換流變壓器直流局部放電檢測裝置及方法
【專利摘要】一種換流變壓器直流局部放電檢測裝置及方法，在換流變壓器的閥側繞組和網側繞組上同時串入檢測阻抗，并監測檢測阻抗上的脈沖電壓，若兩個檢測阻抗上檢測到的脈沖電壓極性相反，則認為是換流變壓器內部存在局放信號；若兩個阻抗上檢測到的脈沖電壓極性相同，則認為是外部的干擾放電信號。本發明公開了一種換流變壓器直流局放測量技術，填補了當前直流局放檢測的空白，能有效排除外部放電信號的干擾，準確分離出換流變壓器內部的局放信號。利用電聲結合的方法對局放信號做進一步判定。利用超聲波做進一步探測局放信號發生的分析確定和準確位置。這種聲電結合的方式，探測有效性和可靠性很高。
【專利說明】換流變壓器直流局部放電檢測裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及高壓設備絕緣監測領域，具體說是一種換流變壓器直流局部放電檢測裝置及方法。
【背景技術】
[0002]隨著特高壓直流輸電的飛速發展，直流輸變電設備的絕緣性能檢測和考核帶來了新的技術問題。換流變壓器是最核心的直流輸變電設備之一，其絕緣為油紙絕緣。油紙絕緣中若存在的局部缺陷，會影響整體電氣強度，會給運行造成重大的安全隱患，因此，投運或檢修時需對換流變壓器進行絕緣性能檢測。
[0003]局部放電(以下簡稱局放)是指絕緣材料中的某一部分在因電場集中而引發的放電，這種放電現象不貫穿整個絕緣，反映著絕緣材料存在薄弱環節。通過檢測局放過程中伴隨的各種聲、光、電現象，來判斷是否存在局放，是目前判斷絕緣內部是否存在缺陷的重要手段。
[0004]絕緣介質在直流電壓和交流電壓作用下的電壓分布是不同的。因此，在直流輸變電系統中，為模擬實際運行狀況，需對換流變壓器進行直流耐壓試驗和局放測量。
[0005]直流局放的特征參數是視在放電量和脈沖個數，是通過檢測伴隨局放產生的各種現象和物理量來評定局放狀況。由于直流局放脈沖重復率低，單個脈沖隨機性強，沒有交流局放脈沖群的特點，因此現場測量時，抗干擾問題突出，很難判斷檢測到的信號是否是真實的局放信號。如何真實有效地判別出直流局放是當前世界上換流變壓器直流局放測量亟待解決的一大難題。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題是提供一種有效的換流變壓器直流局部放電檢測裝置及方法。
[0007]所述換流變壓器直流局部放電檢測裝置，在所述換流變壓器的閥側連接直流高壓發生器，所述高壓發生器的輸出端并聯分壓器，其特征是:所述換流變壓器閥側兩端的套管并接到所述直流高壓發生器的輸出線，換流變壓器網側兩端的套管短接，在換流變壓器的閥側與網側的套管末屏分別對地連接與套管等效電容匹配的檢測阻抗，分別從兩個檢測阻抗的輸出端采樣到局放測試儀的輸入端。
[0008]一種考慮較高信噪比和阻抗匹配的檢測阻抗實施例為，所述檢測阻抗由套管等效電容和第一調諧電阻、耦合變壓器的初級繞組構成RLC諧振電路，通過耦合電容和耦合變壓器連接到阻抗匹配模塊，并由所述阻抗匹配模塊的輸出端通過放大器輸出信號到局放檢測儀。
[0009]進一步地，考慮阻抗保護，在耦合變壓器的初級兩端之間、或耦合變壓器的初級兩端與地之間連接有氣體放電管。
[0010]一種RLC電路的實施例為，所述RLC諧振電路由所述耦合變壓器的初級繞組并接第一調諧電阻，一端連接由套管所等效的套管等效電容構成。
[0011]作為阻抗匹配的實施例，所述阻抗匹配模塊設有第二調諧電阻，所述第二調諧電阻與耦合變壓器的次級繞組并聯，所述第二調諧電阻的兩端連接放大器的兩輸入端，通過放大器的輸出端引出阻抗匹配模塊的輸出端。
