电气设备状态监测与故障诊断.ppt

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1、电气设备状态监测与故障诊断电气设备状态监测与故障诊断变压器局部放电在线监测技术变压器局部放电在线监测技术局部放电是导致电力变压器局部放电是导致电力变压器绝缘劣化的重要原因之一，绝缘劣化的重要原因之一，自自2020世纪中期起，人们就开世纪中期起，人们就开始对局部放电作了较深入的始对局部放电作了较深入的研究，并取得了很大的进展。研究，并取得了很大的进展。引言引言通过大量通过大量实验实验表明：表明：局部放电试局部放电试验验是能成功地检测绝缘中微小缺是能成功地检测绝缘中微小缺陷的有效方法之一，也是考核变陷的有效方法之一，也是考核变压器能否在工作电压下长期安全压器能否在工作电压下长期安全运行的最有效的方

2、法，因而在现运行的最有效的方法，因而在现场监测中得到广泛的应用。场监测中得到广泛的应用。引言引言 引言引言 为了提高变压器的产品质量，为了提高变压器的产品质量，必须对变压器局部放电实施必须对变压器局部放电实施在在线监测线监测并并及时报警及时报警，这对预防，这对预防重大事故的发生、保障变压器重大事故的发生、保障变压器稳定运行具有重要意义稳定运行具有重要意义 引言引言 对运行中的电力变压器进对运行中的电力变压器进行局部放电监测，在线分析行局部放电监测，在线分析处理相关数据，以期对变压处理相关数据，以期对变压器进行绝缘诊断，必要时提器进行绝缘诊断，必要时提供报警。供报警。局部放电在线监测技术，局部放

3、电在线监测技术，系根据系根据超声波超声波原理将原理将高频声高频声波传感器波传感器放在放在油箱外部油箱外部，测，测取取局部放电局部放电或或电弧放电电弧放电所产所产生的的暂态声波信号。生的的暂态声波信号。引言引言 局部放电在线监测采用局部放电在线监测采用高性高性能传感器能传感器，例如，坡莫合金，例如，坡莫合金或铁氧体磁芯的电流电压转或铁氧体磁芯的电流电压转换型传感器，因为这种传感换型传感器，因为这种传感器可将传感信号与变压器一器可将传感信号与变压器一次侧有效次侧有效隔离隔离。引言引言 根据国内外运行经验，变压器若根据国内外运行经验，变压器若出现几千出现几千pCpC的局部放电量，仍然的局部放电量，仍

4、然可以继续运行。但如果局部放电可以继续运行。但如果局部放电量达到量达到10000 pC10000 pC以上时，则表明以上时，则表明变压器绝缘的缺陷已经十分严重。变压器绝缘的缺陷已经十分严重。从变压器内部出现局部放电到绝从变压器内部出现局部放电到绝缘击穿，有一个演变过程。缘击穿，有一个演变过程。引言引言 对局部放电监测的阈值报警和视在对局部放电监测的阈值报警和视在放电量的历史数据的发展趋势的分析，放电量的历史数据的发展趋势的分析，可以判断变压器内部的绝缘状况。可以判断变压器内部的绝缘状况。阈阈值报警值报警就是当高频信号的幅值和每周就是当高频信号的幅值和每周期脉冲个数达到设定的阈值，以及脉期脉冲个

5、数达到设定的阈值，以及脉冲波形达到脉冲宽度和频度时，由局冲波形达到脉冲宽度和频度时，由局部放电监测装置自动发出的阈值报警部放电监测装置自动发出的阈值报警信号。信号。引言引言 局部放电机理局部放电机理 局部放电局部放电又称又称游离游离，也就是静电，也就是静电荷流动的意思。局部放电是电介荷流动的意思。局部放电是电介质中的一部分原子或分子产生电质中的一部分原子或分子产生电离和去电离的运动形式。离和去电离的运动形式。电离电离是是从外施电场中吸取能量，生成正、从外施电场中吸取能量，生成正、负电荷，并使电荷运动。负电荷，并使电荷运动。去电离去电离是正、负电荷中和，释放能量，是正、负电荷中和，释放能量，生成

