專利名稱：電力變壓器中的內(nèi)部局部放電的監(jiān)測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對電力變壓器在正常工作條件下局部放電的一種監(jiān)測方法，并涉及實施這一方法的設(shè)備。
這種設(shè)備包括一個對方向敏感的雙傳感器系統(tǒng)，用來同時檢測由放電產(chǎn)生的電場和磁場。
背景技術(shù)：
絕緣材料中的空泡或其它缺陷會引起材料中不均勻的電場，并因此會使場強變得如此之高從而在材料內(nèi)發(fā)生局部的或部分的放電。這種現(xiàn)象的一般描述在例如Pergamon出版社1984年版的E.Kuffel、W.S.Zaengl的《高電壓工程》一書中給出。
按照常規(guī)，部分放電是利用從被測對象電容性去耦和一個檢測單元來進行檢測的，檢測單元可以是例如一個電橋或一個快速數(shù)字轉(zhuǎn)換器和一臺計算機。在IEC(國際電工委員會)出版物270，1981年第2版“局部放電測量”中敘述了這類測量和測量儀器校準的規(guī)范化的方法。
利用以羅果夫斯基線圈為基礎(chǔ)的感應檢測器以測量局部放電，已在1987年高電壓工程國際討論會的論文集第二卷論文號42.02，H.Borsi和M.Hartje的“羅果夫斯基線圈在局部放電(PD)、去耦和噪聲抑制中的應用”一文中作了說明。
在高電壓設(shè)備中發(fā)生局部放電通常是故障正在發(fā)展的一個指示。
電力變壓器通常是電力網(wǎng)中的一個關(guān)鍵部件。變壓器中大范圍的故障會導致長時間的停電和昂貴的修理。因此，希望能夠盡早地發(fā)現(xiàn)會導致各種故障的狀態(tài)。電力變壓器通常在它的高壓套管處裝備有一個電容測試抽頭，它可以用作為電容去耦器。因而也就有可能在正常運行狀態(tài)下進行常規(guī)的局部放電的測試。
在變壓器站進行測試期間比起在測試室環(huán)境下進行測試來會產(chǎn)生一個問題，那就是由周圍的設(shè)備和連接線所產(chǎn)生的干擾。為了對付這些外部干擾，提出并試驗了各種方案，例如PRPDA(局部放電分析模式識別)和利用神經(jīng)網(wǎng)絡的模式識別。例如請見以下說明IEE論文集-科學測量和技術(shù)，142卷第1期，1995年1月22-28頁，B.A.Fruth，D.W.Gross“局部放電信號的產(chǎn)生傳輸和采集”和IEE論文集-科學測量和技術(shù)，142卷第1期，1995年1月，69-74頁，H.Borsi，E.Gockenbach，D.Wenzel“借助于神經(jīng)網(wǎng)絡從脈沖形噪聲信號中分離出局部放電”。這兩種方法都是以查明典型的信號模式為基礎(chǔ)的。在按照PRPDA方法的分析中，在一定的時間段內(nèi)采集數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上這些數(shù)據(jù)的模式和已知的放電類型的模式相比較。神經(jīng)網(wǎng)絡被教導成能識別某些特定的放電類型的波形。對于這兩種方法來說，局部放電的去耦都是按常規(guī)方式進行的。發(fā)明概述本發(fā)明的目的是對在本說明中序言部分所說明的類型提供一種改進的方法，這種方法使得把變壓器內(nèi)部的局部放電從外部干擾中分離出來成為可能并且該方法對現(xiàn)有的和新的變壓器都能使用，以及提供一種實現(xiàn)這種方法的設(shè)備。
按照本發(fā)明的方法和設(shè)備的特征從所附的權(quán)利要求中可變得清晰。
這種設(shè)備將是廉價的、可靠的并對已有的和新的變壓器都可使用，并且還可以和更為先進的采集系統(tǒng)，例如PRPDA，一起使用，還可以改進它們的性能。附圖簡介通過參考附圖并說明實施例將對本發(fā)明作更詳細的解釋，在這些圖中