[0012]所述第二調諧電阻通過串聯連接的試驗調諧電阻與所述耦合電容連接，所述試驗調諧電阻的兩端連接定標輸入端，所述定標輸入端用于由局放檢測儀輸出定標信號對匹配阻抗進行測試。
[0013]一種利用上述裝置的換流變壓器直流局部放電檢測方法，其特征是:利用脈沖電流法，在換流變壓器的閥側繞組和網側繞組上同時串入檢測阻抗，并監測檢測阻抗上的脈沖電壓，若兩個檢測阻抗上檢測到的脈沖電壓極性相反，則認為是換流變壓器內部存在局放信號；若兩個阻抗上檢測到的脈沖電壓極性相同，則認為是外部的干擾放電信號。
[0014]一種優化方案，在利用脈沖電流法檢測的同時，將至少三個局放測量的超聲波探頭裝在所述換流變壓器本體的金屬外殼上，通過檢測到的回聲信號對直流放電的位置進行放電和/或定位判斷。
[0015]一種信號分析方式為，對在監測阻抗上的脈沖電壓信號采集后，由同軸電纜送到局放測試儀依次進行濾波、放大、消除周期性干擾和空間干擾、進行傅立葉頻域變換，提取局部放電信號的基本特征圖譜得到分析結果。
[0016]所述局放測試儀由交流電源經過隔離變壓器和濾波器濾除電源側的干擾，脈沖電壓信號采集通道采用單獨鋁殼屏蔽。
[0017]本發明通過電聲綜合判斷、極性判斷相結合的方法，正確識別換流變壓器內部的直流局放信號，有效解決了直流局放信號的判別和檢測。檢測阻抗由RLC電路產生諧振放大局放信號，RLC的參數與換流變壓器套管電容量相匹配，使得阻抗上采集到的電壓便于檢測。本發明還具有以下顯著優點:
[0018]( I)公開了 一種換流變壓器直流局放測量技術，填補了當前直流局放檢測的空白。
[0019](2)基于脈沖電流法，輔以極性判斷，通過同時檢測網偵彳、閥側串接的匹配檢測阻抗上的脈沖電壓極性，來判斷局放是否發生在換流變壓器內部。這種方法能有效排除外部放電信號的干擾，準確分離出換流變壓器內部的局放信號。
[0020](3)利用電聲結合的方法對局放信號做進一步判定。當利用脈沖電流法輔以極性判斷的方式初步確定換流變內部存在局放信號時，利用超聲波做進一步探測局放信號發生的分析確定和準確位置。這種聲電結合的方式，探測有效性和可靠性很高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1現場直流局放整體測量線路示意圖，
[0022]圖2是阻抗模塊的實施例電路圖，
[0023]圖3直流局放測量的原理圖，
[0024]圖4直流局放儀電源進線方式，
[0025]圖5直流局放儀結構框圖，
[0026]圖6整體流程分配圖，
[0027]圖7測量流程框圖，[0028]圖8數據采集模塊流程圖。
[0029]圖中:1 一套管等效電容，2—阻抗檢測輸入端，3—耦合電容，4一氣體放電管，5—第一調諧電阻，6—耦合變壓器，7—第二調諧電阻，8—放大器，9一試驗調諧電阻，10—定標輸入端，11 一直流高壓發生器，12—分壓器，13—換流變壓器，14 一檢測阻抗，15—局放測試儀。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明:如圖1所示換流變壓器直流局部放電檢測裝置，在所述換流變壓器13的閥側連接直流高壓發生器11，所述高壓發生器11的輸出端并聯分壓器12，直流高壓發生器用于產生直流高壓，并送至換流變壓器13的閥側兩端套管上，分壓器12用于測量高壓發生器11所產生的直流高壓。
