电力变压器局部放电在线监测系统的研制
变压器局部放电在线检测进展
变压器局部放电在线检测研究进展摘要：为了提高变压器的产品质量，必须对变压器局部放电实施在线监测并及时报警，这对预防重大事故的发生、保障变压器稳定运行具有重要意义。
本文分析了局部放电的检测技术研究，展望了变压器局放检测的前景。
关键词：变压器局部放电在线检测前景中图分类号： tm42 文献标识码： a 文章编号：变压器内部的绝缘在运行中, 长期处于工作电压的作用下, 特别是随着电压等级的提高, 绝缘承受的电场强度值将趋高, 在绝缘薄弱处很容易发生局部放电。
局部放电时间虽短, 能量也很小, 但具有相当大的危害性, 它的长期存在, 对绝缘材料将产生较大的破坏作用。
局部放电可使邻近的绝缘材料受到放电质点的直接轰击造成局部绝缘的损坏; 由放电产生的热、臭氧及氧化氮等活性气体的化学作用, 使局部绝缘受到腐蚀老化, 电导增加, 最终导致热击穿。
变压器内部绝缘的老化及损坏, 多半是从局部放电开始的。
随着电网不断扩展, 提高电气设备的安全运行水平、开展对变压器局部放电实施在线监测、结合智能化诊断的专家系统分析变压器绝缘状态、及时确定绝缘缺陷的性质就显得越来越重要。
一、局部放电的检测技术研究1、脉冲电流法脉冲电流法又称耦合电容法. 该方法一般是用罗哥夫斯基线圈制成的电流传感器套接在变压器的铁心接地线、套管末屏接地线、中性点接地线或外壳接地线上, 用以检测因局部放电而产生的脉冲电流, 从而得到局部放电的基本信息.该方法灵敏度高, 可定量测量, 是研究较早、应用较广泛的一种检测方法. 但其灵敏度会随试品电容的增加而下降, 且测量频率低、频带窄(一般不超过1mh z), 易受电磁干扰, 所以不能有效地用于现场的在线检测. iec 在2000年为脉冲电流法正式公布了测量标准( iec60270) , 另外, 也可依据椭圆示波图来分析局部放电信号的特征.2、超高频法局部放电时会产生很陡的电流脉冲, 且向四周辐射高频率的电磁波, 其中的超高频成分( 300 ~3 000mh z)相当丰富. 现场干扰的频谱范围一般小于300mh z, 且干扰信号在传播过程中衰减很大, 因此使用超高频传感器来接收局部放电辐射的电磁波, 可有效避开多种现场干扰, 极大地提高变压器局部放电在线检测的灵敏度和可靠性. 清华大学于1995年研究开发的基于超高频法的便携式局部放电检测仪为外部传感器检测, 具有很强的实用性,且便于确定局部放电源的位置.超高频法解决了脉冲电流法测量频率低、频带窄的问题, 目前, 已应用在g is, 电缆和电机的局部放电测量中, 取得了较好的效果. 然而, 变压器内部的绝缘结构十分复杂, 电磁波在传播过程中将发生多次折射和反射, 造成衰减, 而且变压器箱壁的屏蔽作用也会影响电磁波的传播, 利用超高频法对变压器的局部放电进行检测变得十分困难. 所以, 迫切需要对变压器超高频局部放电信号的传播特性及放电源的定位进行研究.近年来, 国外开始研究基于多导体传输线的超高频信号在变压器绕组中传播的模型. 英国曼彻斯特工业大学初步建立了放电脉冲在变压器连续式单绕组中传播的多导体传输线模型. 仿真结果表明, 该模型适用于10~ 100 us放电持续时间的局部放电信号, 且绕组传输函数中的零点位置表征了局部放电的定位信息, 但只局限于连续式单绕组.3、超宽频法该方法是在超高频基础上对检测频带的拓宽,带宽可达几ghz, 能更加全面地研究局部放电信号的特征. 目前, 使用超宽频法对局部放电进行检测的研究还处于探索阶段, 但也取得了一些成果. 西安交通大学于1998年研制成功一种超宽频带局部放电传感器, 经网络分析仪测量, 其频率响应特性良好. 当前, 该方法需要解决的技术关键包括局部放电超宽频测试系统的研制、实时高速数据采集技术及电磁干扰的抑制等.日本的k aw ada提出一种新的用于监测局部放电源的超宽频带uhf无线电抗干扰系统. 该系统通过不同频率提取2个经傅里叶变换处理后的宽带电磁波信号, 然后根据它们的相位差来判断局部放电的程度, 并计算出了从局部放电源发射的电磁波的方向, 且不需要安装天线. 华北电力大学在实验室检测系统的基础上, 开发出了一套用于现场的基于超高频检波信号的固定式监测系统.