大型电力变压器局部放电在线监测系统的研制.pdf

一 I 测控技 DOI ： 1 0 3 9 6 9， j i s s n 1 0 0 9 - 9 4 9 2 2 0 1 2 0 4 0 0 3 大型电力变压器局部放电在线监测系统的研制 周晓霞 ，黎文安 ，文武。 ( 1 重庆电力公司教育培训中心， 重庆4 0 0 0 5 3 ；2 武汉大学 电气工程学院， 湖北武汉4 3 0 0 7 2 ) 摘要 ：阐述了变压器局部放 电监测 的重要性 ，介绍 了大型 电力变压器 局部放 电在线监测系统的 系统组 成及各组 成部 分的功能 ， 提出了模拟信号预处理电路结构的设计方案 ，分别说明了固定增益放大电路 、 程控增益放大电路、微调放大电路、滤波电路的 电路设计方法 ，并 简单介绍 了以AR M为核心的现场监测单元的组 成。 关键词：变压器 ； 局部放电；超声波检测；宽带电流互感器 中图分类号：T P 2 7 4 文献标识码 ：A 文章编号 ：1 0 0 99 4 9 2( 2 0 1 2 ) 0 40 0 0 90 4 De v e l o p me n t o f On l i n e S y s t e m M o n i t o r i n g Pa r t i a l Di s c h a r g e Oc c u r r e d i n Hug e Tr a ns f o r m e r Z H0U Xi a o x i a L I W e n a n W E N W u ( 1 Ed u c a t i o n&Tr a i n i n g C e n t e r o f C h o n g q i n g E l e c t r i c p o w e r c o r p o r a t i o n，C h o n g q i n g 4 0 0 0 5 3，C h i n a；2 Wu h a n U n i v e r s i t y ，Wu h a n 4 3 0 0 7 2 ，C h i n a ) Abs t r a c t ：I t i s i mp o r t a n t t o mo n i t o r t h e p a rti a l d i s c h a r g e o c c u r r e d i n t r a n s f o r me r I n t hi s pa p e r ， a n o n l i n e s y s t e m mo n i t o r i n g t h e p a r t i a l di s c h a r g e o c c u rre d i n h u g e t r a n s f o r me r i s p r e s e n t e d T h e f u n c t i o n s o f e a c h p a r t s o f t h e s y s t e m a r e d e s c r i b e d， the d e s i g n i n g s c he me o f t h e c i r c u i t p r e p r o e e s s i n g a n a l o g s i g n a l s i s p r o p o s e d， t he a mp l i f y i n g c i r c u i t wi t h a fi x e d r a t i o o f o u t p u t t o i n p u t ， t h e a mp l i f y i n g c i r c u i t wi t h a p r o g r a m c o n t r o l l e d r a t i o o f o u t p u t t o i n p u t ， a mi n i mo d u l a t i n g a mp l i f y i n g c i r c u i t a n d a fi l t e r c i r c u i t a r e g i v e n A b r i e f i n t r o d u c t i o n t o t h e c o mp o s i t i o n o f o n - s i t e mo n i t o r i n g u n i t i s b a s e d o n ARM c o r e Ke y wo r d s ：t r a n s f o r me r ；p a r t i a l d i s c h a r g e ；u l t r a s o n i c t e s t i n g；wi d e b a n d c u r r e n t t r a n s f o r me r 1 引言 大型 电力变压器是电力 系统的核心设备 ，其 运 行状态 的好坏直 接影 响着 电网的安全 可靠运 行 ，在电网设备全寿命周期管理中 ，及时了解设 备的运行隋况是至关重要的。 局部放电是衡量变压器绝缘系统结构可靠性 的重要指标。局部放电监测的目的是证明变压器 内部有没有破坏性的放电源出现，仅用油气变化 指标是不能全面评估运行状态下高压电气设备可 靠性的。