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500kV变压器现场局部放电异常分析

发表时间：2020/12/21 来源：《基层建设》2020年第24期作者：王晨屹

[导读] 摘要：随着我国社会主义市场经济的飞速发展，我国各行各业的发展水平都有了极大的提升，电力行业亦是如此。

        锡林郭勒超高压供电局内蒙古锡林浩特市 026000
        摘要：随着我国社会主义市场经济的飞速发展，我国各行各业的发展水平都有了极大的提升，电力行业亦是如此。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，变压器的设立已经是必不可少的提供电能的场所。变压器是变压器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，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，将对变压器的局部放电自动定位方法进行研究。当变压器的变压器发生局部放电时会产生声、热、光、电等现象，传统的检测方法会根据这些因局部放电产生的物理量而判断局部放电的位置，这种方法被称为电测法，主要通过脉冲电流测验的手段进行对变压器局部放电的定位，这种方法虽然精准度较高但是只能在环境较为稳定的情况下进行定位，随着科技理论的不断提高，研究人员目前主要通过非电测法进行局部放电的定位，便基于非电测法技术对变压器局部放电自动定位进行研究。
        关键词：500kV;变压器;现场;局部放电;异常分析
        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。由于长期处于高温、高电压、振动、潮湿的环境中，电力变压器容易出现电的、热的、化学的以及异常状况下形成的绝缘劣化，导致电气绝缘强度降低，甚至发生故障。此外，制造或安装中潜伏的缺陷或者运行中产生的缺陷，也会引起局部放电的发生。实践表明，电力变压器局部放电是导致设备绝缘劣化，发生绝缘故障的主要原因。对局部放电的检测和评价已经成为电气设备绝缘状况监测的重要手段，尤其是在线局部放电检测可以直接反映出电气设备内部的绝缘状况，并能够及时、有效地发现其绝缘缺陷，减少不必要的设备停电造成的负荷损失和停电操作带来的安全风险。超声波检测作为目前最有效的在线局部检测技术，具有使用简便，与被测设备之间无电气连接、可以避免多种电气干扰等优点。同时，超声波检测的灵敏度不随被测物电容量而变化，因而定位精度高，通常能更加准确地指出一个复杂系统内局部放电源的位置。
        1高频变压器的工况特性和影响
        高频变压器其主要包括：输入整流级、中间双有源桥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。在高频电压下，与变压器结构、尺寸、介质参数等相关的寄生参数，如寄生电容进一步导致其工况复杂化，进而影响变压器工作特性。宽频电路模型可以建立电阻、电感、电容参数与变压器物理结构间的关联，一方面有助于对变压器电压、电流特性分析，另一方面有助于考虑变压器寄生参数的设计。

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通过建立高频变压器的宽频模型，获得不同负载情况下的电压、电流传输函数，进而揭示在寄生参数的作用下，高频变压器空载电压与短路电流传输比不再恒等于绕组匝比，而是随频率发生变化。此外，考虑到实际应用于电力电子变压器的高频变压器所带负载情况比较复杂，导致高频变压器在传输不同功率、带不同功率因数负载等工况下电压、电流传输比的变化特性复杂。
        2超声波定位法
        变压器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。
        3油色谱在线监测系统在变压器中应用
        变压器油作为绝缘和散热介质，在运行过程中，变压器油和设备中的绝缘材料在电场与磁场的作用下，会逐渐老化和分解，产生一氧化碳、二氧化碳、氢气以及少量低分子烃类等气体，并溶解于绝缘油中。当存在隐患或者故障时，这些气体会迅速产生，通过油色谱在线监测系统的定期检测，运行人员可根据微小的气体含量变化以及新增的气体，来判断设备的运行状况，并结合带电检测等手段合密切监视气体发展情况，做好综合分析处理。
        4变压器超声波局部放电检测系统
        超声波检测系统由超声波传感器、前置放大器、IED前端检测单元、服务器和检测软件等部分组成，采用声发射检测技术设计，是新一代高性能数字化局部放电检测分析仪器，具备完善的局部放电检测功能。超声波局放检测系统独创的抗干扰技术可以保证在强干扰环境下进行准确测量，同时具有友好的用户界面和高速采样刷新速率；提供多种波形分析、记录手段；更容易判断放电的性质。系统还综合运用了计算机技术、声发射技术、模拟电子技术、高速信号采集技术和先进的数字信号处理及图形显示技术，可高效精准地完成局部放电的自动测量和分析。此外，系统采用Windows操作平台，可以自由选择直线、椭圆、正弦、飞行、二维、三维等多种观察窗口，可静态或动态地对单个周波、多个周波试验电压的局部放电脉冲详细测量、观察、分析。
        结语
        总之，当出现局部放电信号时，可应用局部放电定位测试仪判断大体方位；通过波形传递比判断出现位置；采用传递比与局部放电定位测试仪判断方位后，通过改变加压方式来判定局部放电具体方位；在初步判断放电位置后，将变压器放油处理，开盖后确认缺陷位置，再次进行局部放电试验，验证现场判定准确性。
        参考文献
        ［1］朱文兵，周加斌，许伟，等.特高压泉城主变压器现场局部放电试验技术研究［J］.山东电力技术，2016，43（5）：1-4.
        ［2］伍志荣，聂德鑫，陈江波．特高压变压器局部放电试验分析［J］．高电压技术，2010，36（1）：54-60．
        ［3］韩明明，陈博，朱文兵，等.基于频变传输线模型的VFTO幅频特性及抑制效果分析［J］.山东电力技术，2018，45（9）：1-8.