该系统可以实现在线数据采集和相位统计, 并分析超高频信号随时间变化的历史趋势等, 2003 年2 月23日对其成功地进行了在线安装和试验.4、超声波法变压器内部发生局部放电时, 会产生超声压力波, 其在不同介质(油纸、隔板、绕组和油等)中以球面波的方式向四周传播, 因而, 可以把超声波传感器固定在变压器油箱壁上来检测局部放电. 该方法可以避免电磁干扰的影响, 定位方便, 且易于在线检测. 但超声波在变压器内部的传播是一个很复杂的过程, 且衰减严重,因而到达油箱壁外的超声信号很微弱. 而且, 目前还无法利用超声波信号对局部放电进行模式识别和定量分析, 因此它主要用于定性分析局部放电信号的有无, 或作为一种辅助测量方法, 与其他检测方法联合使用. 澳大利亚学者就曾对利用光纤测量系统深入变压器内部测量局部放电的超声波法进行了研究.5、化学检测法该方法的离线监测即油色谱分析( dga )法, 是通过分析变压器发生局部放电时产生的各种气体( ch4, c2h6, c2h4, c2h2, co, co2 和h2 ) 的组成和浓度, 来确定故障类型和故障程度的方法, iec 为此特意制定了三比值法的推荐标准. 油色谱分析法已经积累了很多的故障诊断经验, 但是将变压器油和气体分离开需要很长的时间, 所以该方法只能较好地检测出早期的潜伏性故障, 对突发性故障无能为力, 且只能作定性的分析, 无法进行定量判断. 化学检测法的在线检测正逐步应用推广, 它能实时检测出变压器内不同气体的变化情况, 及时诊断出突发性故障. 然而, 需要长期的现场经验才能积累并形成其知识体系.上海思源电气公司于2005 年成功研发了trom—600型变压器油色谱在线检测系统, 它采用真空脱气方式, 并在混合气体分离、数据处理及智能诊断等方面都有很多的创新, 使得变压器油色谱在线检测成为现实. 该系统目前需要解决的主要问题是如何提高透气膜的抗老化性、气敏传感器的稳定性及色谱柱的性能和检测灵敏度等.6、光测法变压器局部放电时也会发生光辐射, 不同原因造成的局部放电, 产生的光波长也不同, 一般在500~ 700 nm之间. 把光辐射进行光电转换, 然后检测光电流的特性, 便能对局部放电进行识别. 该方法不受电磁干扰影响, 灵敏度高. 目前, 在实验室里利用光测法来分析局部放电的特征及绝缘劣化的机理已经取得了较大的进展. 然而, 光测法所用的设备复杂、昂贵, 并且要求被检测的物体对于光来说是透明的, 所以, 将其应用于现场检测还需很大的努力.局部放电检测方法很多, 目前主要采用脉冲电流法和超声波测量法. 二者除传感器不同外, 基本测量原理是相同的。
变压器局部放电检测方法和检测技术的研究现状分析
些局 部放 电的基本垣 常规局部 放 电通常 在 回路 中串人检测 阻抗来 对信 法 、小 波 函数 、分解 尺度 以及 门 他 的选择 等问题 ， 择不 当将 极大 选
号取样 。 目 ，脉 冲电流法 Ｊ 前 泛用 于变 压器 型式试 验 、预防和交 接 试 地 影 响降噪的效 果 。文 献［】 ３在对 ¨部放 电信 和 白噪的小波分解 特性 验 、变压器局 部放 电实验研究 等 ，其特 点是测 量 灵敏度 高 、放 电 可 进行分放 电脉 冲畸变的角 以标定 等 。脉冲 电流 法的缺 点主要 是现 场干扰 严重 ，导致 脉 冲电流法 度 出发 ，对 阈值法作 了改进 。改 进 法更有 效地提取局 部放 电的脉 冲 无法有 效应用 于在线监 测 ；对 于变 压 复杂 的绕组 结构 ，局部放 电在 波形 ，而且 ＝ 扰越 强 ，其 优势越 明 。 卜
展 方向。 关键 词 ： 变 压 器 局部放 电 脉 冲 电流 法 阂值 法
１前 言 ．
高频法难 以进行 放 电量标 定 ， 目前仍处 于起 步阶段 。