圖1示意地表示具有高壓套管的電力變壓器的一部分和按照本發(fā)明的設(shè)備。
圖2～4表示從按照本發(fā)明的設(shè)備得到的輸出信號的信號形狀。
圖5已被取消。
圖6-9表示從按照本發(fā)明的設(shè)備得出的輸出信號的另外的信號形狀。
圖10a示意地表示按照本發(fā)明的感應傳感器的一部分。
圖10b示意地表示裝著按照本發(fā)明的感應傳感器的高電壓套管的側(cè)視圖。
圖10c示意地表示按照圖10b的高電壓套管的項視圖；以及圖11以方塊圖形式表示按照本發(fā)明的信號匹配單元。優(yōu)選實施例的說明下面的說明同時涉及了方法和設(shè)備。
圖1表示帶有高電壓套管2的電力變壓器1的一部分。信號匹配單元3位于靠近高壓套管的變壓器上并通過導線4連接到電容測試抽頭5上。通過導線7a、7b把包含兩個線圈6a和6b的感應傳感器6也接到信號匹配單元上，這個感應傳感器將在下面作更詳細的說明。傳感器安排在高電壓套管的下面部分，直接處在法蘭盤8之上，套管就通過這個法蘭盤進入變壓器。
感應傳感器是基于羅果夫斯基線圈的原理的，但經(jīng)過了修改以得到足夠的靈敏度和便于安裝和制造。這樣，這個傳感器含有(圖10a、10b、10c)兩個相對較短的線圈6a、6b，它們用導線7c相互串聯(lián)連接。線圈的每一個(圖10a中只顯示了一個)被繞在磁芯61a、61b上，然后兩個線圈相互串聯(lián)連接。圖10a表示線圈的設(shè)計，圖10b和10c則表示它們優(yōu)選的安裝位置。為了抑制干擾，這兩個線圈以相互面對面的方式安裝在高壓套管上并例如用膠粘的方法固定在那里。
高壓套管上的電容測試抽頭則被用作為電容傳感器。
信號匹配單元(圖11)分別從感應傳感器和從電容測試抽頭5得到信號。信號匹配單元包括兩個匹配電路91、92，以便把各自的信號匹配到相互的電平并放大到合適的信號電平。匹配是用一個由電阻、電感和電容阻抗組成的無源電路元件實現(xiàn)的。然后從相應的匹配電路來的每個輸出信號被提供給不同的帶通濾波器101、102，這些帶通濾波器被調(diào)諧到線圈的諧振頻率上。線圈的諧振頻率則選擇成為能得到最佳的信噪比。
從各自的帶通濾波器來的輸出信號分別被提供給放大裝置111、112，從那里來的輸出信號則被提供給乘法裝置12，在那里兩個信號互相相乘。乘法器的輸出信號這時可以為正也可以為負，取決于放電的起源。
測量原理是基于借助于從電容測試抽頭來的輸出信號來確定局部放電的極性，而伴隨著放電的電流脈沖的方向則借助于從感應傳感器來的輸出信號而被確定。這樣，通過檢測局部放電所產(chǎn)生的電場和磁場，就可以確定放電的力線通量的方向，而從乘法裝置來的輸出信號根據(jù)產(chǎn)生放電的地方而或者是正或者是負。在變壓器外面的放電將對應于正信號，或正好相反，取決于感應傳感器中線圈的繞法。這種極性翻轉(zhuǎn)的界線是在放置線圈的位置上，這通常是在套管的基部。
從乘法裝置來的輸出信號加到峰值檢測器13上，它只發(fā)送正信號。從峰值檢測器來的輸出信號再提供給一個包絡電路14，該電路使它的輸入信號延展其衰減時間。從包絡電路來的輸出信號的輻值和內(nèi)部放電的強度之間有這樣的關(guān)系，即內(nèi)部放電強度的增加導致包絡電路輸出信號值的增加。這個輸出信號通過轉(zhuǎn)換電路15被加到安排在信號匹配單元之外的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)16，這個轉(zhuǎn)換電路把來自包絡電路的輸出信號轉(zhuǎn)換成相應的直流的PDI。來自信號匹配單元并送到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的直流PDI因而就相當于內(nèi)部放電的數(shù)量。這個直流指示在數(shù)據(jù)采集單元中和預先選定并編程在數(shù)據(jù)采集單元中的報警電平相比較，而一次報警被認為是電力變壓器中不正常狀態(tài)的一個指示，因而應進行更加仔細的探查。進一步的探查可以用例如某些診斷工具來進行，這些工具可從例如1995年斯德哥爾摩電力技術(shù)討論會論文集中的C.Bengsten“變壓器監(jiān)測的現(xiàn)狀和趨勢”一文中得到一個綜覽。
