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1概述

電力變壓器是電力系統(tǒng)最主要最昂貴的設(shè)備之一,其安全護(hù)運行對保證供電可靠性有重要意義。電力變壓器的高故障率不僅極大地影響電力系統(tǒng)的安全遠(yuǎn)行,同時也會給電力企業(yè)及電力用戶造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。為了提高電力系統(tǒng)運行的可靠性,減少故障及事故引起的經(jīng)濟(jì)損失,要定期對變壓器進(jìn)行絕緣預(yù)防性試驗監(jiān)測。

絕緣的劣化、缺陷的發(fā)展,雖然具有統(tǒng)計性,發(fā)展速度也有快有慢,但大多數(shù)都有一定的發(fā)展期。在這期間,絕緣會發(fā)出反映絕緣狀況變化的各種物理化學(xué)信息。理論上,只要捕捉到這些哪怕是很微弱的信息,進(jìn)而經(jīng)過對這些數(shù)據(jù)的處理和綜合分析,就可以對設(shè)備絕緣的可靠性作出判斷和對絕緣壽命作出預(yù)測,這就是絕緣監(jiān)測的理論基礎(chǔ)。

2監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集

(1)多路轉(zhuǎn)換單元。

用以對多臺設(shè)備和某設(shè)備的多路信號(均來自傳感器)進(jìn)行選擇或作巡回監(jiān)視、一般可用繼電器或程控模擬開關(guān)對信號進(jìn)行選通。

(2)預(yù)處理單元。

其功能主要是對輸入信號的電平作必要的調(diào)整,以滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換器對輸入模擬信號電平的要求,同時要采取一些措施抑制干擾以提高信噪比。故該單元又可分為兩部分:一部分是放大倍數(shù)可調(diào)整的程控放大器;另一部分是抗干擾設(shè)施,例如設(shè)置濾波器、差動平衡系統(tǒng)等。

要強(qiáng)調(diào)指出的是預(yù)處理單元的位置一般應(yīng)安排在數(shù)據(jù)采集之前,甚至有時它與傳感器安排在一起,即采取就地處理的方式,這樣可大大削弱信號傳輸過程中受到的干擾影響。其原因如圖1所示:

從傳感器S輸出信號Us,經(jīng)預(yù)處理P放大K倍,若在信號KUs傳輸過程中加入干擾信號UI,那么數(shù)據(jù)處理單元A得到的信噪比SNR1=KUs/UI;若將P放在A處,則其信噪比為SNR2=Us/UI,減少為就地預(yù)處理的K分之一。

(3)數(shù)據(jù)采集單元。

它包括采樣保持和模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC。前者由采樣保持放大器(放大倍數(shù)為1)、電子開關(guān)、保持電容器等元器件組成,其功能是在模數(shù)轉(zhuǎn)換周期內(nèi)存儲信號的各個輸入量,并把數(shù)值大小不變的信號送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它縮短了模數(shù)轉(zhuǎn)換的采樣時間,從而提高了系統(tǒng)的運行速度。ADC是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心,需要滿足轉(zhuǎn)換速度和準(zhǔn)確度兩方面的要求。轉(zhuǎn)換速度(采樣速度或稱采樣率)視信號采集的要求而定,若要采集信號波形則需較高的采樣率:若只需采集信號峰值,則可選擇較低采樣率。一般采樣率可在50khz—10Mhz間選擇。

3絕緣監(jiān)測的測試內(nèi)容及原理

3.1變壓器套管的監(jiān)測

(1)監(jiān)測內(nèi)容。

變壓器套管為電容型設(shè)備,監(jiān)測內(nèi)容如下:介質(zhì)損耗tg、泄露電流I0、電容量變化率△c/c、不平衡電壓Uo。

(2)介質(zhì)損耗tg的測量原理。

介質(zhì)損耗測量對設(shè)備絕緣的劣化的故障有較高的靈敏度,在絕緣預(yù)防性試驗中是必不可少的測量項目。同時高壓設(shè)備的介質(zhì)損耗一般都很小,所以對測量的精度要求很高,而且在現(xiàn)場測量時易受各種形式的干擾,因此要精確而穩(wěn)定地在線監(jiān)測設(shè)備的介質(zhì)損耗難度較大。本系統(tǒng)在測量時,采用電容取樣信號和微機(jī)自動控制頭半平衡電橋的測量原理,具有取樣信號大、抗干擾性強(qiáng)和測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定的特點。

3.2信號的抽取

(1)作為參考信號的PT二次電壓信號的抽取。

PT二次電壓信號是作為測量參考信號引入的。由于PT二次電壓信號同時還作為繼電保護(hù)的電源用,絕對不允許短路,所以我們在引入此信號時采用了如下措施:

固定安裝位置;固定安裝在端子排上;在信號輸入回路中串快速熔斷器,回路中有兩處串快速熔斷器,分別在端子排和信號選線箱內(nèi);將輸入信號與測量回路通過精密的隔離電壓互感器可靠隔離。隔離后有兩點好處:第一,防止測量回路故障對PT信號的直接短路。第二,由于未屏信號經(jīng)電容探頭取樣后,地線無法與設(shè)備接地線斷開,經(jīng)過對PT二次信號隔離后,還可消除地電位的干擾影響。

(2)套管未屏信號的抽取。

變壓器套管的信號抽取方法采用在未屏對地之間串標(biāo)準(zhǔn)電容器組的方法。標(biāo)準(zhǔn)電容器組上還并聯(lián)有放電管、短路刀閘及保護(hù)間隙,可確保高壓設(shè)備的安全運行。另外,合上短路刀閘還可安全方便地更換標(biāo)準(zhǔn)電容器組。這些元件安裝在一個封閉的鋁合金箱內(nèi),每個鋁合金箱內(nèi)安裝一組(A,B,C三相)變壓器套管。

3.3油中氫氣的監(jiān)測

本文研究的測氫控頭采用高分子膜滲透油中氫氣,直接從油中分離出氫氣進(jìn)行在線監(jiān)測,彌補(bǔ)了氣象色譜法周期性限制和誤差大的缺陷,并根據(jù)氫氣含量的變化情況,預(yù)知設(shè)備的早期故障,是目前較為理想的手段。

油中氫氣含量的測量采用活化的鉑絲作為氫敏元件,當(dāng)氫氣在加熱到恒定高溫的鉑絲上燃燒時,引起鉑絲電阻值的變化,這種變化在一定范圍內(nèi)與氫氣濃度成函數(shù)關(guān)系。對氫敏元件獲得的信號進(jìn)行采集處理,即可得到氫氣濃度。有穩(wěn)定可靠及壽命長的優(yōu)點,是國外采用燃料電池作為氫敏元件所不能匹及的。

3.4絕緣監(jiān)測的測量原理

測氫探頭采用高分子膜滲透油中氫氣,直接從油中分離出氫氣,采用活化的鉑絲作為氫敏元件,通過氫氣在鉑絲上燃燒,引起鉑絲電阻值的變化,來測量氫氣含量的。

當(dāng)電力變壓器在正常運行時,繞組周圍存在電場,而鐵芯和夾件等金屬構(gòu)件處于該電場中,且場強(qiáng)各異。若鐵芯不可靠接地,則將產(chǎn)生懸浮電位、引起絕緣放電。因此鐵芯必須可靠接地。但是,由于各種原因使鐵芯產(chǎn)生多點接地后,一方面造成鐵芯局部短路,質(zhì)鏈部分磁通產(chǎn)生感應(yīng)電勢,形成環(huán)流,這種環(huán)流有時高達(dá)數(shù)百安培,產(chǎn)生局部過熱,引起油分解;另一方面,由于鐵芯的正常接地線產(chǎn)生環(huán)流,引起變壓器局部過熱,也可能產(chǎn)生放電性故障。運行經(jīng)驗表明,鐵芯接地電流正常情況下在幾個到幾十個毫安;當(dāng)鐵芯多點接地時,該電流可能增大到幾個安培甚至還要高。(1)上層油溫的監(jiān)測。

變壓器上層油溫的異常變化,可以反映出變壓器的過熱性故障。本系統(tǒng)用PT100溫度傳感器對上層油溫進(jìn)行監(jiān)測。測量的原理框圖如圖2所示:

(2)母線過電壓的監(jiān)測。

對變電站母線過電壓進(jìn)行在線監(jiān)測,可以了解變電站內(nèi)高壓設(shè)備遭受雷電過電壓和操作過電壓的頻率和強(qiáng)度,了解避雷器的動作狀況和保護(hù)作用,為設(shè)備事故分析提供第一手資料,同時,通過數(shù)據(jù)積累,還可以為相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)的制定和修改提供參考數(shù)據(jù)。

(3)氣象條件監(jiān)測。

氣象條件的監(jiān)測采用專用測量溫度、濕度的探頭,對環(huán)境氣象條件進(jìn)行監(jiān)測。傳感器置于標(biāo)準(zhǔn)氣象箱內(nèi)。

4結(jié)語

變壓器的絕緣監(jiān)測技術(shù)是電力系統(tǒng)最具有潛力的技術(shù)之一,定義集中、高智能化、高精確度為發(fā)展方向。它的硬件技術(shù)發(fā)展與傳感器技術(shù)、電子技術(shù)、光纖技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān),這個領(lǐng)域的每一項突破性成就都有可能給檢測帶來發(fā)展機(jī)遇。