大 量故 障统 计 分析 表 明 ，绝缘 故 障 是影 响变 压器 可 靠运 行 的重 ３变 压 器 局 部放 电超 声 波 检 测 技 术 的研 究 现 状 ． 目前 超 声 波检 测局 部 放 电 的研 究 ］ 作 主要 集 中在局 部放 电的定 ： 要原 因之一 。 目前 １０ Ｖ及 以 大 型电 力变压 器丰要 采川 油／ 绝缘结 １ｋ 纸 构 ，绝缘 故 障常常 起 源于 局部 放 电造 成 的ｆ ／ 绝缘 劣化 。局 部 放 电 位方 面 ，这 主要 是 由于超 声波 的传播 速度较 慢 ，对检 测系统 的精 度要 ｉ纸 ｔ ］ 是绝 缘介质 中由于局部 缺陷 而造成 的非 贯穿性 放 电现象 ，局部放 电是 求较低 的缘故 。在利 用超 声波进 行局 部放 电的放 电量的大小确定 和模 ｌ Ｊ 电气设 备长期 运行过程 中绝缘 裂化 的一个 主要 征兆 。如果 电气设 备 的 式识别 方面 的工 作相 对较少 。近 儿年 以来 ，｝ 现 了一种 把超声 波法与 绝缘 结构 长 时 间发生 持 续 的局 部放 电 ，绝缘 介 电性 能 可 能会 严重 受 射 频 电磁 波法联 合起米 进行 局部 放 电定 位 的趋 势 。这项 检测技术 能更 损 ，如 果局部放 电故 障一直未 被发 现和处 理最 终 可能导致 电气设 备发 好 地保证 局部放 电检 测的可 靠性 。超声 波或射频 检测得 到的局部放 电 生灾难性 的故 障。随着 电气设 备在 线监洲 与状 态维修 技术 的发展 和应 表 征量超 过设定 的 阈值 ，就 足 以引起警 戒 ，同时二者之 问 ，在 时频 特
在线监测模式中干式变压器局部放电分析
在线监测模式中干式变压器局部放电分析1. 引言1.1 背景介绍干式变压器是电力系统中常见的一种变压器类型，其具有结构简单、维护方便等优点，在电力系统中应用广泛。
干式变压器在运行过程中也会出现局部放电现象，这可能会导致设备损坏，甚至引发火灾等严重后果。
对干式变压器的局部放电进行监测和分析具有重要意义。
随着科技的发展，传统的离线监测方式已不能满足实时监测的需求。
在线监测模式应运而生。
在线监测模式通过实时监测设备运行状态，可以及时发现设备存在的问题，并采取相应的措施进行维护和修复，从而提高设备的可靠性和安全性。
本文旨在探讨在线监测模式在干式变压器局部放电分析中的应用，通过分析干式变压器局部放电特点，探讨在线监测模式的优势，介绍干式变压器局部放电在线监测技术以及监测参数分析，最终对数据处理与分析进行总结。
结合实际案例，探讨在线监测模式在干式变压器局部放电分析中的应用前景，并提出存在问题的解决建议。
通过本文的研究，旨在为干式变压器的运行维护提供参考依据，提高设备的运行效率和安全性。
1.2 研究目的研究目的是通过对干式变压器局部放电进行在线监测分析，探讨其特点和优势，并研究在线监测技术在干式变压器局部放电中的应用，以及监测参数的分析和数据处理方法。
通过研究，旨在揭示在线监测模式在干式变压器局部放电分析中的应用前景，为实现干式变压器安全运行提供科学依据。
分析存在的问题并提出解决建议，为干式变压器局部放电在线监测技术的进一步发展提供有益的参考。
通过本研究，可以为干式变压器的预防性维护和故障诊断提供更加准确、可靠的监测手段，提高设备运行的可靠性和安全性，促进电力系统的稳定运行。
2. 正文2.1 干式变压器局部放电特点分析干式变压器是一种常见的变压器类型，在电力系统中起着重要的作用。
干式变压器局部放电是指在变压器内部或表面的局部区域内产生的放电现象。
干式变压器局部放电特点分析可以帮助我们更深入地了解局部放电的形成机制和特性，为后续的在线监测提供重要依据。
变压器局部放电特高频法在线监测装置技术规范-终稿
试验电压有效值
Ur060V
0.5 kV
250〉Ur〉60 V
2.0 kV
注：与二次设备及外部回路直接连接的接口回路试验电压采用250〉Ur〉60V的要求。
c）冲击电压
在正常试验大气条件下，装置各独立电路与外露的可导电部分之间，以及各独立电路之 间，应能承受1.2/50N s的标准雷电波的短时冲击电压试验。当额定工作电压大于60V时， 开路试验电压为5kV；当额定工作电压不大于60V时，开路试验电压为1kV。试验后设备 应无绝缘损坏和器件损坏。
4.3功能要求
a）应具备长期稳定工作能力，具有断电不丢失数据、自诊断、自复位的功能。
b）应具备现场校验用接口，能够安全、方便地接入标准测量仪器，对监测装置测量结果进 行比对。
