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超高频变压器局部放电在线监测系统在智能变电站的应用_图文

第2 8卷第 2 期 
21 02年 2月 













程 

Vo _ l28. .   No 2
41  

El cr c Po e   i nc   nd Engne rng e t i  w r Sce e a   i ei  

Fe ,01   b.2 2

超 高频 变 压 器 局 部 放 电在 线 监 测 系统  在 智 能 变 电 站 的应 用 
甘景福  ,韩克勤  ,周 燕飞  
( .唐 山供 电公 司 ,河北 唐山 0 30 1 6 10;2 .苏州供 电公 司 ,江苏 苏州 2 50 ) 104  
摘要 :分析 了变压器局部放 电产生机理 ,并 简要介绍 了 目前变压 器局部放 电在 线监测 的研 究现 状。研 究 
了基 于超 高频 传 感 技 术 的 局 部 放 电在 线 监 测 系统 的相 关 设 计 方 案 , 最后 对 本 系统 在 某 变 电站 的 应 用进 行  了分 析 ,并 总结 了 变压 器 局 部 放 电在 线 监 测 系统 的 特 点 及 重 要 意 义 。  

关键词 :变压 器;局部放 电;在线监测 
中 图分 类 号 :T 4 1 M 0  文 献 标 识 码 :A  

确性 ;此 种 检 修 模 式 容 易 造 成 设 备 的 过 修 和 欠 修 

0 引言   
随着 社 会 的发 展 ,电 力 E 益 成 为 国 民 经 济 的  t

等 。所 以 ,无 论 从 电力 系 统 还是 用 户 的 角 度 考 虑 ,  

都需 要 对 变 压 器 局 部 放 电进 行 在 线监 测 。  
重要 组 成 部 分 ,现 代 工 农 业 的 快 速 发 展 对 输 变 电  1 变 压 器 局 部 放 电产 生机 理 及 技 术 现 状   

提 出 了更 高 的要 求 。2 0 0 9年 国家 电 网公 司 提 出构 
建 以特 高 压 为 骨 干 网架 、各 级 电 网协 调 发 展 的智  1 1 变 压器局 部 放 电的产 生机理  .

能 电 网 以及 智 能 电 网发 展 战 略 框 架 的 6个 环 节 更  
突显 了输 变 电 的重 要 性 。 变 压 器 作 为 智 能 化 变 电 

变 压 器 局 部 放 电是 当 变 压器 被 加 上 高 电压 后 ,   其绝 缘 结 构 由 于 电 场 分 布 不 均 匀 、局 部 电 场 过 高 

站 的重 要 组 成 部 分 ,对 其 运 行 状 况 及 时 可 靠 进 行   等 ,引发 的局 部 范 围 内 的放 电 。 电 场 分 布 不 均 匀  预测 ,对 于 保 障 电 网 运 行 具 有 十 分 重 要 的 意 义 。   的原 因可 能 是 由 于 设 备 制 造 过 程 中 间 产 生 的 导 体  
而变 压 器 局 部 放 电是 造 成 电力 变 压 器 绝 缘 老 化 和  尖 端 ,或 毛 刺 ;也 可 能 是 绝 缘 体 内部 或 界 面 存 在  破 坏 的主 要 原 因 之 一 。局 部 放 电 在 线 监 测 与 油 中  气 泡 、裂 纹 、 杂 质 、或 是 绝 缘 系 统 由 多 种 介 质 的 

溶 解 气 体 等 监 测 等 方 法 相 比能 瞬 时 的 检 测 变 压 器 、  

复合 组 成 。局 部 放 电 可 能 出 现 在 绝 缘 体 内部 、绝 

电抗 器 内部 出 现 的故 障 ,对 非 脉 冲 型 局 部 放 电及  缘 体 与 导 体 的 界 面 上 , 以及 绝 缘 体 表 面 。 虽 然 局 

脉 冲 型局 部 放 电 均 能 进 行 在 线 监 测 ,因 此 ,研 制 

部放 电一 般 不 会 引起 绝 缘 的 贯 穿 性 击 穿 ,但 可 以 

现场 运 行 的变 压 器 局 部 放 电在 线 监 测 系 统 是 非 常  导致 电介 质 局 部 损 坏 ,若 局 部 放 电 长 期 存 在 ,在 
有 必 要 的 。 我 国 l8 — 18 年 间 10 k 及 以上  9 4 96 1  V


