基于UHF技术的油浸式主变压器局部放电监测研究

金峰

【摘 要】为了有效避免电厂变压器的局部放电监测中各种噪声问题的影响，以UHF为基础形成了放电监测分析方法，同时设计出一种局部放电传感器以及相配套的硬件电路，对降频电路和传感器的实效性进行了验证，最后分析实际测算发现，UHF技术能够有效消除电厂周围电磁干扰，准确诊断变压器故障。

【关键词】油浸式;主变压器;局部放电

中图分类号： TM855文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）21-0057-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.21.025

Study on Partial Discharge Monitoring of Oil-immersed Main Transformer Based on UHF Technology

JIN Feng

（Fuqing Nuclear Power Co.， Ltd.， Fuqing Fujian 350300， China）

【Abstract】In order to effectively avoid the influence of various noise problems in partial discharge monitoring of transformers in power plants， a method of discharge monitoring and analysis is formed based on UHF. At the same time， a partial discharge sensor and its corresponding hardware circuit are designed， and the effectiveness of the frequency reduction circuit and the sensor is verified. Finally， the actual situation is analyzed. It is found that UHF technology can effectively eliminate electromagnetic interference around power plant and accurately diagnose transformer faults.

【Key words】Oil-immersed type; Main transformer; Partial discharge

0 引言

局部放电主要是主变压器中绝缘损坏的主要标志，对主变压器中的局部放电问题进行实时监测，能够有效预防各种事故的发生，尤其是在核电站中，一旦出现事故问题便会造成巨大的影响。当下主变压器相关局部放电监测方法形式多样，而在各种因素的影响下，容易对监测结果的准确性造成一定影响，为此需要进行深入研究。

1 UHF局部放电传感器

为了躲避现场中的各种电磁干扰信号，可以选择500到1500MHZ之间的阿基米德螺旋式天线，充当主变压器的局部放电传感器测量设备。明确阿基米德螺旋式天线的内部参数结构，具体包括螺旋圈数、螺旋宽度、螺旋的增长率、螺旋内径、螺旋外径等内容。螺旋线的外径主要是由工作频率下限对应波长所决定。随着馈点之间距离的不断减小，进入到馈点当中的入射波距离也就越近。当螺旋线外径不变的条件下，螺旋的增长率能够对螺旋线的圈数产生直接影响。如果螺旋线的长度过长，便会导致终端的效应减小，拥有良好的波段特性，但假如螺旋增长率过低，圈数的数量过大，电力传输损耗也会相继扩大，综合传输损耗、终端效应等因素进行考虑，UHF局部放电检测通常将螺旋线的圈数设置为10，即螺旋线的宽度较大、单臂螺旋线的圈数是5，而双臂的螺旋线圈数是10，其阻抗的输入值也相继减小，在间隙宽度和螺旋线宽度相等的情况下，这种结构便是自补结构，其能够促进宽频带阻抗之间实现有效匹配。通过分析能够发现，螺旋线的圈数和外径已经得到了初步确定，螺旋线的间距和宽度大致相同。

结合相关方案，以阿基米德式天线为基础设计主变压器的局部放电监测传感器，并将其安置于变压器的入门孔或外罩，利用导线引出信号[1]。

2 硬件降频电路

2.1 基本原理

局部放电监测信号通常是将研究重点放到放电峰脉冲当中，或小于50赫兹的工频信号相位上，对于放电波形并沒有太多的关注。在这种条件下，为了进一步减小监测工作的难度，此次主要通过检波电路来对监测的信号实施降频处理，从而在确保局部放电相位和脉冲峰值的基础上，进一步减小采样频率。此次设计主要是以二极管为基础，相应的检波电路基本原理如下，检波电路信号输出状况能够直接将超高频调幅的包络波动变化规律直接反映出来，包括低通滤波器、检波二极管、输入后回路等几部分构成，充电时间常数较小，电容的充电速度快，能够快速创建电压，放电时间较大，远远超出了主变电器的局部放电周期。

2.2 实测信号

主变压器等电力设备内部出现了局部放电的问题时，便会散发出一种电磁波信号，即UHF超高频电磁波信号，对空间中的超高频电磁波信号进行检测，便可以准确找出电力设备中的局部放电问题。在局部放电问题下，衍生出来的超高频电磁波信号的频率相对较高，已经超出了500MHZ，但空气中的电晕干扰和背景噪音通常都相对较低，小于400MHZ。为此通过UHF检测能够有效消除核电厂中的各种信号干扰，提高局部放电检测数据的准确性。为此设计UHF天线检测系统，和相应的配套硬件电路，对实测信号验证系统可靠性。