c）监测装置应具有较高的抗干扰能力及干扰信号区分能力，能够区分局放信号与内、外界 的干扰信号，如开关操作、无线电、通信信号、自检信号等干扰信号；可通过滤波、屏 蔽、干扰识别或干扰定位等方式，将变压器运行中的周期型干扰、非周期型干扰和白噪 声等现场电磁干扰（雷达信号、电动机干扰、荧光灯等干扰信号）抑制到可接受的水平， 将其影响最小化。
f)室外安装设备应具有防水防潮措施，端子箱内部应安装防凝露除湿设备。
4.1.9
监测装置的设计应充分考虑其工作条件，要求能在变电站户内外工作条件下长期可靠工 作。装置相邻两次故障间的工作时间的平均值不小于8760小时。
4.1.10
监测装置寿命应不低于10年，对内置传感器则应与变压器保持一致。
4.2接入安全性要求
d）装置应能承受GB/T 2423.9规定的恒定湿热试验。试验温度+40℃±2℃、相对湿度 （93±3）%,试验时间为48h。
大型电力变压器局部放电在线监测系统的研制
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 ２ ４ Ｐ７ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ ０ ９—９ ９ ２ １ ）４—０ ０ ４ ２（０ ２ ０ ０９—０ ４
Ｄｅ ｅｏ ｍ ｅ ｔ ｆ ｖ ｌ ｐ ｎ ｌ ｅＳ ｓｅ Ｍ ｏ ｉ ｒｎ ｒ ｉ ｌ ｓ ｈ ｒ ｅＯｃ ｕ ｒ ｄ ｏ Ｏｎ ｉ ｙ ｔ ｍ ｎ ｔ ｉ ｇＰａ ｔａ ｃ ａ ｇ ｃ ｒ ｅ ｎ ｏ Ｄｉ
４０７ ） ３ ０ ２
４ ０ ５ ；２武汉大学 电气工程学院， 湖北武汉 ００３ ．
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
ｉ ｕｇ ａ ｆ ｒ ｅ ｎＨ ｅＴｒ ｎｓｏ ｍ ｒ
Ｚ Ｈ０Ｕ Ｘｉｏ ｘ ａ ． Ｌ ｅ — ｎ ． Ｗ Ｅ ｕ ａ — ｉ Ｉ Ｗ ｎ ａ ＮＷ
（ ． ｕ ａｉｎ＆ＴｒｉｉｇＣ ｎｅ ｆ ｈ ｎ ｑｎ ｌｃｒｃｐ ｗ ｒ ｏｐ ｒｔ ｎ，Ｃ ｏ ｇ ｉｇ ０ ０ ３，Ｃ ｉａ；２Ｗｕ ａ １ Ｅｄ ｃ ｔ ｏ ａｎｎ ｅ ｔｒ ｏ ｇ ｉｇＥ ｅ ｔ ｏ ｅ ｒ ｏａｉ ｏＣ ｉ ｃ ｏ ｈ ｎ ｑｎ ４ ０ ５ ｈｎ ． ｈｎ
变压器局部放电在线检测的研究与应用
工 程 技 术
变压器局部 放电在 线桷测的研 究与应用
汾 供 电分 公 司 孙 西 方
［ 摘 要 ］ 文中对变压 器局部放 电的产生及 危害进行 了简单 陈述 。介 绍 了ＤＧ Ａ法 、 Ｖ法、 ＲＩ 光测法、 脉冲 电流法 、 高频脉 冲电流 法和 超声波法等局部放 电在 线检 测方法。具体介 绍了超 声波与高频脉 冲法联合检测 法， 对其检测原理和定位原理进行 了阐述。最后 对变 压器局 部放 电检 测过程 中干扰信 号的产生， 干扰 信号类型及 干扰信 号的常规 抑制 方法做 了简单介绍。 ［ 关键 词 ］ 变压器 局部放 电 检 测方法 绝缘 干扰抑制
０ 引言 ．
变压器是电力系统的主要设备之一 ， 为变 电站的核心设备 ， 作 广泛 应用于各个变电站 ，其 运行的可靠性直接关 系到电力系统 的安全 与稳 定。变压 器内部 绝缘结 构主要 采用油纸绝缘 ， 内部的绝缘在运行 中 ， 其 长期处于工作电压的作 用下 ， 特别是随着 电压等 级的提高 ， 绝缘承受 的 电场强度 值将趋 高 ， 在绝缘薄弱处 很容易发生局部放电。 局部放 电在长 时间运行的大型电力变压器中极为常见 ，是造 成电力变压器故障 和电 力系统运行事故的主要 原因之一。因此 ， 电力变压 器局部放 电检测对 对 电力设备 安全稳 定运行具 有重要 意义 。 １变压器局部放 电检测技术 ． 目前国内外在局部放电检测方面已经做 了大量的研究工作， 局部放 电的检测 都是以局部放 电所产生 的各种现象 为依据 ，通过能表述该现 象的物理量来表征局部 放电的状 态。 局部放 电过 程中 ， 随着 电荷 的转 伴 移和 电能的损耗 ， 还会产生声波 、 发光 、 发热 以及 出现新 的生成物等 ， 所 以 目前出现的检测技术 皆是围绕 着这些 表征特 征进行 的。 