1、一、概述一、概述变压器局部放电的在线监测方法变压器局部放电的在线监测方法 电测法电测法 脉冲电流法 非电测法非电测法 声测法第七章第七章 变压器局部放电的在线监测变压器局部放电的在线监测一、概述一、概述变压器局部放电的在线监测方法电测法变压器局部放电的在线监测方法电测法 电测法电测法是利用局部放电所产生的脉冲信号，即测量因放电时电荷变化所引起的脉冲电流，故称脉冲电流法。是离线条件下测量电气设备局部放电的基本方法；在线监测局部放电的主要手段。特点特点：灵敏度高、放电量可以标定缺点缺点：由于现场严重的电磁干扰将大大降低监测灵敏度和信噪比。第七章第七章 变压器局部放电的在线监测变压器局部放电的在线监
2、测一、概述一、概述变压器局部放电的在线监测方法非电测法变压器局部放电的在线监测方法非电测法声测法声测法是利用局部放电时发出的声波来进行测量，常和脉冲电流法配合使用，是局部放电的重要监测手段。特点特点：基本上不受现场电磁干扰的影响，信噪比高，可以硬定放电源的位置。缺点缺点：灵敏度低且不能确定放电量。第二节第二节 变压器局部放电的在线监测变压器局部放电的在线监测一、概述一、概述变压器局部放电在线监测系统原理框图变压器局部放电在线监测系统原理框图第二节第二节 变压器局部放电的在线监测变压器局部放电的在线监测传传感感器器通通道道选选择择预预处处理理抗抗干干扰扰数数据据采采集集工工控控机机：信号传输一、
3、概述一、概述变压器局部放电在线监测传感器安装示意图变压器局部放电在线监测传感器安装示意图第二节第二节 变压器局部放电的在线监测变压器局部放电的在线监测二、局部放电信号的检测二、局部放电信号的检测脉冲电流法信号检测脉冲电流法信号检测第二节第二节 变压器局部放电的在线监测变压器局部放电的在线监测高频电流互感器型脉冲电流传感器高频电流互感器型脉冲电流传感器 在线监测时由于电流传感器安装位置的不同，工频电流大小不等，要求传感器有较强的抗工频磁饱和能力。由于铁淦氧对工频电流不灵敏，铁芯材料多用铁淦氧，其最高监测频率一般为500kHz；主要采用窄带谐振型(几十几百千赫)或宽带型(几十千赫几十兆赫)电流传感
4、器。多检测传感器的目的多检测传感器的目的 多方法测量局部放电，以便判断放电部位 各绕组放电量均需测量 抑制现场干扰需要有两个或更多信号比较，如：极性鉴别系统二、局部放电信号的检测二、局部放电信号的检测声测法信号检测声测法信号检测第二节第二节 变压器局部放电的在线监测变压器局部放电的在线监测局部放电声波的检测频率局部放电声波的检测频率 声波是一种机械振动波，它是当发生局部放电时，在放电区域中分子间产生剧烈的撞击，这种撞击在宏观上产生了一种压力所引成。局部放电由一连串脉冲形成，由此产生的声波也是由脉冲形成。频谱为10107Hz数量级范围。研究表明局部放电声波的主频率范围30180kHz。变压器的噪
5、声：巴克豪森噪声的频率在20kHz以内；磁声发射的频率分布在2065kHz；机械振动，风扇振动等频率一般都在数千赫芝以内；武汉高压研究所的研究认为变压器的噪声频率低于15kHz，电抗器的噪声则低于40kHz。根据局部放电声波的主频率范围和避开噪声的频谱，即可确定用以检测声波的声发射传感器的检测频带大致在70180kHz间。二、局部放电信号的检测二、局部放电信号的检测声测法信号检测声测法信号检测第二节第二节 变压器局部放电的在线监测变压器局部放电的在线监测声波的传播声波的传播 局部放电产生的声波可以看成点声源，以球面波形式向四外传播，在变压器油中只能传播纵波(纵波的介质质点振动方向与声波的传播方