[0031]所述換流變壓器13閥側兩端的套管并接到所述直流高壓發生器11的輸出線，換流變壓器13網側兩端的套管短接，在換流變壓器13的閥側與網側的套管末屏分別對地連接與套管等效電容I匹配的檢測阻抗14，分別從兩個檢測阻抗14的輸出端采樣到局放測試儀15的輸入端。如圖1，Z1串接在閥側套管與地之間，Z2串接在網側套管與地之間(L1' Z2上取得的放電信號輸送至局放檢測儀15中。
[0032]一種考慮較高信噪比和阻抗匹配的檢測阻抗實施例為，如圖2，所述檢測阻抗14由套管等效電容I和第一調諧電阻5、耦合變壓器6的初級繞組構成RLC諧振電路，通過耦合電容3和耦合變壓器6連接到阻抗匹配模塊，并由所述阻抗匹配模塊的輸出端通過放大器8輸出信號到局放檢測儀。在耦合變壓器6的初級兩端之間、或耦合變壓器6的初級兩端與地之間連接氣體放電管4。以防止過高的放電電壓損壞了檢測阻抗。一種RLC電路的實施例為，由所述耦合變壓器6的初級繞組并接第一調諧電阻5，一端連接由套管所等效的套管等效電容I構成。這只是實現RLC諧振電路的一個實施例。
[0033]如圖2，作為阻抗匹配的實施例，所述阻抗匹配模塊設有第二調諧電阻7，所述第二調諧電阻7與耦合變壓器6的次級繞組并聯，由所述第二調諧電阻7的兩端通過放大器8的輸出端引出匹配模塊的輸出端。所述第二調諧電阻7通過串聯連接的試驗調諧電阻9與所述耦合電容3連接，所述試驗調諧電阻9的兩端連接定標輸入端10，所述定標輸入端10用于由局放檢測儀15輸出定標信號對匹配阻抗進行測試。
[0034]一種利用上述裝置的換流變壓器直流局部放電檢測方法:如圖1，利用脈沖電流法，在換流變壓器13的閥側繞組和網側繞組上同時串入檢測阻抗14，并監測檢測阻抗14上的脈沖電壓，若兩個檢測阻抗14上檢測到的脈沖電壓極性相反，則認為是換流變壓器內部存在局放信號；若兩個阻抗上檢測到的脈沖電壓極性相同，則認為是外部的干擾放電信號。
[0035]其原理如圖3所示，外部干擾電流(ii+i2)在檢測阻抗ZpZ2上產生同向脈沖信號、而變壓器閥側套管C1和網側套管C2內部的局部放電電流i3將在檢測阻抗τχ、Z2上產生反方向的脈沖信號。當電源極性為正時，C1中的局部放電在Zl上產生正極性脈沖信號，C2中的局部放電在Z1I產生負極性脈沖信號，高壓引線電暈、Ce (外部干擾等效電容)中的局部放電在ZpZ2上產生負極性脈沖信號。因此，可以用該方法判斷脈沖信號來自試品內部還是外部，試品C1還是C2。
[0036]綜合超聲波判斷可以很大程度上提高判斷的可靠性和準確性，在利用脈沖電流法檢測的同時，將至少三個局放測量的超聲波探頭裝在所述換流變壓器13本體的金屬外殼上，通過檢測到的回聲信號對直流放電的位置進行放電和/或定位判斷。超聲波探頭通過吸盤貼在變壓器本體上，為取得較好的探測效果，一般貼在變壓器套管根部。若需實現局放信號的定位，至少需布置三個超聲探頭，以求解出局放點在空間上的三維坐標。
[0037]Z1和Z2由RLC電路元件構成,需根據試品電容量設計,選擇合適的電路參數,使得檢測阻抗對于高頻局放信號響應最靈敏。檢測阻抗串接在回路中，局放產生的脈沖電流流經檢測阻抗上會產生脈沖電壓，該電壓可反映出局放信號特征，重現局放脈沖波形。
[0038]局放檢測儀的電源進線方式如圖4所示:外接220V市電進入隔離變壓器，隔離掉市電中的干擾信號；然后進入濾波器，濾除電源中的諧波干擾；最后降壓至弱電信號供給局放儀的各個硬件電路模塊。同時，各硬件電路的接地統一接到唯一的接地端子上，通過該接地端子一點接地。
[0039]一種信號分析方式為，對在監測阻抗上的脈沖電壓信號采集后，由同軸電纜送到局放測試儀15依次進行濾波、放大、消除周期性干擾和空間干擾、進行傅立葉頻域變換，提取局部放電信號的基本特征圖譜得到分析結果。