定 条 件 下 会 导 致 绝 缘 劣 化 甚 至 击 穿 ,诱 发 变 压 

等 级 电力 变 压 器 事 故 统 计 分 析 表 明 。 , 由 于 绝  器 故 障产 生 。 因 此 ,对 变 压 器 局 部 放 电进 行 在 线   
缘 劣 化 引 起 的事 故 台次 占事 故 总 台 次 的 6 % 和 总  监 测 ,对 保 障 变 压 器 安 全 运 行 具 有 非 常 重 要 的  8 事 故 容 量 的 7 % 。早 期 电力 变 压 器 采 用 的 事 后 维  意 义 。 4  

修 ,以及 随 后 发 展 的 预 防性 维 修 等 故 障 诊 断 方 法  1 2 变 压器局 部 放 电在 线监 测技 术现状  . 都 存 在 很 多 不 足 之 处 ,如 :须 停 电 进 行 维 修 ;停  
变 压 器 发 生 局 部 放 电 时 会 伴 随 各 种 电 、光 、   电后 设 备 状 态 和 运 行 中状 态 不 一 致 会 影 响 判 断 准  声 、热 等 现 象 的 产 生 ,因 此 局 部 放 电 检 测 技 术 中 
收 稿 日期 :2 1 —1 0 1 2—1 。 6 

作者简介 :甘景福 ( 9 3 ) 17 一 ,男 ,高级工程师 ,从事变 电设备运行管理工作 ,E m i t g ao.o   - a : s @yhotm。 l x

嬲l : 院; }《  戮皴 嚣釉锈;     鞋《    ) 瓣爱嚣张{   聪

4  2













程 

21 02焦 

也 相 应 出 现 了 电 检 测 和 光 检 测 、声 检 测 、红 外 线 

  检 测 等非 电 量 检 测 方 法 。 电检 测 主要 有 脉 冲 电 流  2 变 压 器 局 部放 电在 线 监 测 系统 设 计 
法 、超 高频 法 、无 线 电干 扰 电压 法 、介 质 损 耗 分   析 法 等 。声 检 测 主 要 有 超 声 波 法 等 。 目前 脉 冲 电  本 系 统 采 用 超 高频 传 感 技 术  得 到 准 确 的局    流 法 、超 高 频 法 和 超 声 波 法 在 局 部 放 电 的检 测 中  部 放 电信 号 ,变压 器 本 体 法 兰 处 安 装 采 集 传 感 器 , E 6 8 0协 议 传  应 用 较 为广 泛 。声 检 测 法 在 设 备 放 电 源 定 位 方 面  并 进 行 就 地 信 号处 理 ,然 后 通 过 I C 15 有独 到 的优 点 ,但 由于 声 波 在 传 播 途 径 中 衰 减 畸  输 到 监 控 中心 进 行 数 据 存 储 及 变 压 器 寿命 的分 析 
变严 重 ,不 能 反 映 放 电 量 的 大 小 , 因 此 最 常 用 的 
诊断 。  

定 位 法 是 将 声 检 测 和 电检 测 法结 合 起 来 使 用  。  
国 内外早 已对 变 压器 局部 放 电在线 监 测 方 法有 

2 1 局部 放 电在 线监 测 系统设计  . 局 部放 电在 线 监 测 系 统 主 要 由信 号 监 测 、信 

了广 泛地 研 究 。我 国局 部放 电在 线监 测 取 得 很 多研   号 处 理 、信 号 传 输 以 及 分 析 诊 断 等 模 块 组 成 ,如  所   究 成 果 :如 由清 华 大学 和吉 林 省 电力 科 学 研 究 院研   图 1 示 为 系统 运 行 流 程 图 。 制 的变压 器 局部 放 电在 线 监测 系统 ;武 汉 高 压研 究  所 研 制 的 局 部 放 电 系 统 ,采 用 带 宽 为 1 ~ 0   本 系统 采 用 超 高 频 传 感 器 技 术 监 测 局 部 放 电 