6、向是一致的)声波在不同媒质中的传播速度不同。二、局部放电信号的检测二、局部放电信号的检测声测法信号检测声测法信号检测第二节第二节 变压器局部放电的在线监测变压器局部放电的在线监测 检测用声传感器安装在变压器外壳上，在传感器与变压器外壳之间涂上一层凡士林，以消除其间存在的空气隙，改善声阻抗的匹配。当声波从一种媒质传播到另气媒质时，由于声特性阻抗不匹配因反射造成很大的界面衰减，衰减大小可用反射系数R来表示。反射系数R越小，检测灵敏度越大。声波的传播声波的传播二、局部放电信号的检测二、局部放电信号的检测声测法信号检测声测法信号检测第二节第二节 变压器局部放电的在线监测变压器局部放电的在线监测 变压器
7、内局部放电发出的声波在同一媒质中传播也会衰减。衰减的大小与声波频率有关，频率越高衰减越大。声波的传播声波的传播 声波经传播到达传感器需要时间，电信号到达电流传感器几乎不需要时间，则电流和声传感器同时检测局部放电时，声信号将迟后于电信号t，这个时延可用来确定放电源的位置。二、局部放电信号的检测二、局部放电信号的检测声测法信号检测声测法信号检测第二节第二节 变压器局部放电的在线监测变压器局部放电的在线监测 声发射传感器的关键元件是锆钛酸铅压电晶体，将声波转换成一定频率的电信号。选择原则是希望灵敏度大，以每个帕的声压产生的电压毫伏来表示，即VPa。局放在液体材料中产生声波的声压较大，例如油中比空气中
8、声压约大2-万倍，故用声测法检测变压油中的局放是较灵敏的。放电发生在油浸固体材料中的气隙或油中气隙，由于声波的衰减或被反射，即使放电量大于l000pC也不定能检测出来。由于变压器较复杂的绝缘结构，声检测局部放电的灵敏度不高。声发射传感器后往往紧接有放大滤波装置，对声发射传感器信号进行预处理。声测法的灵敏度声测法的灵敏度二、局部放电信号的检测二、局部放电信号的检测监测信号的监测信号的A/D转换转换第二节第二节 变压器局部放电的在线监测变压器局部放电的在线监测 对于70180kHz的被测局部放电信号应采用高速采样系统。一般采样频率应为信号频率的10倍以上，即7001000kHz。三、局部放电信号的
9、传输三、局部放电信号的传输电缆模拟信号传送电缆模拟信号传送第二节第二节 变压器局部放电的在线监测变压器局部放电的在线监测 一根信号电缆传送一通道信号；多通道信号需多根电缆或采用多芯电缆传送。数字信号传送数字信号传送 串行方式。RS422A，可传1200m，速率达10Mbps；RS232，可传15m。并行方式。采样为n位，则需n芯电缆。传送速率高，可靠性较低。光纤信号传送光纤信号传送 以无源RS232C光端机组成的光电光纤数字传输系统串行传送。结构简单，性能可靠。四、监测灵敏度和抗干扰技术四、监测灵敏度和抗干扰技术局部放电在线监测灵敏度要求局部放电在线监测灵敏度要求第二节第二节 变压器局部放电的
10、在线监测变压器局部放电的在线监测 在线监测局部放电的灵敏度是指在线条件下监测系统能够测到或辫识的最小放电量。从实际使用情况考虑，监测系统应能达到测出危险放电量的灵敏度。根据国内外运行经验，电力变压器的局部放电量在数千皮库时仍可继续安全运行，当达到10000pC及以上时则应引起严重注意，此时绝缘可能存在明显的损伤。从能监测出设备最小的危险放电量考虑，在线监测的灵敏度至少应在数千皮库，例如40006000pC。变电站的干扰水平可达到数万甚至百万皮库。例如500kV线路电晕的干扰水平可能达到l4Xl04pC。四、监测灵敏度和抗干扰技术四、监测灵敏度和抗干扰技术干扰来源分析干扰来源分析第二节第二节 变