6、新的原子和分子。生成新的原子和分子。该过程会产生持续时间非该过程会产生持续时间非常短的脉冲电流，发射电磁常短的脉冲电流，发射电磁波，相应地会在电介质中出波，相应地会在电介质中出现发热、发光和振动（声波现发热、发光和振动（声波和超声波）等物理现象。和超声波）等物理现象。局部放电机理局部放电机理 由于电压和电流作用于电介质时可能引由于电压和电流作用于电介质时可能引起局部放电，所以局部放电可以分为起局部放电，所以局部放电可以分为电电场型放电场型放电和和电流型放电电流型放电。形成。形成电场型局电场型局部放电的基本条件部放电的基本条件：作用在电介质上的：作用在电介质上的电场强度，超过该电介质的耐受电场强

7、电场强度，超过该电介质的耐受电场强度。形成度。形成电流型局部放电的基本条件电流型局部放电的基本条件：受到外力（电动力或机械力）的作用，受到外力（电动力或机械力）的作用，导体中的电流被迫进入电介质。导体中的电流被迫进入电介质。局部放电机理局部放电机理o变压器中的局部放电主变压器中的局部放电主要有要有气隙放电、悬浮放气隙放电、悬浮放电、夹层放电、尖端放电、夹层放电、尖端放电电和和“驱流驱流”放电放电5 5种种 局部放电的种类局部放电的种类 气隙放电气隙放电：又称：又称气泡放电气泡放电，变压器中的，变压器中的气泡主要以少数分子聚集成微小气泡为气泡主要以少数分子聚集成微小气泡为主悬浮于油中，所以产生局

8、部放电的气主悬浮于油中，所以产生局部放电的气泡是相对静止的。主要以泡是相对静止的。主要以2 2种形式存在于种形式存在于变压器中：变压器中：一种是密封于固体内的气泡；一种是密封于固体内的气泡；另一种是油和固体（固体绝缘或金属）另一种是油和固体（固体绝缘或金属）包围的气泡包围的气泡 气隙放电气隙放电 在变压器油中，由于气体的介电在变压器油中，由于气体的介电常数远小于油的介电常数，而电场常数远小于油的介电常数，而电场强度与介电常数成反比，所以气体强度与介电常数成反比，所以气体中的电场强度比油中的大很多。而中的电场强度比油中的大很多。而气泡放电量与电场强度密切相关，气泡放电量与电场强度密切相关，因此气

9、泡就更加容易放电。因此气泡就更加容易放电。气隙放电气隙放电 在做局部放电试验时，必须将视在在做局部放电试验时，必须将视在发电量控制在规定范围内，不然就发电量控制在规定范围内，不然就会转换成破坏性的气泡放电，从而会转换成破坏性的气泡放电，从而使介质受损使介质受损，而且放电的电解作用，而且放电的电解作用会使绝缘加速氧化，并腐蚀绝缘，会使绝缘加速氧化，并腐蚀绝缘，从而降低变压器的使用寿命从而降低变压器的使用寿命 气隙放电气隙放电 悬浮放电悬浮放电 对于变压器内部不固定电位的导体称为对于变压器内部不固定电位的导体称为悬悬浮体浮体，由它引起的放电称为悬浮放电。导，由它引起的放电称为悬浮放电。导致悬浮放电

10、必须具备致悬浮放电必须具备2 2个基本条件个基本条件：一是悬：一是悬浮导体处于电场中，根据电容分压机理，浮导体处于电场中，根据电容分压机理，必须取得一定的电位并能积蓄一定的能量。必须取得一定的电位并能积蓄一定的能量。二是由于悬浮导体引起电场畸变作用，使二是由于悬浮导体引起电场畸变作用，使局部绝缘的作用电场强度超过其耐受电场局部绝缘的作用电场强度超过其耐受电场强度。强度。变压器在运行中，由于受力而引起变压器在运行中，由于受力而引起部件部件松动、脱落松动、脱落，很容易引起悬浮放，很容易引起悬浮放电。所以在变压器固定器件的小支板电。所以在变压器固定器件的小支板与螺栓连接处的夹件上不需要涂漆，与螺栓连