信 号 ,运 用 先 进 的 脉 冲 分 离 技 术 将 干 扰 与 有 效 局 

1 0   H 的 电流传 感 器 ;西安 交 通 大学研 究 的 B T   0k z 0 Y   放 脉 冲分 离 开 ,使 监 测 数 据 更 加 有 效 可 靠 ,实 现  型局 部放 电系 统 ,测 量 频 带 为 4 200 k ; 北  多 通 道局 部 放 电信 号 和 超 声 信 号 的 实 时 监 测 。可  0~  0  Hz东 电力 试 验研 究 院为 1台 2 0k / 2   2  V 10MV ? A变 压器 ,   监 测 基 本 局 部 放 电 参 数 有 :放 电量 、放 电 相 位 、   研 制 了一 套 局部 放 电在 线 监测 装 置 ,采 用 了带通 滤  放 电频 次 等 。 由于 光 信 号 具 有 强 抗 干 扰 能 力 ,故    波 、差动 平衡 、极性 鉴别 等 干 扰 抑 制技 术 ,抑制 比  系 统 将所 有 监 测 信 号 均 被 转 换 为 光 信 号 进 行 传 输 ,

  在 5   B以上 ;重 庆大 学孙 才 新 等 人 提 出 用 多端 调  经 光纤 传 送 至监 控 中心 ,专 家 软件 根 据 放 电特 征 , 0d 进 行 放 电定 位 和故 障分 析 。   节 的方 法 抑 制脉 冲 型干 扰 。  

信 号监测 模块  ( 现场)  

信 号处理模 块  ( 备附近) 设  

分析和 诊断模 块  ( 控 中心) 监  

图 1 系统 运 行 流 程 图 
Fi 1 Fl g.   ow  ha to  he s t m   c r  ft  yse ope ato r i n 

. 

2 2 系统各模 块 特点  .  超 高 频 传 感 器 确 定 局 部 放 电 信 号 ;信 号 的 处 理 :   由 于数 据 处 理 的微 机 与 变 压 器 等 电 气 设 备 的 I D E 

反 映 设 备状 态 的特 征 值 ,为 诊 断 提 供 有 效 的数 据  进 行 比较 、分 析 后 ,对 设 备 的 状 态 或 故 障 部 位 作  出诊 断 。  

信 号 的监 测 :利 用 变 压 器 本 体 法 兰 处 安 装 的  和 信 息 。对 处 理 后 的数 据 和 历 史 数 据 及 其 他 信 息 

相 距 较 远 ,为 防 止 信 号 畸 变 或 衰 减 ,本 系 统 采 取  2 3 局部 放 电诊 断算 法  .
就 地 处 理 的方 式 对 传 感 器 监 测 出 的信 号 进 行 适 当  超 高频 监测 法 由 于 其 能 有 效 避 开 低 频 噪 声 和  的预 处 理 ,将 信 号 幅度 调 整 到 合 适 的 电 平 ,对 混  空 间 电磁 干 扰 而 得 到 广 泛 应 用 ,然 而 ,来 自高 压  叠 的干 扰 信 号 采 用 滤 波 电路 进 行 移 植 , 以提 高 系  线 路 的各种 脉 冲干 扰 以及 系 统 随 机 白 噪声 仍 然 严  统 的抗 干 扰 能 力 ;信 号 的 传 输 :将 采 集 到 的信 号  重 影 响其 检 测 灵 敏 度 。 利 用 小 波 变 换 能 有 效 地 去  传 送 至 后 续 I D单 元 ,进 行 I C 15 E E 6 8 0封 装 ;分 析  除 脉 冲 干扰 和 白 噪声 。本 系 统 采 用 不 同母 小 波 对 

与 诊 断 :对 所 采 集 的数 据 进 行 处 理 和 分 析 ,获 取  信 号进 行 分 解 ,通 过 对 比不 同小 波 分 解 后 的信 号 ,  

第 2期 

甘景福 ,等 超高频变压器局部放电在线监测系统在智能变 电站 的应用

4  3

逐 层 寻 求 最 优 母 小 波 。 去 噪 的 原 理 如 下 :设 信 号 

X:  

  l =1 ,… ,n} n个 含 噪 样 本  i ,2 的
=i   s +b () 1 

式 中 :  独 立 分 布 的 随机 高 斯 白 噪 。 b是  
对  做 小 波 变 换 , 到 : 得   ( )= (    (       s)+ b) () 2 

若 采 用 正 交 小 波 时 ,小 波 变 换 为 线 性 运 算 ,   白噪 b 的变 换 结 果 仍 然 是 白噪 , (   W     b)=  
则  s =W ( ( )一W )          () 3 
图 2 传 感 器 现 场 安 装 图 
Fi 2 Loc li t l i   i t e ofs ns s g.   a nsal on p cur    e or  at