所述的傳感器系統(tǒng)也可以改善，例如，PRPDA診斷測量。
在實驗室測試期間，所述的對方向敏感的雙傳感器系統(tǒng)在用于檢測局部放電時表現(xiàn)出把外部放電和內(nèi)部放電相區(qū)別的良好的能力。這一點在對一臺100兆伏安變壓器上所進行的現(xiàn)場測試中也得到了證實。
圖2-4和6-9表示從信號匹配單元來的輸出信號的典型的信號形狀，這里水平軸上畫的是時間t，而在垂直軸上畫的是輸出信號的幅值PDI。
圖2-3表示在傳感器加在獨立的具有電容測試抽頭的高電壓套管上時在測試室環(huán)境中所觀察到的信號形狀，放電是用向套管的兩側(cè)都按IEC出版物270的規(guī)定加上正的和負的校正脈沖來模擬的。圖2表示在外部加上校正脈沖的情況下的輸出信號，而圖3表示在內(nèi)部加上校正脈沖情況下的輸出信號。從圖上可以明白，這個系統(tǒng)可以清楚地區(qū)分內(nèi)部放電和外部放電，因為外部放電導致負的輸出信號，而內(nèi)部放電則導致正的輸出信號。
這一符號慣例也適用于圖4和6-9。
圖4表示加在實驗室變壓器上的傳感器上所觀察到的信號形狀外部干擾是用一個連接到高電壓電平的點平面間隙來模擬的，該圖表示了半個周期(下邊的水平軸)的外部干擾(電暈)，還表示了對于時間而言更高的分辨率的情況(上邊水平軸)。
圖6-9表示了在把傳感器加到在高電壓套管上帶有電容測試抽頭的130/50千伏100兆伏安(MVA)變壓器上的場合下所觀察到的信號形狀。該變壓器在以前沒有表現(xiàn)出任何局部放電的指示。
圖6表示在給相2加上外部校正脈沖并把傳感器加在相1和相2上時所觀察到的信號的形狀。正如從圖上清楚地看到的，可觀察到一個輸出信號帶有負極性(下邊水平軸)。由于兩個相之間的電容耦合，校正脈沖也在相1中導致一個輸出信號(上邊水平軸)。
圖7-9表示在變壓器接到130千伏的線路上而50千伏側(cè)為開路時所觀察到的信號形狀。
圖7表示在對時間是高分辨率的情況下在相2所觀察到的具有若干次放電的典型信號形狀。
圖8表示在相2中(上邊水平軸)和在相1中(下邊水平軸)在一個完整的周期中所觀察到的典型信號的形狀。
對于這兩個相而言，放電形狀是十分相似的，且只有負信號被檢測到。這表明沒有發(fā)生內(nèi)部放電，還可以認為，觀察到的輸出信號是由連接線和所連接的開關(guān)設(shè)備來的外部干擾(主要是電暈)所引起的。
和電學測量相并行進行的還有局部放電PD的聲學測量。沒有觀察到表示有內(nèi)部缺陷的聲學信號。
圖9表示在變壓器的抽頭切換開關(guān)動作期間所觀察到的典型信號形狀。輸出信號的正向部分表示內(nèi)部的瞬態(tài)過程。由抽頭切換開關(guān)操作所引起的信號比設(shè)備要檢測的局部放電的信號大幾個數(shù)量級。由于這個原因，放大器飽和，因而發(fā)生了相關(guān)的相移。這是圖9中輸出信號有負值的原因。
圖6-9表示這個系統(tǒng)也能夠在現(xiàn)場的條件下區(qū)分內(nèi)部和外部的放電。