变压器 局部放 电在线检测 的信号传 感 主要 有 Ｄ ＧＡ法 、 Ｖ法 、 ＲＩ 光 测法 、 脉冲电流法 、 高频 脉冲电流法和超声波法 等多种 检测 方法 。 ２超 声 波 与高 频 脉 冲 法 联 合 检 测 技 术 ． 大多数工程人员已经习惯于通过视在放 电量来反映局放的严重程 度 ， Ｃ规定有关 变压 器局放标准 中， Ｉ Ｅ 其指标也 是通过局放量 的阈值来 规定的。此外 ， 由于变压器 内部绝缘结构 的复杂性 ， 局放产生的 电磁波 在内部的传播将 存在大量的散射 、 折反射 以及衰 减 ， 因而传播特性研究 和局放源定 位工作 难度很 大。 在总结变压 器局部放电在线检测技术经验 的基 础上提出 了采用高 频脉冲法和超声 波相结 合的方法检测变压器 的局 部放电 ，采用现代传 感 器技术 、 字信号处 理技术 和计算机技术克服检测难点 。 数 采用高频脉 冲法 ， 以获得较好 的视 在 电量 ， 可 配合 超声波 的大致定位 ， 可以很好地 检测 变压器 内部局部放 电 ， 且不影 响变压器 的正常运行 。 ２１ 测 原 理 ．检 变压器在发 生局部 放电时会产生脉 冲电流 信号 ，由于在油介质 中 的缘故 ， 其频率范 围是很高 的， 一般在 ３ ０ Ｈ 到 １０ ｋ ｚ ０ ｋ ｚ ０ ０ Ｈ 之间。 通过把 传 感器连接 到变压器套管末 屏接地线 、 外壳接地线 、 中性点接地 线 、 铁 芯接地线 可以检测 到由局放 引起 的脉 冲电流 ， 获得视在放 电量 。 冲电 脉 流法是研究最早 、 应用最广泛 的一种检测方法 。 高频 脉冲电流法使用 高频 Ｃ Ｔ传感 器卡在接地 线上可 以较好 地获 得视 在电量 ， 方便我们对局部 放电 的分辨 ， 对局部放 电类型 的判 断 ， 超 声波法可 以用于定性地判 断局放 信号 的有无 。采用高频 脉冲电流法和 超声 波法相结合 的声 电联合法 具有较好 的检测效果 ，在获取多种局部 放 电信 息 的 同时 又 可弥 补 单 一 检 测方 法 的 不 足 ，是 局 部 放 电研 究 的 最 佳方 向。超声波与高频脉 冲电流法联合检测法示意 图如图 １ 所示。
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目录目录 (1)前言 (2)1在线监测方法 (2)1.1超声监测法 (2)1.2光测法 (3)1.3电脉冲法 (3)1.4射频监测法 (3)1.5超高频监测法 (3)2在线监测监控技术 (4)2.1.1现场噪声的抑制 (4)2.1.1.1 周期性干扰的抑制 (4)2.1.1.1.2 脉冲型干扰的抑制 (5)2.1.1.1.3白噪声干扰的抑制 (5)2.1.2局部放电模式识别 (5)2.1.3局部放电定位技术 (6)3结束语 (7)结论 (7)致谢 (7)参考文献 (7)前言近年来 , 随着电力系统的快速发展 , 变压器的容量和电压等级不断提高 , 运行中的安全问题也越来越受到重视。
在变压器所发生的故障中 , 绝缘问题占很大的比重 , 因此需要一种有效的手段对变压器的绝缘状况进行监测 , 确保运行中变压器的安全。
局部放电监测作为检测变压器绝缘的一种有效手段 , 无论是检测理论还是检测技术 , 近年来都取得了较大的发展 , 并在电厂和电站中得到了实际应用。
相对传统的停电局部放电检测 , 在线局部放电检测可以长时间连续监测变压器局部绝缘放电情况 , 在放电量达到危险时 , 及时停机做进一步的检查 , 因此在检修工时和经济效益等方面有很大的优势 , 是目前惟一的一种有效避免变压器突发性事故的监测手段。
在线局部放电监测反映的是变压器实际工作状态下的绝缘放点情况，比离线检测更符合设备的实际运行工况。
1在线监测主要方法根据变压器局放过程中产生的电脉冲、电磁辐射、超声波、光等现象，相应出现了电脉冲检测法超声波检测法、光测法及射频检测法和UHF超高频检测法。
、1.1超声监测法用固体在变压器油箱壁上的超声传感器接收变压器内部局放产生的超声波来检测局放的大小和位置。
通常采用的超声传感器为电压传感器，选用的频率范围为70-150kHz,目的是为了避开铁心的磁噪声和变压器的机械振动噪声。
