电气绝缘监测

1概述绝缘试验分为破坏性试验和非破坏性试验两种。破坏性试验如交流、直流耐压试验和三倍频感应耐压试验。非破坏性试验如绝缘电阻及吸收比测量、泄漏电流试验、介质损耗角正切值测量、局部放电测量、绝缘油的物化特性和电气特性试验。两者均是运行中电气设备绝缘预防性试验的主要内容，实施绝缘监督的重要手段。绝缘在线检测是非破坏性试验的延伸，是在运行电压下进行的检测或长期连续检测。1在线监测的优势：（1）在线监测的周期可任意选定（2）在运行电压下监测（3）在线设备不用拆接设备（4）在线监测可利用一系列仅运行中才有的，对发现缺陷有利的因素。（5）测量和分析实现自动化，提高监测的可靠性（6）可通过人工智能专家系统评定所测得的数据（7）避免盲目的停电试验、状态检修的前提2在线监测按方式可分为两类：实时监测系统；便携式在线检测仪。监测的特征量信号主要有：针对绝缘劣化的中后期，：全泄漏电流、阻性电流、tg以及电容量等；温度变化，气体种类和含量变化等。针对绝缘劣化前期，主要是利用局部放电所产生的电气和非电气信号，响应速度快，能够及时发现早期绝缘问题。3在线监测的主要难点：测量精度——要求自动监测议精度高，能判断微量被测量信号的变化；低静态漂移——由于某些被测变化量变化缓慢，要求监测设备的老化、温度等变化时，仪器的静态漂移要小；自动调零、校准、量程更换——手动测试时可以在测试时调整仪器，而自动监测需要自动调零、校准、更换量程等；干扰和排除——在有不恒定干扰时，要求有自动辨别和排除干扰的能力。依靠计算机的数字信号处理能力可以排除固定相位的干扰、随机干扰、偶发性干扰等。但是，要排除现场中多种形式的干扰，硬件或软件设计中都会增加难度，增加系统的复杂性。41电力变压器和电抗器一、必要性及方法变压器故障的主要原因是绝缘损坏。美国对电力变压器故障进行的统计分析表明，击穿性短路引起的变压器故障占总故障台数的70％。我国对110kV及以上电压等级的变压器事故进行统计分析。它表明，变压器绕组及引线绝缘引起的事故占总事故台次的84％，其中由于变压器的绕组纵绝缘事故占绝缘事故总台次数的71％。全国各大区500kV输电系统建立以来，多起500kV变压器事故均是在变压器运行过程中绝缘击穿造成。它使系统大面积停电。5通过耐压试验的变压器在运行电压下还存在一定的局部放电，随着电压等级的提高，局部放电的可能性也随之提高，完全不存在局部放电的电力变压器几乎是不存在的。通过局部放电试验，确定局部放电量在规定的范围内。根据规程要求，220kV及以上的变压器在大修后应进行局部放电试验，对220kV及以上，120MVA及以上的变压器在更换绕组后进行局部放电试验（简称局放试验）。这是因为对于内部存在弱点的变压器，尽管可以通过出厂的试验电压，但往往在运行电压下存在局部放电现象，其放电量和由此产生的一些不良效应将会损坏变压器的绝缘，影响设备的寿命和稳定运行，因此对220kV以上的电力变压器的局放试验具有很重要的作用。6变压器在故障前就会有局部放电产生。当气体继电器发出报警信号时，已属于局部放电较严重的情况了。由于变压器没有局部放电监测系统，微弱放电只好任其自由发展，最后绝缘击穿，导致电力系统短路。随之继电保护动作，开关跳闸切断故障，造成系统供电中断。对运行中电力变压器进行在线监测，能及时取得各种即使是很微弱的，但反映绝缘状态变化的信息。对其数据进行处理和综合分析，可避免绝缘缺陷的扩大而导致的停电事故。并可以把握“最佳”的维修时机。运行中，在线测量变压器局部放电的主要困难是，如何排除来自输电线路、母线等的电晕干扰。7变压器在故障前就会有局部放电产生。当气体继电器发出报警信号时，已属于局部放电较严重的情况了。由于变压器没有局部放电监测系统，微弱放电只好任其自由发展，最后绝缘击穿，导致电力系统短路。随之继电保护动作，开关跳闸切断故障，造成系统供电中断。对运行中电力变压器进行在线监测，能及时取得各种即使是很微弱的，但反映绝缘状态变化的信息。