变电站关键设备在线监测技术的研究与工程应用(三)-知网查重入口,24小时全自助查重

变电站关键设备在线监测技术的研究与工程应用(三)

2020-02-14
作者:中国知网论文查重入口
阅读数:
变压器的内部绝缘存在不同程度的缺陷,这些缺陷在电场和温度变化的长期作用下,会导致局部绝缘性能严重下降。变压器在运行过程中,长期处于工作电压的作用下,随着电压等级的提高,绝缘所承受的电场强度也将趋高,在这些绝缘薄弱处就很容易发生局部放电。虽然局部放电时间很短,能量也很小,但是危害性是相当大的。局部放电能够使邻近的绝缘材料受到放电质点的直接轰击进而造成局部的绝缘损坏;放电产生的热和一氧化氮等活性气体的化学作用,会使局部绝缘受到腐蚀老化,导致电导增加,最终形成电击穿和热击穿。数据表明,在变压器事故中,绝缘事故占大多数[]。已有研究结果表明,局部放电是反映变压器内部绝缘缺陷最灵敏参数之一。因此,对变压器内部局部放电的在线监测,可以及时了解绝缘劣化的程度,撑握变压器内部绝缘状态,并制定相应的检修策略避免变压器的突发事故发生,这对提高电力系统运行可靠性,降低国民经济的重大损失具有重要的实际意义。
由于局部放电的检测能够很好地反映高压电气设备内部绝缘的运行工况状态,因此国内外很多电力、计算机仿真等,专家学者都对高压电气设备局部放电作了非常多的研究,并取得了许多研究成果。早在上世纪50年代,国外许多研究专家学者就相继展开了高压电气设备局部放电的理论、模型等研究,并结合传感器技术、通信技术等研发了许多能够检测变压器局部放电工况的在线装置,并在实践工程应用中获得了较为良好的应用效果。日本于1983年自主研发了一套电力变压器局部放电在线监测系统,并成功应用到东京电力公司对一台变压器的局部放电进行在线监测。加拿大魁北克省水电局于1986年自主研发了高压电气设备绝缘自动监测仪,并成功应用到单相电力变压器中进行局放量的在线检测诊断。该自动在线监测诊断仪,主要检测电力变压器绝缘油中气体的组成成分和线路过电压,并结合工控主机实现检测数据的在线分析,如发现电力变压器内部绝缘发生劣化并超过限制时发出警报信号,提醒相关人员及时进行故障处理,避免故障扩大成恶劣的事故。1996年德国研制了局放放电监测系统,主要利用空心罗氏线圈套来测量高压电气设备的高频电流,并经过滤、放大等电路,得到局部放电的电容信号和电感信号,实现对电气设备局放的高频电流信号的采集、分析,为传统的脉冲电流HFCT局放测量[]-[]。挪威Transi Nor As公司的Schei自主研发了一套超声波绝缘分析仪,主要针对电气设备内部的移动微粒、固定微粒、突出物等引起的局部放电,不仅能够对局部放电进行检测,同时还能对局放部位进行定位和形式进行识别。采用超声波法检测变压器局部放电,在工程中已有多年的应用历史,目前工程中主要有挪威电力科学研究院自主研发的AIA超声局放探测仪、美国UE公司自主研发的Ultraprobe9000/Ultraprob10000等[]-[]
传统脉冲电流法、化学反应法、光测法、以及超声波检测法等,存在信号传输衰减快、初始定位困难、灵敏度不高等不足,大部分超声波检测系统其结构较为复杂。与其他局放检测方法相比,超高频法具有抗干扰能力强、灵敏度高、可识别故障类型、定位精确等优点,成为近20年来的变压器局部放电检测研究的难点和热点。荷兰KEMA实验室专家Rutgers、Rijn等人的研究结果表明,变压器绝缘油中局部放电能产生1GHz以上的超高频电磁波,并通过在变压器上加装300~1200MHz的UHF(Ultra High Frequency)天线,证实了UHF法进行变压器内部局部放电检测的可行性。另外,英国Strathclyde大学、德国Stuttgart大学、德国的Siemens AG公司、法国ALSTOM输配电研究中心、瑞士的ABB公司等也组织了大量人力、物力、财力积极参与到高压电气设备超高频法检测、分析、定位、诊断的研究中,在很大程度上加速了超高频局部放电监测技术在电力系统中的应用发展[13]-[17]
国内对高压电气设备局部放电在线监测技术的研究较国外发达国家较晚,但从上世纪90年代开始的20多年发展时间内,我国在局部放电在线监测方面也取得了较多的研究成果和实践应用装置系统。上世纪90年代初,清华大学电机系自主研制了变压器局部放电在线监测微机控制模块,能够采集到局部放电的脉冲电流信号和声发射信号;上海第二工业大学和上海科技大学联合成功研发了射频监测系统仪器,该系统装置的成功研制为我国高压电气设备局部放电在线监测系统开发提供了新的技术手段。此后,国内的科学研究机构和高校,如:武汉高压研究所、重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室、华北电力大学、华南理工大学也大力开始对高压电气设备局部放电在线监测技技术的研究,并获得了相应的优秀研究成果,如:西安交通大学研究开发了基于集成模块结构的局部放电在线监测系统,利用相关集成功能模块分块实现局部放电信号采集、传输、运算分析、以及局部放电特征信号量的提取;清华大学高胜友等建立了能够对5种典型曲线进行在线检测、分析、定位、模式识别的局部放电在线监测装置;北京兴迪仪器有限责任公司研制的AE900故障测试仪,在10年的时间内,已向500多家电力系统的发、输、供、用电部门提供了先进的局部放电在线测试技术及仪器。宁波理工自主研制的IPDM2000T电力变压器局部放电在线监测系统,综合了先进的UHF内置传感器设计、结构优化布置技术等,实现超高速信号采集、传输和处理,并设置了多种综合分析判断功能,能够对缺陷类型及模式进行自动定位识别、历史运行数据分析、发展趋势与状况自评估等功能[]-[]
虽然国内外对电力变压器局部放电在线监测技术、系统、装置等做了大量研究,并取得非常多的研究成果,但传统的检测技术方法固有的抗干扰能力弱、特征信号参量评估指标、信号衰减失真、模式识别困难等问题依然需要继续加深研究。超高频检测法研究的不断深入证明,该检测方法能够克服传统的HFCT脉冲电流法测量频率较低、频带较窄、不能全面反映变压器内部局部放电实际运行工况状态的缺点,能够较为全面地研究变压器内部局部放电的状态特征。UHF超高频局部放电检测技术,能够通过UHF传感器接收变压器内部局部放电所产生的UHF电磁波(300~3000MHz),实现对局部放电信号的精确检测和缺陷定位。从国内外关于局部放电在线监测的研究现状来看,变压器局放超高频检测技术正处于快速发展阶段,虽然目前市场上已出现一些超高频检测仪器,但由于各生产厂家所采用的技术和指标均带有很强的经验知识性,没有统一规范的参考指导标注。为此,国际大电网会议(International Council on Large Electric systems,简称CIGRE),正对变压器超高频检测技术、UHF传感器技术指标、UHF传感器安装等制定相关的技术规范标准[]-[]