电力变压器局部放电UHF监测技术研究

2021-12-30刘旭东郑文良李琳琳

沈阳理工大学学报 2021年6期

刘旭东，郑文良，李辉，李琳琳

(1.营口职业技术学院，辽宁营口 115000；2.沈阳理工大学发展规划处，沈阳 110159；3.中国电力科学研究院，武汉 430074；4.沈阳开放大学，沈阳 110003)

随着我国电力工业的快速发展和电压等级的逐步提高，变电站一次设备稳定运行尤其重要。据电网实际运行动态分析发现，影响稳定运行的主要问题是绝缘性故障，而局部放电(简称局放)又是绝缘性故障最主要的诱因。因而变压器局放监测技术已成为国内外科研院所、高校、制造厂等关注的重点[1-3]。

局放监测是指监测变压器设备绝缘内部存在的放电现象。局放过程中会产生电脉冲、电磁辐射和超声波等，因此相应地出现了脉冲电流检测法、超声波检测法和超高频(Ultra-high Frequency，UHF)检测法等多种方法[4-7]。

变压器局放监测技术中常见的方法是脉冲电流检测法，该方法是当变压器设备绝缘内部发生局部放电时，通过检测其内部脉冲电流，捕获局放量。脉冲电流监测法研究与应用最早，但监测效率较差，且易受干扰[8-10]。

超声波监测法在局放监测应用中优点很多，受到国内外研究机构较早关注。监测过程通常是布置多个传感器来监测超声波信号，判断局部放电所在位置；传感器越多，测得数据越精准。但由于变压器工作现场复杂多变，各种干扰使超声波监测法应用受到限制[11-12]。

UHF监测法应用于局放监测，近些年发展较快，该方法通过UHF传感器监测局放过程中陡峭的脉冲电流及数十亿赫兹的高频电磁波，获得局放信息；其特点是超高频电磁波监测方法有效避开了电晕干扰问题，具有较强的灵敏度和抗干扰能力[13-14]。

本文基于智能变压器设备的技术要求，研究变压器智能组件监测校验和校验方法，搭建电力变压器局部放电UHF监测技术的智能检验监测平台，实现变压器智能组件及相关传感器的监测校验。

1 变压器局放UHF检测校验平台研制

近些年，UHF监测法在气体绝缘开关设备、变频牵引电机、高压电缆等电力设备中广泛应用，本文将该检测法应用于电力变压器局放检测，搭建变压器局放UHF监测智能电子设备(Intelligence Electronic Device，IED)性能检测校验平台。变压器局放UHF监测设备应用中，灵敏度是极其重要的性能指标，也可认为局放UHF监测的有效性主要取决于UHF传感器的灵敏度。因此，需要对变压器UHF传感器进行测试和标定。

1.1 变压器局放检测模拟装置

变压器局放UHF监测IED的检测校验平台主要由升压系统、变压器局放故障模拟装置、局放检测系统构成。升压系统主要由电源系统、调压器、隔离滤波器、无局放升压变压器、保护电阻、分压器组成，见表1所示。

表1 升压系统

局部放电检测采用UHF检测法进行测量，变压器局放UHF传感器的测试回路如图1所示。

图1 变压器局放UHF传感器的测试回路原理图

1.2 检测校验环境和装置

(1)变压器局放UHF监测IED检测校验平台的检测环境要求如表2所示。

表2 UHF传感器检测环境

(2)变压器局放UHF监测IED检测校验平台装置有：自制设备(人造纳秒脉冲源(模拟发射电磁场)、局放故障模拟设备、局放测试模拟设备、针板油纸绝缘电极模型)，菲柯特局部放电测试仪、泰克示波器2.5GHz。

1.3 电源与隔离变谐波测试

对升压回路的谐波进行测试，主要观察隔离变压器是否有谐波输出，避免影响高压侧放电相位的测试。

对隔离滤波器的性能进行检测，确保无局放升压变压器的低压没有谐波引入，避免使高压产生谐波畸变。电源由特高压交流试验基地10kV/380V配电柜引出，采用TN-S供电方式，火线L、零线N、保护线PE分别布线。调压变压器输入为220V电源，输出为0～220V；调压变压器输出给隔离变压器，隔离变压器输出给无局放变压器的低压供电。无局放变压器的额定电压分别为：低压220V，高压50kV，仪表50V。

2 变压器局放UHF检测校验测试

试验选用针板油纸绝缘电极模型模拟变压器油纸绝缘故障进行测试，对设定各电压下的局放量和幅值开展同步测试。

2.1 局放量和幅值相关性测试

选用无局放变压器(10kVA/50kV)对电极模型加压，施加不同电压激发的局放量可对针板油纸绝缘电极模型激发出不等的电磁波，通过GB/T 7354规定的传统脉冲电流法，用菲柯特局放仪测量测定局放量；同时用泰克示波器采集UHF传感器所接收的波形。不同电压下激发的局放量和幅值没有对应的规律，表3为不同电压下局放量和幅值。