采 用 阈值 参 数 A来 估 计 W 则   
s =W  (   )一A)   1  (  
^  

() 4 

()=∑d2 — )j()   (i ka  +∑g2 — ),() +  (i kr+     1
(   5)

式 ( ) 中 :0 和 r, 别 为 信 号 在 尺 度  上 的 平  5 , 分 滑 系数 以 及 经 过 阈值 处 理 后 的 小 波 系 数 ;g是 对 
应 于小 波 函 数  的 高 通 滤 波 器 ;d是 对 应 于 尺 度  函数   的 低 通 滤 波器 ;k ∈Z。  

根 据式 ( ) 得 到 重 构 后 的信 号  。 5   综 上所 述 ,通 过 信 号 分 解 、阈 值 处 理 和 信 号  重构 3个 步 骤 ,实 现 对 采 集 信 号 的 去 噪 处 理 。 该  方 法 能 更 有 效 地 抑 制 超 高 频 法 监 测 的 局 部 放 电 信 
图 3 变 压 器 局 放 I D 汇 控 柜  E
F g 3 l D  BC  a i e   f ta s o me   a ta  ic a g   i .   I HS E c b n to   n f r r p r i l s h r e r d

变 电站 局 部 放 电 在 线 监 测 系 统 专 家 软 件 系 统  

0 1—1 2 0— 6的放 电 相 位 、放 电量 、放 电  号 中 的 白 噪声 。本 系 统 通 过 采 集 多 个 工 频 周 期 的  显 示 的 2 1
。 数 据 来 得 出 q—t ,n—t , 一t 布 图 ,并 采 用 专  频 次 的 实 时 图 像 如 图 4     分 根 据 本 系统 监 测 到 的 此 变 电站 2 1 0 1—1 0一l  7 家 系统 、模 糊 算 法 、神 经 网络 等 人 工 智 能 算 法 来  

分 析 不 同 的局 部 放 电类 型 。  

到 21 0 1—1 2 0— 3监 测 数 据 进 行 分 析 得 到 图 5所 示  相位 一幅值 图 。  

3 应 用 实例 

由 图 可知 ,主 变 局 放 放 电量 一 般 在 3 0p 5   C左   右 ,某 一 时刻 出现 较 大 放 电量 为 4 0 p 4   C左 右 ,主 

在 某 2 0k 2   V变 电站智 能化 改 造 中采 用 了本 变  变运 行 状 态 正 常 , 当主 变 发 生 较 为 严 重 局 部 放 电  压 器 局 部 放 电 在 线 监 测 系 统 ,检 测 装 置 的 现 场 安  时 ,放 电量 会 产 生 较 大 的 变 化 ,此 时 专 家 软 件 可  装 实 物 图如 图 2,3 ,图 2中为 超 高 频 传 感 器 的 安 
以 实 时报 警 。  

装 图 ,超 高 频 传 感 器 安 装 于 变 压 器 本 体 法 兰 上 ,  
局部放 电信 号可 通过 法 拉 间 隙被传 感 器感 应 到 ,  

通 过 对 此 变 电站 使 用 情 况 分 析 ,本 局 部 放 电  在线监测 系 统 能有 效且 可靠 反 应设 备 运 行状 态 ,  

并 进 行 就 地 数 据 处 理 。 图 3为 变 压 器 局 放 I D 汇  与传 统 的局 部 放 电监 测 技 术 相 比 ,本 系 统 有 如 下  E 控 柜 ,I D汇 控 柜 安 装 于 变 压 器 附 近 ,有 助 于 缩  优 点 :具 有 较 强 的灵 活 性 ,本 系 统 所 有 被 监 测 点  E

短 信 号 传 输 距 离 及 油 色 谱 分 析 仪 等 设 备 的 集 中 安  可进 行 全 天 候 监 测 ,或 进 行 定 时 监 测 ,能 自动 启  装 。传 感 器 将 感 应 到 的 实 时 局 部 放 电 信 号 转 化 后  动监 测 ,实 现 整 个 监 测 过 程 自动 化 ,达 到 预 设 警 
通 过 光 纤 传 输 到 I D 汇 控 柜 中 ,经 I D 转 换 成  戒值 时 ,立 即 报 警 ,也 可 人 工 实 时 启 动 及 关 闭 监  E E
  I C 15 E 6 8 0协 议 后 传 输 到 监 控 中 心 后 台 ,进 行 数 据  测 系 统 ;采用 最 先 进 的 脉 冲 分 离 超 高 频 等 技 术 , 存 储 及 进 一 步 的分 析 处 理 。  

运用 光 信 号传 输 的 方 法 能有 效 抑 制 噪 声 ,增 强 监 

电 力









程 

2 1 钜  02

姗伽枷跏 瑚抛    

如。  

图 4 实 时 数 据 显 示 
Fi 4 Rea i e da a g.   ltm   t  
局部 放电监测 历史数据 



 

8  
【   ■.