超声检测法主要用于定性判断是否有局放信号，结合电脉冲信号或直接利用超声信号对局放源进行物理定位。
变压器局部放电在线监测中数据采集系统的研究
３０５ ） ０２０ ３００ ） ０４０
王
斌
梁 秀玲
理器、 内存、 显示器等 ） 和仪器硬件（ ＡＤ ＤＡ 数 如 ／ 、／、 字Ｙ、 Ｏ 定时器、 信号调理等 ） 的测量 、 制能力结合 控 在一起 ， 通过软件实现对数据 的分析处理、 表达以及 图形化用户接 Ｈ（ 如图 １。 ）
虚拟仪器 （ ｉ ａ Ｉ ｔｍ ｎ， Ｉ的概念是 由美 Ｖｒ ｌ ｎ ｒ ｅｔＶ ） ｔ ｓｕ ｕ 国国家仪器公司提 出来 的， 目前为止 ， 到 虚拟仪器并 没有一个公认 的定义。可以认为 ， 虚拟仪器是 由计 算机、 应用软件和仪器硬件构成 的仪器操 Ｉ Ｃ Ｘ 总线系统仪器都称为虚
统的开发时 间。 同时也提 高 了整个 系统 的稳 定性和可靠性。
ｌ采 Ｉ 数 卡
测 控 Ｇ Ｉ仪 器 ＰＢ 机 算
【 关键词】 局部放电； 虚拟仪器； 数据采集；ａ ＩＷ Ｌｂ Ｅ Ｖ
１ 引 言
象 Ｒ －计 对 ｌ ｚＭＩ ｖ ｘ － ｖ
电力 变压 器局 部放 电的在 线监 测越 来 越受 到人 们 的重视并 正逐 渐 推 广 应 用 于 实 际 电能 生 产 、 配 输 等部 门 ， 这与在 线 监测 技术 成 功 的运 用 于 工业 现场
下一个功能传送变量。可视化程序实际是图标接线 图而不 是指 令序 列 的文本 文件 。 与其他虚 拟仪器 软件开发平 台相 比，ａ ＩＷ Ｌｂ Ｅ Ｖ 作为一种真正意义 上的可视化 图形编程语 言 ， 具有 开发难度低 、 开发 周期短 的优 点。同时 ， 由于 Ｌｂ ａ． ＶＥ 的专用性很 强 ， 的灵 活性相对于其他 软件 ＩＷ 它 平 台就稍显逊色。
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2004年8月Power System Technology Aug. 2004 文章编号：1000-3673（2004）16-0056-04 中图分类号：TM835.4；TM406 文献标识码：A 学科代码：470·4034电力变压器局部放电在线监测系统的研制罗日成1,2，李卫国1，熊浩1，邓本再2（1．武汉大学电气工程学院，湖北省武汉市 430072；2．长沙理工大学电气工程学院，湖南省长沙市 410077）DEVELOPMENT OF ON-LINE MONITORING SYSTEM FOR PARTIALDISCHARGE WITHIN POWER TRANSFORMERLUO Ri-cheng1,2，LI Wei-guo1，XIONG Hao1，DENG Ben-zai2（1．School of Electrical Engineering，Wuhan University，Wuhan 430072，Hubei Province，China；2．School of Electrical Engineering，Changsha Science and Engineering University，Changsha 410077，Hunan Province，China）ABSTRACT：A set of on-line monitoring system for partial discharge within power transformers is developed. On the basis of electro-acoustic joint monitoring method the presented system can detect the current signals of multiplex pulses and the ultrasonic signals caused by partial discharge within the power transformer. In the hardware of this system the anti-interference measures such as optical fibre transmission