局部放电监测对故障的快速反应能力和 对故障位置及性质的评估 ，与油气监测相 比具有 明显的优势 ，近年来越来越受到运行部 门的重视。 本文介绍 了一种大型电力变压器局部放电在 线监测系统 的研制方法 。总结几十年局部放电测 量和变压器现场故 障处理经验 ，采用最新声 、 收稿 日期 ：2 0 1 1 1 1 1 0 光、电传感器 、信号处理器、计算机等技术手段 和算法实现的新一代高性能数字化局部放电在线 监测装置 。该 系统 已在多家发电厂 、变电站挂 网 运行 ，并成功监测出多起高压电气设备各类内部 放电故障，已被公认为是国内领先的局部放电在 线监测装置。 2系统组成及原理 该系统由超声波传感器、宽频带电流互感 器、干扰信号接收模块、监测主机、光纤、高频 电缆以及局部放电监测软件组成。系统示意图如 图 1 。 ( 1 )超声波传感器 ：吸附在油箱箱壁，可在 变压器运行状态下 ，随时进行安装 。 ( 2 )宽频带 电流互感器 ：安装在变压器铁心 接地线的适当位置 ，由专用固定架 固定。 ( 技 术 一 信 嘲 _ J P c机 l 现场监测单元 超 声 波 传 感 器H 前 端 信 号 处 理卜 ( 单 片 机 系 统 ) _ J 笙 ( ARM ) 一 I毛I 宽 带 电 流 互 感 器 H前 端 信 号 处 理卜 一 - _- R S 4 8 5 图1 局部放电在线监测系统示意 ( 3 )干扰信号接收模块 ：根据现场情况确定 安装干扰信号接收模块的位置，将前端传感器接 收到的信号传输到现场监测单元 ，实现独立完成 放电信号采集 、信号调理 、A D转换 、干扰处 理、数据处理、数据保存 、放电量显示、超标报 警等一系列的工作。 ( 4 )监测主机：通过同轴电缆与高频传感器 相连接 ，将前端传感器接收到的信号传输到现场 监测单元 ，完成放电信号采集、信号调理、A D 转换、干扰处理、数据处理 、数据保存、放电量 显示、超标报警等一系列的工作。利用天线门控 抗干扰、数字与模拟混合滤波 、放电信号的智能 识别等抗 干扰处 理 ，提 取有效 的内部 局放信号 ， 建立故障特征数据库 ，对变压器局部放 电故障进 行判别 。 ( 5 )局部放 电监测软件 ：具有在线局放数据 记录 、 趋势图形显示 、图形分析 、超限报警 、放 电波形的实时显示 、波形分析 、各种统计分析等 功能。 3 模拟信号预处理电路的结构设计 变压器局部放电超声波传感器 的工作频率范 围应大于8 0 k H z I” ，其输出信号一般比较微弱，而 且还带有大量干扰信号 ，它们甚至会淹没局部放 电产生的超声波信号，因此必须对其进行预处理 后才能送人高速数据采集电路进行模数转换。根 据变压器局部放电产生的超声波信号特征，设计 了用于调节采集输入信号幅度和抑制干扰信号的 模拟信号预处理电路 ，它主要 由放大电路和带通 滤波电路组成 。 由于变压器 内部结构和介质的复杂性 ，超声 波 在 其 内 部 的 传 播 途 径 很 复 杂 ，存 在较强 的声 衰减 ，从 而 超声波传感器的输出信号十分 微 弱 ，有 时 会 低 至 毫 伏 数 量 级 ；并 且实施局部放 电超声 波 信号检测时，现场的噪声和干 扰非 常 强 ，如 机 械振 动 噪声 、 变压器铁 心 的磁致伸 缩噪声及 电磁波 干扰等 ，它们 甚至会 淹 没 局 部 放 电产 生 的 超 声 波 信 号 ，必须 对其进行 预处理后 才 能送人高速数据采集电路进行模数转换。因此本 系统设计了由两部分组成的模拟信号预处理电 路 ：一是放大 电路将传感器输 出信号调节到 A D 转换输入信号的要求范围内；另一部分是滤波电 路 ，通过限制信号的频带范围来抑制干扰信号。 模拟信号预处理电路结构如图2 所示 。 4放大 电路 的设计 ( 1 )第一级放大 电路 第一级放大电路 为固定增益放大 电路 ，采用 的运放为A D 公司专用高精度仪器运放A D 6 2 0 ，它 是由三个精密运放集成的差分专用仪器运放 ，具 有低偏移 、高增益 ( 信号可 直接放大 到 1 0 0 0 倍) 、高共模比的特点，特别适用于放大传感器信 号。如图3 所示。 图2 模拟信号预处理电路结构 厂 微 调l I 放 大 器l l i 图3 第一级放大电路 ( 2 )第二级放大 电路 第二级放大 电路是 由单位增益带宽为 5 0 MH z 的 A D8 2 6 和数字 电位器 AD 5 1 6 0 组成 的一个 程控 放大 电路 ，电路如图4 所示。 ( 3 )第三级放大 电路 第二级放大 电路增益虽然可调 ，但在实际调 试中发现在输人信号的频率较高时，放大电路的 实际放 大倍数 和理论放 大倍 数之 间有 一定 的偏 差，这主要是因为运放的增益带宽积有限。为 此 ，本系统第三级放大 电路 由A D 8 2 6 和一个精密 可调电位器组成 ，电路如图5 所示 。