11、压器局部放电的在线监测变压器局部放电的在线监测变电站的干扰水平可达到数万甚至百万皮库。例如500kV线路电晕的干扰水平可能达到l4Xl04pC。干扰的来源周期性干扰信号连续周期性干扰（广播、电力载波通信、高频保护信号、谐波、工频干扰等）脉冲型周期性干扰（可控硅整流设备在可控硅开闭时产生的脉冲干扰信号、旋转电机电刷和滑环间的电弧等）脉冲型干扰（高压输电线的电晕放电，相邻电气设备内部放电，雷电，开关、继电器的断、合，电焊操作等无规律的随机性干扰）干扰四、监测灵敏度和抗干扰技术四、监测灵敏度和抗干扰技术干扰来源分析干扰来源分析第二节第二节 变压器局部放电的在线监测变压器局部放电的在线监测干扰的传播途
12、径 从监测系统的工频电源进入，故监测系统电源宜由隔离变压器加上低通滤波器供电以抑制干扰。通过电磁耦合进入监测系统，故监测系统包括联线应很好地屏蔽。利用光电光纤系统传输信号也可减少干扰。通过传感器(即检测元件)进入，它和局部放电的信号混叠在一起，上述方法不能抑制这个干扰通道，需采取其它技术措施。四、监测灵敏度和抗干扰技术四、监测灵敏度和抗干扰技术局部放电抗干扰技术局部放电抗干扰技术第二节第二节 变压器局部放电的在线监测变压器局部放电的在线监测选择合适的检测频带，以避开现场的主要干扰频带。对固定式系统可在现场实测调试确定，检测系统本身可设置多个检测频带。差动平衡系统抑制共模干扰。脉冲极性鉴别。平均
13、技术。常用于声测法的抗干扰。数字滤波技术，自适应数字滤波技术。五、放电量的在线标定五、放电量的在线标定阻抗法阻抗法第二节第二节 变压器局部放电的在线监测变压器局部放电的在线监测在停电时，将待测设备的接地解开，并接入R，K。在带电运行中测定。如果试品Cx发生局部放电，Cx两端瞬时电压为U，则Cx的视在放电量 靠R上的快速开关K的开闭，R1/Cx，若开关在电容电流的幅值处打开，则R上建立的脉冲电压幅值为 ，U为系统运行电压。URCUx2xaCUQ此时，相当于在Cx上注入了电荷优点：与国标规定的离线标定法相比偏差在6以内。xaCUQ缺点：需要更改设备接地运行方式，现场实现有困难。五、放电量的在线标定
14、五、放电量的在线标定脉冲电荷耦合法脉冲电荷耦合法第二节第二节 变压器局部放电的在线监测变压器局部放电的在线监测五、放电量的在线标定五、放电量的在线标定脉冲电荷耦合法脉冲电荷耦合法第二节第二节 变压器局部放电的在线监测变压器局部放电的在线监测在停电时，先按(a)图，用国标规定的离线标定方法（脉冲电荷注入法），注入电荷 ，此时CT上的输出为UD000CUQ 设备带电运行时，用CT耦合，注入电荷 ，使CT上的输出仍为UD，有校正系数000CUQ 0000CUCUK 运行中等效的电荷注入量为实现稍微复杂，校正系数K不容易得到，与离线标定相比偏差在12左右。此法注入的脉冲波形和国标规定的离线下注入的波形
15、不同，这将影响标定的准确度。000CKUU 五、放电量的在线标定五、放电量的在线标定套管末屏注入法套管末屏注入法第二节第二节 变压器局部放电的在线监测变压器局部放电的在线监测图中去掉D、L、K、CB2后就是典型的离线标定方法。优点：简单、适用，常用于实际的在线校准。缺点：L和CB2的加入，加重了方波发生器的负载，引起方波波形改变，与离线相比，误差较大，约1020校准脉冲的放电量为100BCUQ 监测系统测量值H，则系统的灵敏度为H/Q0六、放电量的定位六、放电量的定位电信号定位电信号定位第二节第二节 变压器局部放电的在线监测变压器局部放电的在线监测将变压器的绕组分成若干段，通过与中性点信号的同
