的幅值不对称。当电压超过时，放电脉冲幅值增长明显，第一象限的放电脉冲幅值随着电压的升高与第三象限的放电脉冲幅值差越来越大，最大时接近１０∶１，并且波形整体有向零位方向移动。当试验升压到１．５Ｕｍ槡３，局放量整体“溢出”无法分辨。根据分析判断，放电脉冲可能由金属电极表面气隙放电原因引起。将高压引线到套管距离拉远，重新试验后局放量正常。
2.4绝缘破坏与结构优化
高频变压器在复杂工况下，绝缘受混合应力的影响，且耦合程度高，当局部电场集中时，容易引起绝缘击穿，造成绝缘系统被破坏，绝缘材料承受的电–热应力更加严重，例如：击穿、老化，绝缘系统的稳定性和可靠性也成为高频变压器发展的重要影响因素。绝缘击穿和放电是高频变压器匝间、层间和主绝缘设计的关键问题。现有的绝缘击穿研究大多针对工频和直流，针对非正弦和多谐波下的绝缘击穿特性和机理研究较少，且存在很多难点。首先，如何准确表征非正弦、多谐波下绝缘介质的击穿特性，获得其击穿规律？然后，频率、温度、谐波含量等对击穿的影响机理不清楚。另外，高频高温下绝缘介质微观电荷输运模型不清楚；缺乏电荷输运与宏观电导、电场畸变、空间电荷等的关联，制约了高频变压器的初始绝缘设计。
结语
对高压变电站变压器的局部放电自动定位技术进行了研究，提出应用超声波技术对变压器局部放电位置进行定位，通过主要研究超声波在变压器内部中的传播途径、传播速度以及传播介质，还应用了滤波器和变压隔离器等设备对超声波定位进行进一步的优化。目前常用的变压器局部放电定位方法为电气方法，这种方法主要依靠电流脉冲信号的传播来进行定位，由于电流脉冲的幅度较大、易变化等特点导致电气定位方法只能大致的定位局部放电位置，而提出的超声波定位方法利用超声波的特性并结合相应的机械设备能够较为准确地确定局部放电的位置。
参考文献
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