劉旭東，鄭文良，李 輝，李琳琳

(1.營口職業(yè)技術學院，遼寧 營口 115000；2.沈陽理工大學 發(fā)展規(guī)劃處，沈陽 110159；3.中國電力科學研究院，武漢 430074；4.沈陽開放大學，沈陽 110003)

隨著我國電力工業(yè)的快速發(fā)展和電壓等級的逐步提高，變電站一次設備穩(wěn)定運行尤其重要。據(jù)電網(wǎng)實際運行動態(tài)分析發(fā)現(xiàn)，影響穩(wěn)定運行的主要問題是絕緣性故障，而局部放電(簡稱局放)又是絕緣性故障最主要的誘因。因而變壓器局放監(jiān)測技術已成為國內(nèi)外科研院所、高校、制造廠等關注的重點[1-3]。

局放監(jiān)測是指監(jiān)測變壓器設備絕緣內(nèi)部存在的放電現(xiàn)象。局放過程中會產(chǎn)生電脈沖、電磁輻射和超聲波等，因此相應地出現(xiàn)了脈沖電流檢測法、超聲波檢測法和超高頻(Ultra-high Frequency，UHF)檢測法等多種方法[4-7]。

變壓器局放監(jiān)測技術中常見的方法是脈沖電流檢測法，該方法是當變壓器設備絕緣內(nèi)部發(fā)生局部放電時，通過檢測其內(nèi)部脈沖電流，捕獲局放量。脈沖電流監(jiān)測法研究與應用最早，但監(jiān)測效率較差，且易受干擾[8-10]。

超聲波監(jiān)測法在局放監(jiān)測應用中優(yōu)點很多，受到國內(nèi)外研究機構(gòu)較早關注。監(jiān)測過程通常是布置多個傳感器來監(jiān)測超聲波信號，判斷局部放電所在位置；傳感器越多，測得數(shù)據(jù)越精準。但由于變壓器工作現(xiàn)場復雜多變，各種干擾使超聲波監(jiān)測法應用受到限制[11-12]。

UHF監(jiān)測法應用于局放監(jiān)測，近些年發(fā)展較快，該方法通過UHF傳感器監(jiān)測局放過程中陡峭的脈沖電流及數(shù)十億赫茲的高頻電磁波，獲得局放信息；其特點是超高頻電磁波監(jiān)測方法有效避開了電暈干擾問題，具有較強的靈敏度和抗干擾能力[13-14]。

本文基于智能變壓器設備的技術要求，研究變壓器智能組件監(jiān)測校驗和校驗方法，搭建電力變壓器局部放電UHF監(jiān)測技術的智能檢驗監(jiān)測平臺，實現(xiàn)變壓器智能組件及相關傳感器的監(jiān)測校驗。

1 變壓器局放UHF檢測校驗平臺研制

近些年，UHF監(jiān)測法在氣體絕緣開關設備、變頻牽引電機、高壓電纜等電力設備中廣泛應用，本文將該檢測法應用于電力變壓器局放檢測，搭建變壓器局放UHF監(jiān)測智能電子設備(Intelligence Electronic Device，IED)性能檢測校驗平臺。變壓器局放UHF監(jiān)測設備應用中，靈敏度是極其重要的性能指標，也可認為局放UHF監(jiān)測的有效性主要取決于UHF傳感器的靈敏度。因此，需要對變壓器UHF傳感器進行測試和標定。

1.1 變壓器局放檢測模擬裝置

變壓器局放UHF監(jiān)測IED的檢測校驗平臺主要由升壓系統(tǒng)、變壓器局放故障模擬裝置、局放檢測系統(tǒng)構(gòu)成。升壓系統(tǒng)主要由電源系統(tǒng)、調(diào)壓器、隔離濾波器、無局放升壓變壓器、保護電阻、分壓器組成，見表1所示。

表1 升壓系統(tǒng)

局部放電檢測采用UHF檢測法進行測量，變壓器局放UHF傳感器的測試回路如圖1所示。

圖1 變壓器局放UHF傳感器的測試回路原理圖

1.2 檢測校驗環(huán)境和裝置

(1)變壓器局放UHF監(jiān)測IED檢測校驗平臺的檢測環(huán)境要求如表2所示。

表2 UHF傳感器檢測環(huán)境

(2)變壓器局放UHF監(jiān)測IED檢測校驗平臺裝置有：自制設備(人造納秒脈沖源(模擬發(fā)射電磁場)、局放故障模擬設備、局放測試模擬設備、針板油紙絕緣電極模型)，菲柯特局部放電測試儀、泰克示波器2.5GHz。