本發(fā)明并不局限于所示的實施例，在本發(fā)明概念的范圍內(nèi)，由本領(lǐng)域的技術(shù)人員方便地實現(xiàn)的多種修正都是可行的。因此，感應傳感器并不一定要設(shè)計成為兩個串聯(lián)連接的線圈這種形式而是可以設(shè)計成為一個單獨的線圈。作為電容傳感器，可以優(yōu)先使用變壓器高電壓套管上的電容測試抽頭，但是也可以使用別的傳感器來檢測和局部放電有關(guān)的電場。
測試結(jié)果和它的簡單、廉價和安裝傳感器系統(tǒng)的方便性一起表明，本發(fā)明同樣適合于對新的和已有的變壓器進行直接連接的監(jiān)測。
權(quán)利要求
1.一種在電力變壓器(1)正常運行條件下檢測其局部放電的方法，其特征在于在電力變壓器高電壓套管(2)處的磁場由感應傳感器(6)檢測，該傳感器至少含有一個安裝在套管上的線圈(6a，6b)，在套管上的電場由電容傳感器(6)檢測，從上述傳感器來的輸出信號提供到信號處理單元(3)，輸出信號的每一個都在該處理單元內(nèi)由單獨的帶通濾波器(101、102)濾波，從上述傳感器來的經(jīng)濾波后的輸出信號互相相乘，和根據(jù)上述乘法的結(jié)果從信號處理單元中形成輸出信號(PDI)以便用來檢測變壓器內(nèi)的局部放電。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于電場是由電容傳感器檢測的，該傳感器包括在高電壓套管上的一個電容測試抽頭。
3.一種用于在正常運行狀態(tài)下監(jiān)測電力變壓器(1)內(nèi)的局部放電的設(shè)備，其特征在于它包括由至少一個安裝在電力變壓器的高電壓套管(2)上的線圈(6a，6b)所構(gòu)成的一個感應傳感器(6)，安裝在套管上的一個電容傳感器(5)，和一個其上加有來自所述傳感器的輸出信號的信號處理單元(3)，該信號處理單元含有用于把來自所述傳感器的各個輸出信號進行濾波的帶通濾波器(101、102)和把從各個的帶通濾波器得出的信號互相相乘的乘法裝置(12)，信號處理單元根據(jù)從乘法裝置來的輸出信號形成一個輸出信號(PDI)以便用來檢測變壓器內(nèi)的內(nèi)部局部放電。
4.按照權(quán)利要求3的設(shè)備，其特征在于該感應傳感器包括相互相對地安裝在高電壓套管兩側(cè)的兩個相互串聯(lián)的線圈(6a，6b)。
5.按照權(quán)利要求3-4的任何一項的設(shè)備，其特征在于該電容傳感器包括一個在高電壓套管上的電容測試抽頭(5)。
6.按照權(quán)利要求3-5的任何一項的設(shè)備，其特征在于，該信號匹配單元包括一個峰值檢測器(11)，加在這個檢測器上的信號是從乘法裝置提供的，并且該檢測器僅傳送具有預先選定極性的信號。
7.按照權(quán)利要求3-6的任何一項的設(shè)備，其特征在于該信號匹配單元包括一個轉(zhuǎn)換電路(15)，它把從乘法裝置得到的信號轉(zhuǎn)換成為對應于該信號的一個直流指示(PDI)。
全文摘要
在正常運行狀態(tài)下用來監(jiān)測電力變壓器(1)中局部放電的一種方法，在電力變壓器的高電壓套管(2)處的磁場是由安裝在套管上的至少包括一個線圈(6a，6b)的感應傳感器(6)檢測的，而在套管處的電場則由電容傳感器(5)檢測。從所述傳感器來的輸出信號被加到信號處理單元(3)上，在其中每個輸出信號經(jīng)單獨的帶通濾波器(101，102)濾波，在那里從所述傳感器來并經(jīng)過濾波的輸出信號相互相乘。根據(jù)所述乘法的結(jié)果在信號處理單元中形成一個輸出信號(PDI)以便用來檢測變壓器中的內(nèi)部局部放電。
文檔編號G01R31/12GK1152355SQ96190440
公開日1997年6月18日 申請日期1996年4月29日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月2日
發(fā)明者T·埃里克松, M·萊永 申請人:Abb研究有限公司