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霉  曷 2  兰  豺    墨  

譬    n

运  器 嚣 2  景      

图 5 某 时 间相 位 一幅 值 图 
Fi 5 Pha e and am plt e m ap o a  e ti i e g.   s    iud     n  c ra ntm  

测 数 据 可 靠 性 ,为 监 控 中 心 提 供 最 准 确 的 数 据 ,  

实 际情 况 结 合 其 他 变 压 器 在 线 监 测 方 法 对 变 压 器 

更 精 确 地 对 放 电 进 行 定 位 ;能 显 示 频 谱 图 等 多 类   运行 状 态 做 出更 准 确 的 判 断 。   图形 ,更 完 善地 判 断局 部 放 电等 。  
采 用 局 部 放 电在 线 监 测 系 统 具 有 较 高 的经 济 
参考文献 :  

效 益 ,能 够 大 大 降 低 产 品 硬 件 成 本 。据 国外 的 有 
关 报 道 ,由于 电气 设 备 运 行 状 态 在 线 监 测 诊 断 技  术 的应 用 ,使 每 年 维 修 费 用 减 少 3 % ~5 % ,故  5 5

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4 一45. O   Li Yu, Xu Yuxa g, Yu Zhe u    in   ng,e  1 De ly nto  h   ta . po me   ft e

障停 电 时 间减 少 7 % 。 5  

4 结 束语 
局 部 放 电在 线 监 测 系 统 能 提 供 更 有 效 的 变 压 
器 在 线 监 测 方 法 。局 部 放 电在 线 监 测 变 压 器 的 运 

o — n   n tr g s s m  n t e 7 0 k s r u s t n n l e mo i i   y t i on e i   h   5   V  mat b t i    s ao

[ ] o e  ytm ad Cen E eg ,2 1 ,2 ( : J .P w rSs   n  la  nry 0 0 6 2)  e
4 一 45. O  

[ ]李锐.局部放 电在线监测系统在变压器状态评价 中的应  3

行 状 态 可 及 时地 掌 握 变 压 器 设 备 内部 绝 缘 的 真 实 
状 况 ,尽 早 地 发 现 变 压 器 内部 存 在 的 故 障 隐 患 ,   具 有 非 常重 要 的 意 义 。 当然 ,局 部 放 电在 线 监 测  由 于其 测 试 的 复 杂 性 ,也 存 在 一 些 不 足 ,应 根 据 

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第 2期 

甘景福 ,等 超高频变压器局部放 电在线监测系统在智能变 电站 的应用 

4  5

We  ei,WuG a gig Z o  i n. Peett h i nD b n   un n , h uL u n j rsn  cn— e  
c 1sau   n   ul o   fo l e mo i rn   y t m o  a t l a  tt sa d o t k o   n i   nti g s se fr p ri   o n o a

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su yf ro ti e p o a ai n c a a t r t   f h   td    u sd   r p g t   h r ce si o   e UHF sg a  o o i c t   in l

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e ie  y pra dsh r  n t nfr e [ ] H g  mt d b  at l i a e i r s m r J . ih t i  c g a o s

Ap ia i n o   pl to   fUH F Tr n f r e   r i lDic a g   c   a s o m r Pa ta   s h r e On-i   o t rng l ne M nio i   S s e  n t   m a t S bsa i n y t m i   he S r   u t to  
Ga   igu , Ha   qn , Zh u Ya f i n Jn f  n Ke i  o   ne 

( .T nsa o e Sp l C m a y a ghn0 3 0 ,C ia  1 a ghnPw r u p   o pn ,T n sa 6 10 hn ;   y
2 Szo o e upyC m ay uh u25 0 . uhuPw rSp l o pn ,S zo 104,C ia    h ) n
Ab t a t At rt h   a e   n y e h   e ea ig me h ns o   a so me   a t ld s h g W h t   r s r c :   s ,t e p p ra a s s t eg n r t   c a im  f r n fr r r a  ic a e i f l n t p i r a’ mo e,i  s t


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