对其数据进行处理和综合分析，可避免绝缘缺陷的扩大而导致的停电事故。并可以把握“最佳”的维修时机。运行中，在线测量变压器局部放电的主要困难是，如何排除来自输电线路、母线等的电晕干扰。8在外施交流高压下变压器油纸绝缘中的气隙是最薄弱环节。刚放电时，一般放电量较小，不过几百皮库。持续时间较短强度不大的局部放电，并不会马上损伤纸层，但如果不断发展，会加速油质老化、气泡扩大、形成高分子量的蜡状物等，会促使局部放电的加剧。当外施高压下油中也出现局部放电时，放电量可能有几千到几十万皮库。强烈的局部放电(如610pC以上)，即使时间很短（如几秒钟），就会引起纸层损坏。变压器产生局部放电时，将伴随着电流脉冲，声波（或超声波），油中分解出来的气体，光和超高频电磁波等信号：对上述五种信号进行测量，可以确定变压器内部局部放电的严重程度。因此五种信号的监测方法都有人研究。9电流脉冲法最灵敏，理论上能测量小至几皮库的局部放电，但干扰也比较大，采用常规的电流脉冲法，很难进行测量。超声波检测抗电磁干扰性能好，还能对放电定位。但灵敏度不如脉冲电流检测高，对于那些深藏在绝缘内部的放电往往检测不到，并且机械振动（如风沙、雨滴敲击变压器外壳、铁芯电磁振动等）也会造成干扰。此外超声波要利用电流脉冲信号作为计时触发信号，在现场使用时，局部放电产生的脉冲电流信号，往往淹没于很高的干扰脉冲之中而无法分辨，难以触发计时器工作。从而导致监测系统做出错误的判断。超高频电磁波测量利用局部放电时产生的超高频电磁波，通过天线接收，可以有效的避开干扰，提高信噪比，是正在发展中的测量方法。但不能定量分析。10相控阵列理论也开始应用到超声波检测，利用超声波相控阵列传感器和相应的算法，可以提高信噪比，并确定局部放电的方位，从而提高灵敏度和故障定位精度，并且可以实现多目标定位。油中气体色谱分析法基本上不受现场干扰的影响，但由于其量值非常低，必须采用昂贵的精密传感器及油气分离分析系统才能完成，否则测量的可信度不高。目前电流脉冲法仍然是在线监测局部放电的主要方法。有用“电”、“声”同时检测的，也有用“电”、“声”、“气”三者同时检测的。对电力系统中枢纽变电站的大型变压器，应采用多种方法进行监测以确保其安全运行。对配电用的变压器可只采用其中一种方法进行监测，一旦发现问题后，再用其他多种方法诊断，以减少投资。11二、局部放电试验（一）测量方法停电下的测量一般采用交流电压作用下的脉冲电流法，单相励磁基本原理试验接线如图所示。在接线中，Cb是高压套管的电容，在套管末屏引出。Zm是测量阻抗。试验电源的容量应满足励磁的需要。显然，C相加的是全电压，A、B相加的是半电压，因而A、B相不会产生局部放电，检测仅针对C相进行。12采用三相交流励磁的试验原理接线图，图中省略了测量仪表和测量电缆。13（二）实验步骤变压器局部放电试验的加压时间和步骤如图所示，首先将试验电压升到u2保持5min；然后升到u1保持5s；然后降到u2，保持30min。u1，u2的电压值规定及允许的放电量为13/3mmuuu21.5/3muu电压下允许放电量500pCQ或21.3/3muu电压下允许放电量300pCQ式中um——设备最高工作电压。图3－13变压器局放测试的加压时间及步骤14试验前纪录所有测量电路的背景噪声，噪声水平应低于规定的视在放电量的50%，否则应采取屏蔽等措施降低背景噪声。试验过程中，应连续观察放电波形，测得的放电量应保持在允许值之内，且没有增长趋势。偶尔发生的较高脉冲可以忽略，但应记录备查。局部放电试验应在所有高压试验之后进行，必要时可在耐压试验前后各进行一次，以便比较。15（三）指示仪表的校正脉冲电流法检测的局部放电电流与视在放电量之间的关系，因被试品的复杂性以及测试系统响应的不确定性，必须在试验前进行标定。通常采用示波器作为监测仪表（图中的M），也可以采用峰值电压表。用方波发生器将标准脉冲注入检测系统，则在示波器上检测到的波准脉冲幅值作为参考量，将试验中测出的局部放电脉冲，与标准脉冲进行比较，即可得出实际的视在放电量的数值。