大型电力变压器局部放电试验干扰排查

赵 军,邢 超,周中锋,韩 光,王卓然

(国网河北省电力公司电力科学研究院,石家庄 050021)

大型电力变压器局部放电试验干扰排查

赵 军,邢 超,周中锋,韩 光,王卓然

(国网河北省电力公司电力科学研究院,石家庄 050021)

介绍不同干扰信号对局部放电的影响,提出局部放电试验系统外部干扰和内部干扰的排查方法,结合一起500kV变压器现场局部放电试验中的干扰排查实例,分析试验干扰排查的过程及干扰源判断方法,为现场局部放电试验干扰信号处理提供借鉴。

变压器;局部放电;干扰;超声波;高频检测

大型电力变压器的局部放电试验是评价变压器绝缘状况的重要指标,是检验变压器制造质量和绝缘状况的一项有效方法。在现场检测中,经常会由外界干扰引入一些脉冲信号,导致检测灵敏度下降,甚至造成误判断的严重后果。变压器局部放电试验中主要存在以下几种干扰类型:电源干扰、接地干扰、空间电磁干扰、试验回路干扰、周围环境金属体干扰等[1-5]。为了得出准确的测试结果,必须很好地鉴别或排除各种干扰信号。通过对不同干扰信号排查过程的梳理,结合一起500kV变压器现场局部放电试验中的干扰排查实例,介绍了干扰排查的相关工作,对现场局部放电试验干扰信号处理具有一定的借鉴意义。

1 局部放电试验干扰的影响

1.1 电源干扰

目前变压器局部放电试验多采用变频电源方式来获取试验电源,变频柜接入电源均为380 V三相交流电源。但往往由于同时存在电焊作业等其他工作,同时共用同一电源或站用变所带负荷中存在谐波源,会引入大量谐波干扰,使得干扰信号进入试验系统。

1.2 接地干扰

变压器局部放电试验中常涉及到接地的问题,干扰信号常借助电容耦合的方式通过接地进入试验系统,导致局部放电试验结果无法判断,有时甚至连方波校准都无法进行。

1.3 空间电磁干扰

由于在外部空间中存在各种频率的电磁信号,如手机信号等等。此类干扰信号一般通过电磁耦合作用于试验系统。

1.4 试验回路干扰

在变压器局部放电试验中,存在点多面广的情况,因为试验设备较多,试验设备内部存在局部放电情况也会使干扰信号进入试验系统,导致无法判断此信号是来自试品内部还是试验设备本身。

1.5 周围环境金属体干扰

由于变压器局部放电试验电压较高,周围存在的不接地或虚接地金属体必然产生悬浮电位,并可能发生悬浮放电现象,直接干扰局部放电的测试。

2 局部放电试验干扰排查方法

2.1 试验系统外部干扰

通过超声波定位检测、紫外成像、非接触式射频巡检等相关方法可排查空间电磁干扰、周围环境金属体干扰等外部干扰信号[6-7]。试验系统外部电晕等引起的干扰信号通常较好处理。通过排查,有针对性的对尖端等部位进行处理,使其场强趋于均匀,可以达到较好抑制电晕的效果。

2.1.1 利用超声波

超声波的传播速度较慢,其空间传播方向性强,能量比较集中,因此超声波检测局部放电的工作主要集中在定位方面,包括内部放电定位和外部放电定位。对干扰信号进行定位排查主要利用了它的外部放电定位特性。

在变压器局部放电试验时,某些金属体未能有效接地,且处于较强电场中,成为悬浮放电体,导致局部放电量值超标。利用超声波的方向传播特性,结合超声波局部放电检测仪进行定位,可以有效发现此处悬浮放电干扰。

2.1.2 利用紫外成像

紫外光谱成像是观察和检测日盲紫外光信号,并将紫外图像信号转换成可见光图像信号,在生产实际中常常利用紫外成像技术进行输电线路和变电站电气设备的电晕及表面放电检测工作。同理,可利用其特性观察和检测局部放电试验过程中的电晕放电干扰信号。

外部试验引线、均压帽等处为变压器局部放电试验中电晕放电的常见部位。可结合紫外成像仪监测现场电晕干扰情况,若局部放电起始时间与电晕起晕时间等保持同步,结合电晕放电典型图谱可以综合判定此信号为外部电晕放电干扰信号。利用此方法也可以有效对外部电晕干扰信号进行定位排查。

2.1.3 利用非接触式射频

非接触式射频检测是一种非侵入式,通过无线电接收器接收空间电磁波信号的检测方法。它的原理是通过扫频与选频检测来确定电磁波信号大小,可以在大范围内定位,同时对选择的频率范围作出完整的图形。通过处理电磁辐射信号并提取相关信息以判断缺陷。变电站内空间环境具有很多电磁波信号,有电晕信号、通信信号、手机信号等。利用不同干扰信号的不同的频段特性,结合其他检测手段综合作出判断是何种干扰信号,同时可在局部放电试验中,排查局部放电源并对其进行定位。

