发电机变压器放电故障诊断的基础研究和应用

李强

摘 要：发电机在实际应用的过程中局部放电信息能够对其中存在的故障和隐患进行一定程度的表述，在此基础上可以进行故障诊断过程，文章分析了相关内容。

关键词：变压器;发电机;故障诊断

1 前言

变压器属于绕组类设备，在实际运行的过程中如果其中发现了局部放电的话因为脉冲的传播，放电信号会出现畸变，因而可以根据这一情况来对信号变化进行量化的测评，进而发现问题并解决。

2 电脉冲及其特征

局部放电脉冲波形有以下特点：①空气中尖电极放电的脉冲波形比较接近，有电晕、火花、间歇性击穿放电几个阶段，持续时间在400ns左右。②无论是空气固体分界面，还是油一固体分界面，沿面放电脉冲波形比较相近，电晕和滑闪阶段的持续时间分别约为80US，200ns。③悬浮放电不是独立的放电形式，从波形上看，它总是表现为其他种类的放电。④固体中气隙放电和油中气泡放电的脉冲波形比较相似，持续时间在50as左右。⑤油纸绝缘中放电全部过程约20s，表现为在一个较缓和的波形上叠加了众多的幅度大得多的快脉冲。其首脉冲存在时间约50ns，与油中气隙放电的波形有点相似。局部放电信号检测有高频（HF，小于2MHz）和特高频（UHF，300MHz～3GHz）法。高频法简单、易行，可校订视在放电量，但不易避开干扰。在UHF频段，空气电晕放电与油中局放信号存在差异，检测变压器油纸结构中局放信号的UHF分量可避免空气电晕的影响。油中放电与空气中放电的频谱特性存在比较明显的差异。油中放电信号的能量主要分布在300MHz～1100MHz，而空气中放电信号的能量主要分布在0～200MHz，并且绝大部分的信号能量分布在几个极窄、非常陡峭的能量主尖峰中。为了避免空气中电晕放电脉冲型干扰，用UHF法检测变压器局部放电时，测量频段以大于300MHz为宜。

3 放电脉冲信号沿设备绕组的传播

放电信号由放电点经绕组向两端传播时会有形变、延迟，接在绕组两端检测系统得到的放电信息可能受到影响。这些影响除与脉冲特性有关外，还与其在绕组中的传播规律有关。对于确定局部放电点的位置口、局部放电量的校订以及确定电流传感器频率特性来说，脉冲沿绕组的传播特性是十分重要的理论基础。对放电脉冲糟设备绕组的传播，采用数值仿真和试验研究相结合的方法是分析问题的良好手段。数值仿真方法经济、灵活，可进行比较系统深入的研究;对通过仿真分析得到的结果，町针刘性地进行试验验证。这样，既保证了研究的全面性和结果的准确性，又弥补了实验研究成本较高和灵活性差等不足。文献给出r分析局部放电脉冲沿变压器绕组传播的LCK电路网络仿真模型。绕组按绕制方式划分成集中单元，各单元由电感性支路、纵向电容性支路和横向对地电容支路组成。考虑了匝导线电阻、电感，匝间互感、匝问电容、漏导和饼间电容、漏导，线匝对铁心、外壳的电容。各单元间存在互感。发生局部放电的绕组处仍可看做电容性试品，用三电容模型等效，用陡脉冲电流源模拟放电的外在反映。文献给出了基于多导体传输线理论的变压器绕组仿真模型。变压器绕组中的局部放电脉冲在其传播过程巾的变化与脉冲传播途径有关，绕组两端脉冲信号的变化包含了由放电源到测量端的路径信息，反映了局部放电源的位置信息。变压器绕组中的局部放电脉冲在其传播过程巾的变化与脉冲传播途径有关，绕组两端脉冲信号的变化包含了由放电源到测量端的路径信息，反映了局部放电源的位置信息。可以依据绕组两端脉冲信号一定频率范围内幅频特性的比值来估计放电点的位置一”’”。在0.9MHz～lMHz的频率范围内，绕组高压和低压端脉冲信号频谱平均值的比值H一/Hx与放电发生位置有较好的对应关系口“。图6给出变压器高压绕组的不同节点注入放电脉冲时的H。/H，（符号“+”），用折线拟合H。/Hx与放电点位置z的关系;将首、末端注入校订信号时的比值分别以A、B表示，在H^/Hx～z图中绘制连接（0，A），（50%，（3A+5B）/8），（100%，B）这3点的折线。可利用幅比折线进行放电定位。幅比折线法的定位误差小于15%。400kV变压器为自耦变压器，因此，纵轴反映的是H一/H。

4 绕组类结构视在放电校订方法

国家标准《局部放电测量》中规定了视在放电量的校订方法（简称传统法），这种方法能很好地适用于集中型电容试品。由于绕组类设备脉冲传播的复杂性，若按传统方法标定，仅当绕组首端放电时才能正确反映视在放电量，而对绕组其他部位发生的放电，得到的则是“视在的”视在放电量。对220kV、500kV变压器进行了仿真分析[1…。在绕组A端与地之间注入24nC的校订脉冲波，获得校订系数。在绕组的不同节点处分别注入24nC的放电脉冲，在A端、x端测点检测响应信号，通过传统方法校订获得在A端、x端测得的视在放电量，仿真结果表明，视在放电量与注入电荷差别较大。使用几何平均法来校正视在放电量：以q一，qx分别表示A端、x端测点响应信号的校订结果，则视在放电量，可知视在放电量与24nC差别大为缩小。对500kV变压器，仿真分析结果表明也可使用几何平均法。对400kV变压器进行了实验验证。未校正前，不同部位放电时，A端测点所得视在放电量最小，只有注入电荷的0.3倍，d端所得视在放电量最大，达注入电荷的15倍，经校正后视在放电量最大为注入电荷的2倍，差别大为缩小。根据窄带干扰的频带分布，可使用模拟滤波器或数字滤波器。自适应数字滤波系统的基础是FIR数字滤波器和自适应算法，系统根据实际情况使滤波器作相应改变，从而达到抑制窄带干扰的目的。小波变换可看做是用带通滤波器在不同尺度下对信号滤波，滤波器的中心频率随尺度因子的缩小而增高，但带宽与中心频率之比恒定，因此滤波器的带宽也相应变宽。小波分析方法可用来抑制窄带干扰。

5 结束语

现在国内外有关学者已经针对变压器的放电故障诊断进行了相对深入的研究，有关成果也十分显著，其进一步的开发应用必将推动故障诊断技术的发展。

参考文献

[1]劉璇.变压器局部放电全频带综合检测分析研究[D].华北电力大学，2018.