11、接处的夹件上不需要涂漆，避免金属连接件接触不良而导致悬浮避免金属连接件接触不良而导致悬浮放电，影响变压器正常运行放电，影响变压器正常运行 悬浮放电悬浮放电 夹层放电夹层放电 变压器绝缘结构中有许多夹变压器绝缘结构中有许多夹层，夹层有集积水分或其他极层，夹层有集积水分或其他极性分子的作用，该现象被称为性分子的作用，该现象被称为夹层效应夹层效应。由夹层效应引起的。由夹层效应引起的局部放电，简称夹层放电。局部放电，简称夹层放电。当发生夹层放电后，会出现线匝绝当发生夹层放电后，会出现线匝绝缘间、段间绝缘间贯穿性放电、低压缘间、段间绝缘间贯穿性放电、低压绕组引线夹表面贯穿性放电、沿围屏绕组引线夹表面贯穿

12、性放电、沿围屏贯穿性树枝状放电和沿纸板非贯穿性贯穿性树枝状放电和沿纸板非贯穿性树枝状放电，如图树枝状放电，如图1 1所示。做夹层试所示。做夹层试验时候，必须确保只处于验时候，必须确保只处于非贯穿性树非贯穿性树枝状放电枝状放电。夹层放电夹层放电 夹层放电夹层放电 尖端放电尖端放电 尖端是尖端是尖形电极尖形电极的简称，位于电场的简称，位于电场中的尖端，不论其本身的电位高低，中的尖端，不论其本身的电位高低，包括处于地电位，都会引起电场畸变，包括处于地电位，都会引起电场畸变，使尖端附近的电场强度增大，该作用使尖端附近的电场强度增大，该作用被称为被称为尖端效应尖端效应。由尖端效应引起的。由尖端效应引起的

13、局部放电，简称尖端放电局部放电，简称尖端放电 该放电能深入到绝缘纸板该放电能深入到绝缘纸板的层间和深处，最终导致的层间和深处，最终导致变变压器被击穿压器被击穿。设计制造时，。设计制造时，厂家把尖端圆形化或加厂家把尖端圆形化或加均压均压罩罩，其目的就是为了防止尖，其目的就是为了防止尖端放电。端放电。尖端放电尖端放电 “驱流驱流”放电放电 “驱流驱流”放电是放电是电流型放电电流型放电，是电流，是电流从导体被驱逐到电介质中的一种物从导体被驱逐到电介质中的一种物理现象，平常使用的电焊，其原理理现象，平常使用的电焊，其原理和和“驱流驱流”放电的原理相同。虽然放电的原理相同。虽然该放电的几率比较小，但是由

14、于该放电的几率比较小，但是由于“驱流驱流”放电造成的影响非常大，因放电造成的影响非常大，因此同样不能忽视此同样不能忽视 局部放电定位局部放电定位 局部放电定位是根据局部放电过程局部放电定位是根据局部放电过程中产生的中产生的电磁波、声、光、热电磁波、声、光、热和和化学化学变化变化等现象来实现定位，其定位方法等现象来实现定位，其定位方法有有超声波定位超声波定位、电气定位、电电气定位、电-声联声联合定位、光定位合定位、光定位和和热定位热定位等。目前国等。目前国内外主要以内外主要以超声波定位、电气定位和超声波定位、电气定位和电电-声联合定位方法声联合定位方法为主。为主。超声波定位超声波定位 超声波定位

15、主要是根据在局部放电过超声波定位主要是根据在局部放电过程中产生的超声波传播的程中产生的超声波传播的方向方向和和时间时间来确定来确定放电位置放电位置的。包括的。包括电电-声定位声定位和和声声-声定位声定位，当发生局部放电时，由于，当发生局部放电时，由于超声波通过不同介质向外传播，到达超声波通过不同介质向外传播，到达油箱壁的时间就不同，在变压器油箱油箱壁的时间就不同，在变压器油箱外壳安装多个超声波传感器，外壳安装多个超声波传感器，由于空间由于空间位置不同位置不同，检测，检测到局部放电产生的超声波信到局部放电产生的超声波信号号时间不同时间不同，通过测量超声，通过测量超声波传播的延时时间就能确定波传播

