發電機變壓器放電故障診斷的基礎研究和應用

李強

摘 要：發電機在實際應用的過程中局部放電信息能夠對其中存在的故障和隱患進行一定程度的表述，在此基礎上可以進行故障診斷過程，文章分析了相關內容。

關鍵詞：變壓器;發電機;故障診斷

1 前言

變壓器屬于繞組類設備，在實際運行的過程中如果其中發現了局部放電的話因為脈沖的傳播，放電信號會出現畸變，因而可以根據這一情況來對信號變化進行量化的測評，進而發現問題并解決。

2 電脈沖及其特征

局部放電脈沖波形有以下特點：①空氣中尖電極放電的脈沖波形比較接近，有電暈、火花、間歇性擊穿放電幾個階段，持續時間在400ns左右。②無論是空氣固體分界面，還是油一固體分界面，沿面放電脈沖波形比較相近，電暈和滑閃階段的持續時間分別約為80US，200ns。③懸浮放電不是獨立的放電形式，從波形上看，它總是表現為其他種類的放電。④固體中氣隙放電和油中氣泡放電的脈沖波形比較相似，持續時間在50as左右。⑤油紙絕緣中放電全部過程約20s，表現為在一個較緩和的波形上疊加了眾多的幅度大得多的快脈沖。其首脈沖存在時間約50ns，與油中氣隙放電的波形有點相似。局部放電信號檢測有高頻（HF，小于2MHz）和特高頻（UHF，300MHz～3GHz）法。高頻法簡單、易行，可校訂視在放電量，但不易避開干擾。在UHF頻段，空氣電暈放電與油中局放信號存在差異，檢測變壓器油紙結構中局放信號的UHF分量可避免空氣電暈的影響。油中放電與空氣中放電的頻譜特性存在比較明顯的差異。油中放電信號的能量主要分布在300MHz～1100MHz，而空氣中放電信號的能量主要分布在0～200MHz，并且絕大部分的信號能量分布在幾個極窄、非常陡峭的能量主尖峰中。為了避免空氣中電暈放電脈沖型干擾，用UHF法檢測變壓器局部放電時，測量頻段以大于300MHz為宜。

3 放電脈沖信號沿設備繞組的傳播

放電信號由放電點經繞組向兩端傳播時會有形變、延遲，接在繞組兩端檢測系統得到的放電信息可能受到影響。這些影響除與脈沖特性有關外，還與其在繞組中的傳播規律有關。對于確定局部放電點的位置口、局部放電量的校訂以及確定電流傳感器頻率特性來說，脈沖沿繞組的傳播特性是十分重要的理論基礎。對放電脈沖糟設備繞組的傳播，采用數值仿真和試驗研究相結合的方法是分析問題的良好手段。數值仿真方法經濟、靈活，可進行比較系統深入的研究;對通過仿真分析得到的結果，町針劉性地進行試驗驗證。這樣，既保證了研究的全面性和結果的準確性，又彌補了實驗研究成本較高和靈活性差等不足。文獻給出r分析局部放電脈沖沿變壓器繞組傳播的LCK電路網絡仿真模型。繞組按繞制方式劃分成集中單元，各單元由電感性支路、縱向電容性支路和橫向對地電容支路組成。考慮了匝導線電阻、電感，匝間互感、匝問電容、漏導和餅間電容、漏導，線匝對鐵心、外殼的電容。各單元間存在互感。發生局部放電的繞組處仍可看做電容性試品，用三電容模型等效，用陡脈沖電流源模擬放電的外在反映。文獻給出了基于多導體傳輸線理論的變壓器繞組仿真模型。變壓器繞組中的局部放電脈沖在其傳播過程巾的變化與脈沖傳播途徑有關，繞組兩端脈沖信號的變化包含了由放電源到測量端的路徑信息，反映了局部放電源的位置信息。變壓器繞組中的局部放電脈沖在其傳播過程巾的變化與脈沖傳播途徑有關，繞組兩端脈沖信號的變化包含了由放電源到測量端的路徑信息，反映了局部放電源的位置信息。可以依據繞組兩端脈沖信號一定頻率范圍內幅頻特性的比值來估計放電點的位置一”’”。在0.9MHz～lMHz的頻率范圍內，繞組高壓和低壓端脈沖信號頻譜平均值的比值H一/Hx與放電發生位置有較好的對應關系口“。圖6給出變壓器高壓繞組的不同節點注入放電脈沖時的H。/H，（符號“+”），用折線擬合H。/Hx與放電點位置z的關系;將首、末端注入校訂信號時的比值分別以A、B表示，在H^/Hx～z圖中繪制連接（0，A），（50%，（3A+5B）/8），（100%，B）這3點的折線。可利用幅比折線進行放電定位。幅比折線法的定位誤差小于15%。400kV變壓器為自耦變壓器，因此，縱軸反映的是H一/H。

4 繞組類結構視在放電校訂方法

國家標準《局部放電測量》中規定了視在放電量的校訂方法（簡稱傳統法），這種方法能很好地適用于集中型電容試品。由于繞組類設備脈沖傳播的復雜性，若按傳統方法標定，僅當繞組首端放電時才能正確反映視在放電量，而對繞組其他部位發生的放電，得到的則是“視在的”視在放電量。對220kV、500kV變壓器進行了仿真分析[1…。在繞組A端與地之間注入24nC的校訂脈沖波，獲得校訂系數。在繞組的不同節點處分別注入24nC的放電脈沖，在A端、x端測點檢測響應信號，通過傳統方法校訂獲得在A端、x端測得的視在放電量，仿真結果表明，視在放電量與注入電荷差別較大。使用幾何平均法來校正視在放電量：以q一，qx分別表示A端、x端測點響應信號的校訂結果，則視在放電量，可知視在放電量與24nC差別大為縮小。對500kV變壓器，仿真分析結果表明也可使用幾何平均法。對400kV變壓器進行了實驗驗證。未校正前，不同部位放電時，A端測點所得視在放電量最小，只有注入電荷的0.3倍，d端所得視在放電量最大，達注入電荷的15倍，經校正后視在放電量最大為注入電荷的2倍，差別大為縮小。根據窄帶干擾的頻帶分布，可使用模擬濾波器或數字濾波器。自適應數字濾波系統的基礎是FIR數字濾波器和自適應算法，系統根據實際情況使濾波器作相應改變，從而達到抑制窄帶干擾的目的。小波變換可看做是用帶通濾波器在不同尺度下對信號濾波，濾波器的中心頻率隨尺度因子的縮小而增高，但帶寬與中心頻率之比恒定，因此濾波器的帶寬也相應變寬。小波分析方法可用來抑制窄帶干擾。

5 結束語

現在國內外有關學者已經針對變壓器的放電故障診斷進行了相對深入的研究，有關成果也十分顯著，其進一步的開發應用必將推動故障診斷技術的發展。

參考文獻

[1]劉璇.變壓器局部放電全頻帶綜合檢測分析研究[D].華北電力大學，2018.