2.1.4 改变架线等方法

在空间中有很多干扰性质的电磁波会通过耦合进入试验系统,部分频段会和局部放电信号的频段重合。通常改变加压引线的架设,也会起到干扰排查的作用。在架设加压引线时,注意减少打圈以降低这种耦合作用,从而达到减少干扰的目的。

2.2 试验系统内部干扰

若在进行外部排查后,干扰信号仍无法完全消除,可以考虑试验系统内部是否存在干扰信号。通过不同试验条件的比对有时也可以发现干扰信号的来源。通常采取高频局部放电检测、局部放电测量频带选择等相关方法排除电源干扰、接地干扰、试验回路干扰等干扰信号。

2.2.1 利用高频局部放电检测

高频局部放电检测主要用于电力设备局部放电缺陷检测与定位,利用高频电流传感器对流经电力设备的接地线、中性点接线以及电缆本体中放电脉冲信号进行检测。

针对高频电流传感器检测原理及安装方式,在变压器进行局部放电试验过程中,借助套管末屏接检测阻抗接地的检测回路来进行测量。可同时监视变压器内部局部放电信号,与脉冲电流法检测结合,进行综合分析。

2.2.2 利用局部放电检测频带选择

变压器局部放电信号的频谱非常宽,约从数百Hz到数千MHz,其中大部分的能量集中在低频段,因此脉冲电流检测法成为了比较常用的检测手段,能够检测数十kHz到数百kHz的局部放电信号。

在现场局部放电检测中,经常会遇到地线耦合干扰等问题。局部放电检测仪是经常用到的仪器,可以利用仪器中的频带检测功能对信号进行频带区分。选择合适的检测频带,并对信号进行频谱分析。如一般检测过程中会选取检测频带为40～300kHz,如果对检测到的信号进行频谱分析后发现信号峰值位于此频带以外,考虑此信号为

干扰信号。

2.2.3 增加耦合电容及改变试验接线

在现场试验过程中,试验人员经常会对检测到的信号难以判断,却经常忽略低压侧放电对高压以及中压侧局部放电检测的影响。因此,在局部放电试验过程中特别提出对低压侧进行局部放电监测也是排除此种影响的有效手段。

首选方法是将耦合电容器串联检测阻抗后并联接入变压器低压侧,加压至试验电压后,局部放电检测仪显示低压侧放电量是否异常,是否小于背景值,是否符合高低、中低传递比。其次可以通过改变试验接线的方式对是否为低压侧局部放电超标问题进行判断,如可以通过励磁变采取双边加压或者单边加压的方式进行。

2.2.4 利用滤波器及隔离变压器

在现场试验时,常常遇到试验电源干扰问题,此问题会导致试验结果无法判断,甚至无法进行方波校准等后果,要引起重视。

有条件的情况下,选择采用柴油发电机或应急发电车供电。此时电源所接负荷单一,就试验系统本身,避免了引入其他谐波干扰;或增加滤波器及在考虑试验容量的情况下增加隔离变压器。同时,可使用带锂电池的局部放电检测仪,使其用自身电池供电,不使用外部电源,也可以屏蔽掉部分电源干扰信号。

2.2.5 利用接地等其他方法

排除接地干扰信号,首先在保证试验系统一点接地的情况下,将试验系统接地与仪器保护接地分开,可屏蔽掉部分接地干扰。有时接地干扰很难排除,可结合标零等手段进行辅助判断。但在不影响辨别局部放电信号与干扰信号的情况下,可以不对其进行处理。

3 抗干扰案例分析

某变电站1台型号为ODFS-250000/500,额定容量为250000/250000/80000kVA,连接组别为Ia0i0,额定电压为2.5%)/36kV的U相主变压器在进行交接试验过程中发现高压、中压局部放电量值较大,最大达到1000pC。因此,对其进行了超量值局部放电信号的判断和分析。

3.1 试验系统外部干扰信号排查及处理

采用紫外成像仪、超声局部放电测试仪、射频局部放电巡检仪对外部试验引线、均压帽等处电晕放电进行定位,发现电晕放电点,见图1。高压套管顶部均压帽外部有划痕,导致电晕放电;试验系统励磁变加压线在通过绝缘杆固定处存在电晕放电。因此,采取了更换高压套管顶部均压帽、重新固定加压引线等措施,排除了变压器器身外部电晕放电的干扰信号。

图1 均压帽、加压引线处电晕放电

在将均压环、绝缘杆绕线处电晕放电处理后,利用射频局部放电检测仪对外部环境进行再一次扫测,见图2。

图2 射频局部放电检测情况

由图2可以发现扫测曲线与背景曲线基本重合,说明外部环境中较大的干扰信号已经得到了有效处理。排除外部干扰信号后,发现干扰信号依然存在且量值较大,达到400pC。怀疑可能干扰信号来自于试验系统内部。