16三、脉冲电流法（一）基本原理：在变压器中性点、外壳接地线、套管末屏处加装高频脉冲电流传感器。当母线上存在干扰信号时，三个传感器电流信号方向相同。采用差动平衡原理可以对外部电晕干扰加以抑制。17也可采用脉冲极性鉴别的原理排除来自高压侧的干扰脉冲。上述两种原理均需采用方波信号作为标准信号，以便定量分析局部放电信号的放电量。18上述两种方法在现场均得不到好的表现，现代测量方法，一般是将脉冲电流传感器信号通过高速模数转换变成数字信号，然后用数字信号处理技术，将局部放电信号从各种干扰信号中分离出来。其基本思路仍与上述方法相同，只是在处理手段上采用了针对不同类别干扰信号的数字滤波技术，如小波分析、FFT、各种特性的数字滤波器等，从而使抗干扰效果得到较大的提高。为了提高实时性，可将模数转换和基本数字信号处理通过DSP在现场实现。总体来说，抗干扰问题仍然没有得到根本的解决。19四、超声检测法局部放电的超声脉冲信号的分布范围约从几千赫到几百千赫。由于变压器结构复杂，且超声波在油箱内传播时不但随距离而衰减，且遇箱壁等又有折、反射，而外加的方波校准信号只能在脉冲电流传感器上得到模拟内部的放电量，这样仅靠超声传感器测到的信号来确定放电量是很困难的。但多个超声传感器的联合应用，对于局部放电的定位却很有特色。若把脉冲电流法和超声检测法结合起来，则可提高检测可靠性。超声波在油及箱壁中的传播速度分别为1400m/s及5500m/s，远低于电信号的传播速度，因此可利用装在外壳地线或套管末屏上的高频传感器所接收到的电气信号来触发示波器或记录仪。然后根据记录下来的各个超声传感器所接收到超声信号的时差大小，来推测变压器内部局部放电的位置。20在选择超声传感器的频率范围时应尽量选择避开铁芯噪声、雨滴或沙粒等对箱壳的撞击声。通常采用70～180kHz、60dB的放大器配以中心频率为130kHz的超声传感器；也有的采用10～120kHz频段，认为局部放电超声信号的大部分集中在10～30kHz，但变压器箱壳及风扇振动噪声也大多在这个频率范围里，如何抑制噪声是非常重要的问题。21测量中的主要问题是电脉冲和超声波对应问题和超声波传输速度问题。超声波沿不同的传播路径传播时，途经的媒质不同，速度也不同。另外，传播的路径不同，距离也就不同，再考虑折射、反射、衍射等情况，超声波比电脉冲信号宽了许多。“回声”。局部放电在理论模型下是一连串间歇电脉冲信号。因而，超声波信号也应当是一连串因宽度增加而混叠在一起的信号，即第一个超声波脉冲没有结束第二个超声波脉冲又来了。产生混叠现象。不同放电点或不同相同时产生局部放电，也会破坏对应条件。干扰脉冲的存在可能填满脉冲段之间的间歇，使得脉冲段包络线的上升沿无法提取；这些因素均可导致超声波检测失败。22五、局部放电监测中的电磁干扰及抑制方法准确地进行局部放电在线监测的关键是有效地提取局部放电的脉冲电流信号或超声波信号。现场的电磁干扰在大多数情况下比早期局部放电脉冲电流信号强，局放信号会被完全掩没。中晚期的局部放电信号虽然很强，但其他的监测手段，如气相色谱分析，也能监测到，甚至可以在巡视中听到，失去了监测的意义。因此局放在线监测首先要解决的问题是如何在现场环境中有效抑制强电磁干扰，准确地检测出早期局放信号。23（1）电磁干扰的来源电晕；接触不良产生的电弧放电；可控硅电焊机及电弧炉、无线电波、载波通讯、各种继电触点动作产生的火花放电；系统内开关动作等。（2）各种电磁干扰进入局部放电在线监测系统的途径1）监测系统电源线引进的传导干扰。2）通过电缆线及数据采集系统耦合的空间辐射电磁波干扰。3）进入电力设备的各种干扰信号与内部局部放电信号迭加在一起，通过系统传感器的耦合进入监测系统。（3）抑制干扰的方法屏蔽、接地、隔离等。时域方法有：滤波（模拟滤波或数字滤波），相关性分析等。24六、变压器的油色谱分析目前基于电气参数的的预防性试验方法不能有效地发现变压器在