1.3 電源與隔離變諧波測試

對升壓回路的諧波進行測試，主要觀察隔離變壓器是否有諧波輸出，避免影響高壓側(cè)放電相位的測試。

對隔離濾波器的性能進行檢測，確保無局放升壓變壓器的低壓沒有諧波引入，避免使高壓產(chǎn)生諧波畸變。電源由特高壓交流試驗基地10kV/380V配電柜引出，采用TN-S供電方式，火線L、零線N、保護線PE分別布線。調(diào)壓變壓器輸入為220V電源，輸出為0～220V；調(diào)壓變壓器輸出給隔離變壓器，隔離變壓器輸出給無局放變壓器的低壓供電。無局放變壓器的額定電壓分別為：低壓220V，高壓50kV，儀表50V。

2 變壓器局放UHF檢測校驗測試

試驗選用針板油紙絕緣電極模型模擬變壓器油紙絕緣故障進行測試，對設定各電壓下的局放量和幅值開展同步測試。

2.1 局放量和幅值相關性測試

選用無局放變壓器(10kVA/50kV)對電極模型加壓，施加不同電壓激發(fā)的局放量可對針板油紙絕緣電極模型激發(fā)出不等的電磁波，通過GB/T 7354規(guī)定的傳統(tǒng)脈沖電流法，用菲柯特局放儀測量測定局放量；同時用泰克示波器采集UHF傳感器所接收的波形。不同電壓下激發(fā)的局放量和幅值沒有對應的規(guī)律，表3為不同電壓下局放量和幅值。

表3 不同電壓下局放量和幅值

以對針板油紙絕緣電極模型加壓7kV為例，其時頻域波形如圖2所示，電極模型在高壓7kV下激發(fā)的電磁波，通過2#傳感器接收到的時頻域波形，時域最大峰值為130mV，頻域信號主要在500MHz～1.75GHz。

圖2 時頻域波形圖

局放量330圖譜如圖3所示。

圖3 局放量330圖譜

UHF傳感器定位初步研究，使用DPO7354示波器采集UHF傳感器信號；示波器有四通道，可同時采集四個UHF傳感器信號，通道1為1#UHF傳感器，通道2為距離電極模擬源較近的2#UHF傳感器。

不同測試刻度會產(chǎn)生不同背景噪聲，實驗室背景的信噪比符合測試要求，背景噪聲為-74.4dB，如圖4所示。

圖4 背景噪聲圖

對針板油紙電極模型施加5kV電壓，針板電極間放置0.5mm厚絕緣紙板，針板電極放電激發(fā)出電磁波，通道1和通道2采集到UHF傳感器接收到的波形。圖5為施加5kV時的波形。

圖5 5kV時1#傳感器和2#傳感器的波形圖

通道1和通道2采集到UHF傳感器接收到的波形，在針板油紙電極模型模擬裝置中可以接收到相似信號。證明可以通過兩個UHF傳感器接收到不同的電磁波，算出兩個UHF傳感器波形峰值差，推算出該時間的傳輸距離，由此可對局放點位置定位。

2.2 UHF傳感器靈敏度標定

UHF傳感器的靈敏度校驗在相同環(huán)境的IED檢測校驗平臺完成，UHF傳感器校驗步驟如下：

(1)針板油紙電極模型模擬裝置升壓5kV；

(2)調(diào)試測得傳統(tǒng)脈沖電流局放量；

(3)調(diào)試1#UHF傳感器發(fā)射局放量的電磁波；

(4)測得2#UHF傳感器(待檢測)靈敏度校驗。

實測取得波形如圖6所示，說明2#UHF傳感器(待檢測)有95.5局放量的靈敏度。

圖6 局放儀記錄局放量值和UHF傳感器波形

3 結(jié)束語

對變壓器局部放電UHF檢測技術和監(jiān)測IED的檢測校驗方法進行研究，并搭建變壓器局部放電UHF監(jiān)測IED檢測校驗平臺，通過無局放變壓器對電極模型升壓試驗產(chǎn)生局放，通過示波器觀察并記錄待檢傳感器與標準傳感器檢測的數(shù)據(jù)，結(jié)合測得局放的局放量，能夠判斷UHF傳感器和監(jiān)測IED性能。