通过分析可以发现检波电路能够对主变压器的局部超高频放电信号进行合理检测，同时使检波工作结束后的脉冲正向峰值诞生时间维持一种固定不变的状态。此外，放电时间常数的差异，还会对波形叠加造成一定的影响，为此需要对检波电路系统中的放电时间常数进行合理设计，即科学设计电容大小。

3 变压器局部放电监测和模型分析

3.1 硬件设计

充分结合核电厂中的变压器铁芯接地电流、主变压器的局部超高频信号以及油中的气体含量等元素，对主变压器进行准确判断，看其内部是否存在局部放电的问题。而主变压器的局部超高频检测传感器设备主要安装于人孔门当中，设备的前置处理可以通过检波电路实施，这种模型的核心结构是主变压器的局部超高频放电监测设备，融合了各种诊断手段方式、铁芯接地电流、油中的色谱等辅助检测方式，能够进一步提高结果诊断的准确性[2]。

3.2 软件框架

系统中的软件包括信息集成、信息交互、综合诊断、综合分析、统计放电图谱、脉冲分析、数据管理、数据快速采集等功能模块。其中的统计放电图谱主要是针对主变压器中的放电三维图谱和二维图谱实施准确计算，从而为后期的快速、准确诊断主变压器局部的放电故障问题提供可靠的参考依据，合理诊断变压器的故障问题。综合诊断和综合分析是全面综合铁芯的接地电流、油中的色谱等数据信息，联合变压器中的运行状况，进行全面的监控分析[3]。

4 实测数据监测分析

此次系统主要应用在某核电厂中的主变压器，对主变压器出现的局部放电问题进行合理检测。主变压器的低压侧24千伏，高压侧是500千伏，变压器的整体容量是410MVA，运行期间出现油色谱异常。通过在主变高压侧面底部装设UHF超高频装置，进行长期的局放检测。检测过程中发现，主变压器的放电现象呈现出一种持续稳定放电的趋势，油中乙炔量稳定在0.3ppm。特高频存在稳定绝缘放电信号，幅值最大57dB左右且持续稳定，但放电脉冲数有明显变化趋势，从原来日平均50-70脉冲左右，增加到300脉冲左右，逐渐减弱到150左右脉冲。根据放电脉冲说明放电程度存在内部提升。通过放电图谱分析认为是中性点套管连接部位螺栓松动引起。目前，电厂已组织。

通过案例分析能够发现，此次的核电厂主变压器监测模型具有较强的实效性。核电厂中的主变压器是电网和电机组之间进行有序连接的关键环节，一旦主变压器出现问题，便会对整个核电厂造成不良影响，无法为电网馈电，并发挥出有效的价值作用。在快速准确发现主变压器中的局部放电问题后，并及时进行检修工作，和主变压器发生重大事故后才开始进行检修工作相比，能够缩减半个月左右的维修时间，为此通过此次设计出来的局部放电监测系统，能够迅速检测出主变压器的故障问题，并制定针对性的检修方案，能够有效减少检修工期，同时还不会产生额外的检修费用，主变压器的局部监测系统不会对主变压器的操作运行产生任何的影响。从技术层面分析，系统研发能力进一步提高了核电厂中的经济效益和安全效益。

5 结语

综上所述，核电厂中的油浸式相关主变压器所产生的局部放电问题主要是导致变压器事故的直接原因，为此需要对主变压器中的局部放电活动进行全面监测，从而有效预防变压器事故的出现。

【参考文献】

[1]陈吉庆.核电机组主变压器分侧差动保护误动缺陷原因分析及对策[J].核动力工程，2017，38（S2）：93-96.

[2]任岩，龚传利.基于UHF技术的风电场油浸式主变压器局部放电监测与分析[J].上海理工大学学报，2016，38（06）：540-545.

[3]张百舸，欧小高.核電主变压器局放在线监测及诊断技术的研究与应用[J].电气应用，2014，33（18）：22-25.

[4]宋光耀，郑海龙.海阳核电一期工程主变压器低压侧加装接地变压器方案的探讨[J].电气应用，2014，33（06）：73-76.