16、的延时时间就能确定局部放电源的空间位置。局部放电源的空间位置。超声波定位超声波定位 电气定位可以分为电气定位可以分为几何定位法几何定位法和和基基于模型分析法于模型分析法。当变压器发生局部。当变压器发生局部放电时，产生的放电脉冲沿绕组传放电时，产生的放电脉冲沿绕组传播到达测量端，该放电脉冲包含了播到达测量端，该放电脉冲包含了放电特性和局部放电定位所需的有放电特性和局部放电定位所需的有用信息，通过对放电脉冲进行分析，用信息，通过对放电脉冲进行分析，可以确定局部放电源的空间位置可以确定局部放电源的空间位置。电气定位电气定位 虽然目前适用于纠结式绕虽然目前适用于纠结式绕组，但是它的精度非常高，组，但是

17、它的精度非常高，定位精度可以达到不大于绕定位精度可以达到不大于绕组长度的组长度的2%2%电气定位电气定位电电-声联合定位法声联合定位法 电电-声联合定位法主要在声联合定位法主要在电电-声联合检测法的基础上声联合检测法的基础上利用超声波在利用超声波在变压器油变压器油和和箱箱壁壁中的传播速度低于电信号中的传播速度低于电信号传播速度的特点来实现定位。传播速度的特点来实现定位。当变压器内部发生局部放当变压器内部发生局部放电时，速度较快的电信号先电时，速度较快的电信号先触发监测器，监测器再根据触发监测器，监测器再根据随后超声信号到达的时差大随后超声信号到达的时差大小，推测变压器内部局部放小，推测变压器内

18、部局部放电的位置。电的位置。电电-声联合定位法声联合定位法局部放电在线检测方法局部放电在线检测方法 局部放电检测是以发生局部放电时局部放电检测是以发生局部放电时产生的产生的电电、光光等现象为依据来判断等现象为依据来判断局部放电的状态。目前有局部放电的状态。目前有脉冲电流脉冲电流法法、超声波检测法超声波检测法、气相色谱检测气相色谱检测法法、超高频检测法超高频检测法、电磁波检测法、电磁波检测法、光检测法、红外热像法、射频检测光检测法、红外热像法、射频检测法法等多种检测方法。等多种检测方法。脉冲电流法脉冲电流法 脉冲电流法主要通过脉冲电流法主要通过检测阻抗检测阻抗来检测变压器来检测变压器套管末端接地

19、线套管末端接地线、外壳接地线外壳接地线、中性点接地线中性点接地线、铁心接地线铁心接地线以及绕组中由于以及绕组中由于局局部放电部放电引起的引起的脉冲电流脉冲电流，获得，获得一些基本放电量。一些基本放电量。该检测方法该检测方法灵敏度灵敏度会随着会随着试品电容的增加而试品电容的增加而下降下降，而，而且且易受外界干扰噪声易受外界干扰噪声（f f10 MHz10 MHz）的影响，）的影响，抗干扰能抗干扰能力差力差，因此无法有效应用于，因此无法有效应用于现场在线监测现场在线监测。脉冲电流法脉冲电流法 超声波检测法超声波检测法 变压器在发生局部放电时，会同变压器在发生局部放电时，会同时发出时发出电信号电信号

20、和和声信号声信号，超声波检，超声波检测法测量的是放电时产生的声波信测法测量的是放电时产生的声波信号。超声波检测法是用固定在变压号。超声波检测法是用固定在变压器箱壁上的超声波传感器接收变压器箱壁上的超声波传感器接收变压器内部局部放电产生的超声波，以器内部局部放电产生的超声波，以检测局部放电量的大小和位置。检测局部放电量的大小和位置。超声传感器的频带约为超声传感器的频带约为7070150 kHz150 kHz（或（或300 300 kHzkHz），大量研究表明：局部放电产生的声），大量研究表明：局部放电产生的声波信号的频谱大都集中在波信号的频谱大都集中在150 kHz150 kHz左右。目左右。目

21、前的超声波传感器前的超声波传感器灵敏度低、抗干扰能力差灵敏度低、抗干扰能力差，无法在现场有效地检测信号。因此，主要用无法在现场有效地检测信号。因此，主要用于定性地判断局部放电信号的有无，以及结于定性地判断局部放电信号的有无，以及结合脉冲电流法对局部放电源进行物理定位。合脉冲电流法对局部放电源进行物理定位。超声波检测法超声波检测法 气体色谱检测法气体色谱检测法 油中气体色谱分析法（油中气体色谱分析法（DGADGA）是检测）是检测局部放电最有效的工具之一。局部放电最有效的工具之一。DGADGA主要主要是以是以三比值法三比值法为依据，对三比值进行为依据，对三比值进行编码，各种事故对应不同的编码，而编