16、步采样，确定其与套管首端检测信号的时间差t,由此可大致将故障点定位在某个区域。目前主要用于离线故障定位，可确定放电量。声信号定位声信号定位利用四路或更多路声信号进行双曲面定位法。以一路声信号为基准触发其余通道，测定同一声信号传播到其余各传感器时与基准的时间差t，将这组t带入满足声发射阵列几何关系的一组双曲面方程求解，即可求出放电源位置。特点是不必使用电流传感器，抗电磁干扰能力较强，但不能确定放电量。六、放电量的定位六、放电量的定位声电联合定位声电联合定位第二节第二节 变压器局部放电的在线监测变压器局部放电的在线监测球面定位法 电信号从放电源传至传感器可认为没有时延，可以电信号作为参考基准，声信
17、号到达不同位置的声发射传感器时存在不同的时廷t。利用t和声传播的速度求解一组声发射传播距离和时差的球面方程，可求出放电源位置。特点是简单、直观，运用电信号可确定局放的视在放电量，但由于电磁干扰的影响，有时会难于确定电信号出现的时刻而影响时延和定位的准确性。实验室定位精度为：510cm，应用较为普遍。UUKCch xC sh xKCchlxC shlxLNNLIIKCCch xsh xKCCchlxshlxLNNLUL，IL 变压器产生局部放电时首端响应电压、电流值；UN，IN 变压器产生局部放电时末端响应电压、电流值；x 变压器局部放电位置；CL，CN 变压器首、两端外接电容；C，K 变压器总
18、的对地电容、纵向电容。CK六、放电量的定位六、放电量的定位七、放电模式的识别七、放电模式的识别第二节第二节 变压器局部放电的在线监测变压器局部放电的在线监测模式识别的过程实际上是信息压缩的过程，般包括学习和识别两个过程。七、放电模式的识别七、放电模式的识别第二节第二节 变压器局部放电的在线监测变压器局部放电的在线监测第一步是学习过程，首先从变压器提取有典型意义的几种放电模型，通过试验，获得局部放电数据，包括放电图象或数据采集结果，从这些所获得的数据中提取特征，包括时域特征或统计特征。根据这些特征构成特征空间，利用某种算法依据一定规则，将特征空间根据不同的放电模型进行划分，从而形成特征库。第二步
19、是识别过程，对于未知的放电类型，在获取数据和提取特征后，依据同样的规则与已存在的特征库在限定条件下进行匹配，从而判断出放电的类型。七、放电模式的识别七、放电模式的识别第二节第二节 变压器局部放电的在线监测变压器局部放电的在线监测模式识别的重点是特征提取(即放电指纹的提取)和特征空间划分(即识别算法的选择)，划分的方法有最小距离分类法、神经元网络法、结构匹配法、模糊分类、隐式马尔可夫模型等，目前常用的是前两种。最小距离法是特征空间中计算未知类型与各种已知类型之间的距离，然后按最小距离进行分类。神经元网络则是将所提取的特征作为网络的输入，利用已知的放电模型改变网络中各层神经元的权重来完成学习，最后
20、固定权重，进行放电类型识别。第三节第三节 变压器温度的在线监测变压器温度的在线监测变压器内稳态油温的监测一般用热电偶、电阻式温度计等传统方法进行，局限于油中温度的测量，不能监测绕组上或绕组内的温度。变压器绕组上或绕组内往往是温度的最高点，称为热点温度，可用光纤温度传感器来测量。目前，通过监测变压器的某些热参数并使用一个热计算模型来计算热点温度，进而估计变压器的绝缘状况和寿命期望值。需监测的内容包括：顶层油温、底层油温、环境温度、变压器负载系数以及风扇、油泵的运行状态。局部过热的监测可用油中气体分析来判断，也可用红外监测技术测定其温度分布来判断。对小型变压器则通过定期检查油样的电气理化性能来诊断。