通过该精密 可调电位器可对第三级放大增益进行微调 ，以减 少偏差 图4 第二级放大电路 5滤波器的设计 在变压器的现场局部放电检测中 ，存在机械 C 图5 第三级放大电路 V o 3 振动噪声( 2 k H z ) 、铁芯磁致伸缩噪声( 频带在 5 07 0 k Hz ，频谱峰 值约在 6 5 k H z 1 、电晕 产生 的 电脉冲 ( 频率大概在 1 8 MH z )干扰以及强烈的电 磁辐射干扰 ，而超声波传感器的金属外壳只能屏 蔽部分电磁波，其输出信号中的干扰信号可能将 变压器局部放电产生的超声波信号淹没 ，因而必 须在信号进入A D转换之前对信号进行模拟滤 波 ，使信号 的能量主要集中在变压器局部放电超 声波信号的最佳检测频带 8 0 3 0 0 k Hz 内。 当上截止频率与下截止频率之 比等于或超过 2时 ，则可 以认为该带通滤波器是 宽带型的 ，于 是滤波器的指标可以划分为单独的低通和高通技 术条件 ，然后通过级联有源高通和低通滤波器可 以构成相应带宽的带通滤波器 ，这种方法设计 的 滤波器具有通带 内幅频特性 曲线较平坦 的优点 。 根据上述宽带滤波器定义 ，本系统的滤波器属于 图 6滤波器电路 F 暑 7 了 j 一 T 。_1 l_j _ 1 1 f 技术 宽带型带通滤波器 ，因此其电路 由四阶高通滤波 器和二阶低通滤波器级联而成 。由于 A D 8 2 6 不仅 带宽较高，并且其具有速度快 、低电压和电流偏 移 、高增益稳定性等特性，适用于数据采集系统 中的滤波 电路 ，所 以本滤波器 的运放仍使用 AD 8 2 6 ，滤波电路如图 6 所示 ，本系统滤波电路 由 两个二阶单位增益负反馈高通 滤波器和一个二阶 单位增益负反馈低通滤波器组成 。 6 现场监测单元 现场 监测单 元 以 A R M为核 心 ，加 上 A D芯 片 、电源 电路 、通信接 口、液晶显示 ，构成一个 能独立完成放 电信号采集 、信号调理 、A D转 换 、干扰处理 、数据处理 、数据保存 、放 电量显 示 、趋势 图形显示 、超标报警等一 系列的工作 的 智能单元 。 7 后台监测计算机 根据现场监测单元送来 的信号建立故障监测 数据库 ，分别显示各现场监测单元监测到的局放 变化趋势 、超标报警等信息，并且以多种方式实 现远程传输数据 ，达到异地监测的 目的。 8 局部放电监测软件 局部放电监测软件采用 v i s u a l s t u d i o 2 0 1 0 作为 开发工具 ，适用 S Q L S e r v e r 数据库，监测软件具 有对局部放电信号的在线数据采集 、处理及存 贮 、局部放电的图谱显示及诊断、报警 、历史数 据查询等功能。 9 应用实例 某 5 0 0 k V变压器 内部磁屏蔽缺陷引起 的故 障 ，三组在线监测数据的相关性表征了其故障特 点和性质 。由各趋势 图分析可见 ，铁心接地线上 的局放信号小且平稳。超声信号与铁心接地线上 局部放 电信号没有相关性。超声信号与变压器负 荷 电流曲线变化趋势 明显相关 。再通过超声与油 气数据相关分析，大的超声信号出现后，延时一 段时间 ，油气开始上升 。油气监测数据与局部放 电监测数据存在积分和延时相关性 。通过 以上分 析确定 ，变压器内部存在辐射度较低 的接触性电 流间歇性放电，且同时伴随有震动。可确定是由 油箱磁屏蔽松动引起 的电流型放 电。经 吊罩检查 证实以上分析的结论是正确的。 1 0 结论 变压器局部放 电的监测对判断变压器 的运行 状态至关重要 ，目前对变压器局部放电的研究是 世界各国的热 门话题 ，检测方法和手段也有所不 同 ，尤其是在数据的数学模型构建上 ，到 目前为 止 ，在学术界还没有统一 的标准 ，这给局部放 电 的监测 和变压器 运行状 态 的判 断带来 了很 大 困 难 ，寄望于将来通过大量 的试验建立统一的数学 模型和判据。 参考文献 ： 1 黄兴波 变电设备在线监测与故障诊断 M 北京 ： 中国电力出版社 ，2 0 1 0 第一作者简介：周晓霞，女，1 9 8 5 年生，湖北天门人，硕 士，讲师。研究领域 ：电力系统运行 、分析与控制。已发 表论文 4 篇。 ( 编辑 ： 阮毅) 圭 瓣 舔 三 菱 M v 系 列 数 控 放 电 加 工 线 切 割 iIi几 仝 球 首 发 主4- + + 4- 第十三届深圳国际 机械制造工业展览会日 前在深圳会展中心盛大召开。在此次展会上， 三 士 t 菱电 机M V系列数控线切割放电 加工机全球首次公开发布。全新的M V系 列不仅在自 动穿丝性能 t 上进行了大胆革新，还采用卷筒式直线电机驱动，大大提升5 - -Y - 精度。其电极丝的自动穿丝成 丁 功率大幅提 高，丝的弯曲率的对应范围也从 3 扩展到 1 0 ，适合各种穿丝模式 ( 喷水、无水、水t f 中断丝点穿丝) 。 1 i 相比以 往产品， M V 系 列 耗电 量最多削 减6 9 ， 过滤器 的 成本最高降 低4 5 ( 过滤流量自 动 i 切换) ，电极丝消耗量最多减少4 6 ，离子交换树脂成本最高降低2 5 。加工条件检 索使加工工4。 - 程使用更简便 。 尤为一提的是 ，其采用的D MX S 一 超数码控制最大限度地提升 了线切割加工机 的性能。 + k + + + + 。 + + + + + + + + + +。 + + +。 + +。 +。 + + + + + + + + +- + +一 二