and so on are used to effectively suppress the on-site electromagnetic interference; in the software of this system the discrete binary wavelet transform algorithm is used to filter the periodical interference and corona interference in monitored signals, so that the internal and external discharge pulses can be accurately distinguished. Based on equivalent sound velocity and using fuzzy theory and finite element numerical analysis, the position where the partial discharge occurs can be located. The on-site operation experience shows that the presented system possesses higher detection accuracy and can offer creditable basis for condition-based maintenance of power transformers.KEY WORDS：Power transformer；Partial discharge； Fault location；On-line monitoring instrument；Power system摘要：研制了一套新型变压器局部放电在线监测系统，该系统基于电 声联合检测方法，检测出变压器局部放电产生的多路电流脉冲信号和超声波信号，在硬件上采用了光缆传输等抗干扰措施，有效抑制了监测现场的电磁干扰，在软件中采用离散二进小波变换算法滤除监测信号中的周期干扰以及电晕干扰，从而准确地区分内外放电脉冲；并基于等值声速原理，运用模糊理论和有限元数值分析方法对变压器局部放电点进行了定位。
在现场运行的情况表明了该系统具有较高的检测灵敏度，可为电力变压器的状态检修提供可信的依据。
关键词：电力变压器；局部放电；故障定位；在线监测装置；电力系统 1 引言电力变压器的安全稳定运行是确保电力系统供电可靠性的一个重要因素，而绝缘性能的劣化是影响变压器可靠性的主要原因，因此及时获悉运行中变压器的绝缘状态，对于提高变压器的可靠性十分重要。
电力变压器内部局部放电的在线监测，是预防电力变压器绝缘发生突发性事故的最有效手段之一。
国内已在电力变压器绝缘状态的在线监测和故障诊断方面做了大量研究工作。
本文依据电力变压器内部发生局部放电时所产生的高频电脉冲信号和超声波信号，采用了电–声联合局放测量方法。
在故障诊断中，将诊断过程分为物理征兆识别与故障部位定位两部分，通过安装在变压器高压套管末屏及铁心接地线上的两个电脉冲传感器和安装在变压器油箱外壳的五个超声波传感器，检测出多路脉冲电信号和超声波信号，从电、声信号中提取波形特征、幅频特性等特征量计算出变压器的一次放电量，并确定局部放电点的空间位置。
2 在线监测系统的工作原理与组成 2.1 监测系统的工作原理本文对变压器局部放电产生的脉冲电流和超声波信号进行综合测量和处理，确定局放是否发基金项目：教育部高等学校骨干教师资助项目（20006529）。
生，给出了局放的视在放电量、放电频率等参数及其变化趋势[1-3]，并基于等值声速原理运用模糊理论和有限元数值分析法对局放点进行定位。
（1）脉冲电流的检测本文通过在变压器高压套管末屏及铁心接地线上安装传感器来获取电脉冲信号，组成“差动平衡对”。
变压器内部发生局放时，局放信号在两传感器中产生的脉冲电流极性应相反；而外部干扰（如母线上的电晕放电）信号在两传感器中产生的脉冲电流的极性相同，可采用软件实现差动平衡，从而实现共模干扰抑制。