3.2 试验系统内部干扰信号排查及处理

利用高频局部放电检测、改变试验接线、改变试验频率,改变检测频段等手段综合判断干扰信号的来源。

采用高频局部放电检测仪对变压器进行监测,监测点首先选取了铁心处,通过高频TA取铁心电流信号,未发现明显内部局部放电信号,见图3。考虑如果内部有放电点,且离铁心较远时,可能会出现铁心接地电流检测不到局部放电信号的问题,再次将监测点选在套管末屏处,仍未监测到变压器内部局部放电信号。

图3 套管末屏处高频局部放电检

在试验过程中还采用了改变接线方式来对干扰信号进行排查,利用励磁变单边加压方式,依次接入低压侧接线柱a、x,结果显示低压侧放电量无异常,均小于背景值。

通过测试,发现该干扰信号的频带集中在19～50kHz。图4上图为检测频带选取20～100 kHz,下图为40～300kHz,最大峰值均出现在40 kHz以下。在50kHz以上幅值衰减到最小。异常信号波及到变压器局部放电测量用的频域内(40～300kHz),对该台变压器的局部放电测量产造成了影响。

通过改变试验频率对干扰信号进行进一步确认,在试验过程中调节变频电源频率至125.7Hz、132Hz、137Hz等频率下,均进行了局部放电试验,发现试验频率在125.7Hz、132Hz、137Hz频率下都能检测到异常信号,测试结果见表1,波形见图5。

图4 异常信号频带图

表1 高压绕组测试结果

结果显示此异常信号与试验频率有一定的相关性,随着试验频率的下降,放电起始电压逐渐降低,放电量值逐渐升高,与典型内部局部放电信号存在区别。为了与U相变试验情况进行比对,将试验线路移至V相,并同时用2套试验系统对其进行复测,发现在125.7Hz、132Hz、137Hz等试验频率处,有与V相变有相同的异常干扰信号。同时考虑到V相已顺利通过局部放电试验,因此判断U相所检测到的信号为干扰信号。

图5 高压绕组、中压绕组检测到的干扰信号

3.3 试验结果分析

a.局部放电试验中,放电信号的触发应与施加在产生该放电信号位置的电压高低有关,但在排除试验系统外部干扰信号的前提下,该台变压器现场试验时发现随着试验电源频率的变化,异常信号放电起始电压明显变化,这与典型局部放电信号对电压敏感的特性不符合;

b.试验采用了2套试验电源装置进行测量,并与同组变压器进行了比对,均测量到了相同特征的异常干扰信号,可以排除试验设备原因导致的异常干扰信号的发生;

c.异常干扰信号频域在19～50 k Hz区域分布,该频段位于局部放电测量中干扰易发生的频域,分析认为干扰信号波及到变压器局部放电测量用的频域内(40～300 k Hz),对该台变压器的局部放电测量造成影响;

d.根据前后试验条件比对,试验系统中未改变的因素是地网,因此判断异常信号来源于试验系统中的接地网,是由与电源频率相关的干扰信号通过接地网耦合进入试验系统所致。

4 结论

变压器局部放电试验是检验变压器制造质量和绝缘状况的一项有效方法,现场变压器局部放电试验由于干扰影响大,往往给试验人员带来许多意想不到的难题。在确定干扰源过程中,同时结合带电检测的新手段,将干扰信号区分为试验系统内外部信号分别处理,有助于准确判断干扰信号的来源。因此,继续将此问题作进一步分析研究,有利于提高局部放电试验人员的判断分析能力。

[1] 包玉树,罗传仙.电力测量抗干扰技术[M].北京:中国电力出版社,2014.

[2] 武 坤,刘海峰,刘宏亮,等.变压器现场局部放电试验的干扰排查[J].变压器,2012,49(9):45-47.

[3] 王永辉,阎春雨,高 骏,等.变压器现场局部放电测试中的抗干扰措施[J].河北电力技术,2000,19(1):25-26.

[4] 谷小博.变压器现场局部放电试验有关问题的分析[J].浙江电力,2011(5):5-8.

[5] 包玉树.大型变压器局部放电试验加压线架设方式及抗干扰措施的探讨[J].变压器,2004,41(4):30-32.

[6] 国家电网公司运维检修部.电力设备带电检测技术[M].北京:中国电力出版社,2014.

[7] 张国光.电气设备带电检测技术及故障分析[M].北京:中国电力出版社,2015.

本文责任编辑:王洪娟

Interference Investigation of Partial Discharge Test of Large Power Transformer

Zhao Jun,Xing Chao,Zhou Zhongfeng,Han Guang,Wang Zhuoran
(State Grid Hebei Electric Power Research Institute,Shijiazhuang 050021,China)

The effects of different interfering signals on the partial discharge are introduced.A method for the investigation of external disturbance and internal interference in partial discharge test system is proposed.Combined with 500kV transformers on-site partial discharge test in the case of interference,analysis of the process of interference investigation and interference source judgment is put forward to provide reference for the field partial discharge test interference signal processing.

transformer;partial discharge;interference;ultrasonic;high frequency detection

TM406

B

1001-9898(2016)04-0033-05

2016-02-29

赵 军(1983-),男,工程师,主要从事变电一次设备试验研究工作。