[0040]局放儀的結構框圖如圖5所示:檢測阻抗Z1和Z2采集得到的脈沖局放信號，通過同軸電纜進入局放檢測儀的通道板；超聲探頭采集得到的局放超聲波信號，經光電轉換由光纖傳輸至直流局放儀的通道板。通道板的各傳輸通道之間相互隔離，本實施例中，有2路電信號通道和6路聲信號通道。
[0041]此外，同步觸發單元產生的一個同步信號輸送至通道板，各個通道以此觸發信號為基準開始記錄信號，保證各個通道之間的局放信號時間上是同步的。
[0042]通過板中的局放信號首先進入信號調理單元，進行濾波、放大等處理，消除周期性干擾和空間干擾；信號調理單元的濾波頻帶，放大倍數及增益檔位是工控機通過串口進行控制。調理后的局放信號進入信號采集單元，同時，工控機通過串口控制同步觸發單元產生一個同步信號輸送至采集單元；采集單元以此觸發信號為基準開始記錄信號，保證采集到的各個通道之間的局放信號時間上是同步的。
[0043]信號采集單元，經過采集后將局放信號輸送至數據分析單元；數據分析單元完成對數據的分析處理，對局放信號進行FFT頻域變換，提取局放的基本特征圖譜，并將分析結果呈現在工控機裝載的軟件系統中。
[0044]如圖6，分析軟件共有9個模塊構成，(I)人機管理界面模塊(2)參數配置模塊(3)數據采集模塊(4)數據提取模塊(5)消干擾模塊(6)數據分析模塊(7)測量數據顯示模塊
(8)數據存儲回放模塊(9)數據導出及生成報告模塊，各模塊主從關系如圖6所示。軟件流程圖如圖7所示。數據采集模塊流程圖如圖8所示。軟件各主要模塊功能可以達到:人機管理界面模塊負責軟件內部數據的可視化。參數模塊負責配置系統的一些主要參數，參數完全開放，人機交互方便；數據采集模塊及數據提取模塊負責模擬信號轉化成數字信號，在由數字信號轉化成幅值信號供計算機處理；消干擾模塊功能負責消除周期性干擾及空間干擾；數據分析模塊負責通過上位機軟件對存入工控機的原始數據進行處理，分析判斷放電波形，采用蟻群算法求解放電位置；測量數據顯示模塊負責顯示各種監測參量；測量數據存儲模塊負責實時存儲數據(存儲超過閾值的波形)；生成報告模塊功能負責監測數據導出，保存各種圖形，并且根據用戶要求生成報告。[0045]本實施例的具體參數特征如下:
[0046](I)工控機裝載WINDOWS操作系統，軟件設計采用人性化界面。
[0047](2)裝置含8個獨立測量通道，測量頻帶3dB帶寬IOkHz~1MHz，檢測靈敏度≥0.lpC，非線性誤差≤5%.[0048](3)連續實時高速采集，自動保存超過閾值(閾值可自定義)的放電波形數據。一次連續采集處理時間不小于150分鐘。在采集的同時，可實時顯示一幀波形，同時可隨意局部放大顯示波形。
[0049](4)單次捕捉不連續的或無規律的放電信號。
[0050](5)自動識別重復性脈沖干擾；通過放電極性自動識別放電及干擾；
[0051](6)具有超聲探測試品內部放電；超聲信號采用光纖傳輸，具有極強的抗干擾能力，傳輸距離大于500米。
[0052](7)對局放脈沖進行放電測量、放電時間、時域波形及頻譜分析；靜態、動態對局放單個脈沖詳細測量、觀察，確定放電性質。
[0053](8)單一窗口 分析放電脈沖，分析單個放電波形的頻譜及放電特征。
[0054](9)可以分時間段(時間段可自由設定，最多可設置6個時間段)統計顯示每通道放電次數、分量值統計顯示每通道放電次數。
[0055](10)任意存貯、打印局放圖形及數據，自動生成試驗報告。
【權利要求】