应用小波分析等现代信号处理技术可滤除监测信号中的周期性干扰以及随机干扰，并准确区分内、外放电脉冲。
（2）局部放电超声波信号的检测通过安装在变压器油箱外壳的超声波传感器来获取局放的超声脉冲信号，定性判断变压器内部放电的有无，并基于等值声速原理运用模糊理论及有限元数值分析法进行局部放电点定位[4-6]。
通常将超声传感器固定在变压器外壳上，采用压电晶体作为电–声换能器，将声波信号转化为电信号，并放大后通过电缆传送至监测系统。
为避免变压器外壳与监测系统之间有耦合电信号，采用工程塑料将超声传感器与变压器外壳隔开。
油中局部放电的超声频谱峰值分布在70~150kHz。
为抑制磁噪声（巴克豪森噪声和磁声发射）和变压器机械振动的噪声，将超声传感器的检测频带设置为70~300kHz，并将五个超声探头按一定几何位置安装在变压器外壳上。
2.2 监测系统的硬件构成（1）总体结构监测装置总体结构如图1所示。
整个系统可分为传感器、现场处理、光电转换与传输、高速同步采集、信号处理与显示五个单元。
图1系统总体结构框图Fig. 1 The structure diagram of monitoring system（2）现场控制及预处理单元现场控制及预处理单元的框图如图2所示，该部分单元的主要功能是电脉冲信号和超声波信号的采集，并由超声波传感器将超声波信号转换为电信号，再对这七路电信号进行放大处理。
图2 现场控制及预处理单元原理框图Fig. 2 The structure diagram of onsite controland signal preprocessing unit采用的超声波传感器是北京航空航天大学开发的点接触型带磁座声发射传感器，主要元件是压电晶体，与变压器表面无须施加耦合剂。
电脉冲传感器由单匝穿心式罗果夫斯基线圈、积分电路、电磁屏蔽外壳等组成。
电脉冲传感器与变压器之间仅有磁耦合，而无电气连接。
为深入研究电力变压器的不同模式局部放电信号的频率特性，选用0.02~1MHz的宽带电脉冲传感器，其中心频率为500kHz，为减小微弱信号在传输过程中受外界干扰的影响程度，采取就地放大处理，前置放大器频带为0.02~1MHz，增益为40dB。
将放大后的电信号输入到信号预处理单元的带通滤波器，用于提取各频段的信号分量及消除一些低频或高频的周期性干扰。
信号经滤波之后进行放大处理，以满足模/数（A/D）采样卡输入幅值的要求。
再送入电光转换与传送单元，经八芯光纤以光信号的形式传送到控制室的接收单元。
（3）光电转换与传输模块光电转换与传输模块包括：电光转换和传送单元、光电转换和接收单元。
电光转换和传送单元置于现场控制箱内，该部分单元的结构原理框图如图3所示。
发送部分由总线、时序逻辑、并串转换及电光转换电路组成；接收部分由光电转换、串并转换及时序逻辑电路组成。
图3信号传输模块原理框图Fig. 3 The structure diagram of signal transmission unit （4）外触发单元在外触发单元中由工频电压与计算机共同产生一外触发信号施加到采样卡上以使A/D转换与外施的工频电压同步，如图4所示。
58Power System Technology Vol. 28 No. 16图4 外触发单元原理图Fig. 4 The schematic of external trigger unit2.3 监测系统的软件 监测系统软件的主要功能包括：系统自检、初始参数设置、高速数据采集与处理、实时曲线、数据查询、历史数据、放电波形显示、数据库管理、打印各种报表等。
软件主界面如图5所示。
图5 软件主界面Fig. 5 The main interface of software system（1）高速数据采集局部放电信号的采样率取决于三个关键因素：①所测量信号的波形类型；②信号的最高频率分量；③用于采样点之间互联的内插值法的形式。
由于局部放电是一种脉冲信号，且每次出现的局放信号在大小、时间上均不同，重复率低，对于一脉宽为 2µs 的局放脉冲，其频带宽度可达 500kHz ，需采用 1MHz 以上的采样率来采集这种信号；如局放脉冲宽度仅为 1µs ，根据采样定律，采集系统的采样率至少在 2MHz 以上才能真实地采集这部分信号。