22、码，各种事故对应不同的编码，而局部放电对应比值所对应的编码组合局部放电对应比值所对应的编码组合是是0 0，1 1，0 0。DGADGA是建立在变压器多年是建立在变压器多年积累的积累的DGADGA数据库基础上的，数据库基础上的，目前，该方法已广泛用于变压目前，该方法已广泛用于变压器在线故障诊断。由于油气分器在线故障诊断。由于油气分离时间过长，对于突发性的局离时间过长，对于突发性的局部放电很难发现，所以部放电很难发现，所以DGADGA主要主要对变压器局部放电进行对变压器局部放电进行定性定性分分析，而无法进行析，而无法进行定位定位分析。分析。气体色谱检测法气体色谱检测法 超高频检测法超高频检测法 超

23、高频法（超高频法（UHFUHF法）是通过超高频法）是通过超高频信号传感器接收局部放电过辐射的信号传感器接收局部放电过辐射的超高频电磁波，实现局部放电的检超高频电磁波，实现局部放电的检测。变压器油测。变压器油隔板结构的绝缘强隔板结构的绝缘强度比较高，因此变压器中的度比较高，因此变压器中的局部放局部放电能够辐射很高频率的电磁波电能够辐射很高频率的电磁波。变压器局部放电测量时，变压器局部放电测量时，现场干现场干扰信号的频谱一般小于扰信号的频谱一般小于300 MHz300 MHz，UHFUHF检测技术的检测频率范围检测技术的检测频率范围一般为一般为5005001 500 1 500 MHzMHz，可最

24、，可最大限度避开干扰信号大限度避开干扰信号。超高频检测法超高频检测法 而且超高频传感器安置在变压器而且超高频传感器安置在变压器箱体箱体内部内部，变压器壳体的屏蔽作，变压器壳体的屏蔽作用使得超高频检测法的用使得超高频检测法的抗干扰能抗干扰能力力优于目前传统局部放电检测法。优于目前传统局部放电检测法。只是需要特别的超高频传感器，只是需要特别的超高频传感器，因此尚待加强该传感器的研发。因此尚待加强该传感器的研发。超高频检测法超高频检测法变压器局部放电在线监测的发展前景变压器局部放电在线监测的发展前景1.1.对局部放电理论进行深入研究，对各对局部放电理论进行深入研究，对各种局部放电种类建立种局部放电种

25、类建立理论模型理论模型，通过，通过研究局部放电的研究局部放电的特征特征，从而采用有效，从而采用有效的的措施抑制外界干扰措施抑制外界干扰。2.2.由于变压器一般都是由于变压器一般都是多点放电多点放电，应该，应该将局部放电放在对变压器进行将局部放电放在对变压器进行多点定多点定位位的基础上。的基础上。3.3.必须有效地必须有效地识别识别和和抑制抑制干扰信号。干扰信号。差动平衡法差动平衡法和和脉冲极性鉴别法脉冲极性鉴别法可以可以很好地抑制干扰信号。目前局部放很好地抑制干扰信号。目前局部放电在线监测主要采用电在线监测主要采用最小均方误差最小均方误差（LMSLMS）自适应算法）自适应算法和和递推的最小递推

26、的最小二乘法（二乘法（RLSRLS）自适应算法）自适应算法。变压器局部放电在线监测的发展前景变压器局部放电在线监测的发展前景4.4.对新型传感器的研究。对新型传感器的研究。超高频传感器、光超高频传感器、光纤传感器纤传感器在局部放电中的应用已经取得了在局部放电中的应用已经取得了很好的效果。很好的效果。5.5.放电量标定问题是判断变压器局部放电放电量标定问题是判断变压器局部放电严严重程度及绝缘是否受损重程度及绝缘是否受损的关键所在。必须的关键所在。必须解决如何对放电量进行标定的问题解决如何对放电量进行标定的问题6.6.建立一套完整的在线监测系统需要将整个建立一套完整的在线监测系统需要将整个系统都考虑进去。系统都考虑进去。变压器局部放电在线监测的发展前景变压器局部放电在线监测的发展前景 谢谢