1.一種換流變壓器直流局部放電檢測裝置，在所述換流變壓器的閥側連接直流高壓發生器(11)，所述高壓發生器(11)的輸出端并聯分壓器(12)，其特征是:所述換流變壓器(13)閥側兩端的套管并接到所述直流高壓發生器(11)的輸出線，換流變壓器(13)網側兩端的套管短接，在換流變壓器(13)的閥側與網側的套管末屏分別對地連接與套管等效電容(I)匹配的檢測阻抗(14)，分別從兩個檢測阻抗(14)的輸出端采樣到局放測試儀(15)的輸入端。
2.根據權利要求1所述的換流變壓器直流局部放電檢測裝置，其特征是:所述檢測阻抗(14)由套管等效電容(I)和第一調諧電阻(5)、耦合變壓器(6)的初級繞組構成RLC諧振電路，通過耦合電容(3)和耦合變壓器(6)連接到阻抗匹配模塊，并由所述阻抗匹配模塊的輸出端通過放大器(8)輸出信號到局放檢測儀。
3.根據權利要求2所述的換流變壓器直流局部放電檢測裝置，其特征是:在耦合變壓器(6)的初級兩端之間、或耦合變壓器(6)的初級兩端與地之間連接有氣體放電管(4)。
4.根據權利要求2所述的換流變壓器直流局部放電檢測裝置，其特征是:所述RLC諧振電路由所述耦合變壓器(6)的初級繞組并接第一調諧電阻(5)，一端連接由套管所等效的套管等效電容(I)構成。
5.根據權利要求2所述的換流變壓器直流局部放電檢測裝置，其特征是:所述阻抗匹配模塊設有第二調諧電阻(7)，所述第二調諧電阻(7)與耦合變壓器(6)的次級繞組并聯，所述第二調諧電阻(7)的兩端連接放大器(8)的兩輸入端，通過放大器(8)的輸出端引出阻抗匹配模塊的輸出端。
6.根據權利要求5所述的換流變壓器直流局部放電檢測裝置，其特征是:所述第二調諧電阻(7)通過串聯連接的試驗調諧電阻(9)與所述耦合電容(3)連接，所述試驗調諧電阻(9)的兩端連接定標輸入端(10)，所述定標輸入端(10)用于由局放檢測儀(15)輸出定標信號對匹配阻抗進行測試。
7.一種利用權利要求1?6所述裝置的換流變壓器直流局部放電檢測方法，其特征是:利用脈沖電流法，在換流變壓器(13)的閥側繞組和網側繞組上同時串入檢測阻抗(14)，并監測檢測阻抗(14)上的脈沖電壓，若兩個檢測阻抗(14)上檢測到的脈沖電壓極性相反，則認為是換流變壓器內部存在局放信號；若兩個阻抗上檢測到的脈沖電壓極性相同，則認為是外部的干擾放電信號。
8.根據權利要求7所述的換流變壓器直流局部放電檢測方法，其特征是:在利用脈沖電流法檢測的同時，將至少三個局放測量的超聲波探頭裝在所述換流變壓器(13 )本體的金屬外殼上，通過檢測到的回聲信號對直流放電的位置進行放電和/或定位判斷。
9.根據權利要求7所述的換流變壓器直流局部放電檢測方法，其特征是:對在監測阻抗上的脈沖電壓信號采集后，由同軸電纜送到局放測試儀(15)依次進行濾波、放大、消除周期性干擾和空間干擾、進行傅立葉頻域變換，提取局部放電信號的基本特征圖譜得到分析結果。
10.根據權利要求9所述的換流變壓器直流局部放電檢測方法，其特征是:所述局放測試儀(15)由交流電源經過隔離變壓器和濾波器濾除電源側的干擾，脈沖電壓信號采集通道采用單獨鋁殼屏蔽。
【文檔編號】G01R31/12GK103954890SQ201410141649
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月10日 優先權日:2014年4月10日
【發明者】李政, 賀家慧, 高得力, 鄧萬婷, 魯非, 謝齊家, 汪濤 申請人:國家電網公司, 國網湖北省電力公司電力科學研究院
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
