電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述培訓(xùn)課件

1、電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本框架 關(guān)鍵問(wèn)題：選擇傳感器和傳感性能如何處理信號(hào)數(shù)據(jù)如何判斷絕緣缺陷2電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本框架 關(guān)鍵問(wèn)題：2電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)離線電氣絕緣預(yù)防性試驗(yàn)離線時(shí)電氣絕緣預(yù)防性試驗(yàn)和高電壓試驗(yàn)具有如下缺點(diǎn)：一、需要停電進(jìn)行，而不少重要的電力設(shè)備不能輕易地停止運(yùn)行；二、檢測(cè)間隔周期較長(zhǎng)，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣故障；三、停電后的設(shè)備狀態(tài)與運(yùn)行時(shí)的設(shè)備狀態(tài)不相符，影響診斷的正確性。3電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述離線電氣絕緣預(yù)防性試驗(yàn)離線時(shí)電氣絕緣預(yù)防性試驗(yàn)和高電壓試驗(yàn)具在線

2、檢測(cè)在線檢測(cè)是在電力設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)下連續(xù)或周期性檢測(cè)絕緣的狀況，因而可以避免以上缺點(diǎn)，另外建立一套電氣絕緣在線檢測(cè)系統(tǒng)也是實(shí)施電力設(shè)備狀態(tài)維修和建設(shè)無(wú)人值守變電站的基礎(chǔ)。在線檢測(cè)和狀態(tài)維修帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益是十分顯著的。 電氣絕緣在線檢測(cè)是一門(mén)多學(xué)科交叉融合的綜合技術(shù)，自20世紀(jì)70年代以來(lái)，電氣絕緣在線檢測(cè)與故障診斷的技術(shù)水平不斷提高，在線檢測(cè)產(chǎn)品大量投入市場(chǎng)。4電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述在線檢測(cè)在線檢測(cè)是在電力設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)下連續(xù)或周期性檢測(cè)絕緣本章內(nèi)容 1.1 變壓器油中溶解氣體的檢測(cè) 1.2 局部放電在線監(jiān)測(cè) 1.3 介質(zhì)損耗角正切的檢測(cè)5電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述本章

3、內(nèi)容5電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述1.1 變壓器油中溶解氣體的檢測(cè)1.1.1絕緣故障與油中溶解氣體1.1.2油中溶解氣體的在線監(jiān)測(cè)1.1.3油中氣體分析與故障診斷6電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述1.1 變壓器油中溶解氣體的檢測(cè)1.1.1絕緣故障與油中溶解 變壓器的絕緣發(fā)生故障時(shí)產(chǎn)生故障氣體，故障氣體部分溶解于油中，部分進(jìn)入氣體繼電器。變壓器絕緣故障主要分為三類：熱故障、電故障及其絕緣受潮，故障不同時(shí)，油中溶解的故障氣體成分不同，因此可以通過(guò)分析油中溶解氣體的成分來(lái)判斷變壓器存在的絕緣故障。1.1.1 絕緣故障與油中溶解氣體7電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述 變壓器的絕緣發(fā)生故

4、障時(shí)產(chǎn)生故障氣體，故障氣體部1. 過(guò)熱故障 變壓器過(guò)熱故障是最常見(jiàn)的故障，空載損耗、負(fù)載損耗和雜散損耗等轉(zhuǎn)化為熱量，當(dāng)產(chǎn)生的熱量和散出的熱量平衡時(shí)，溫度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)發(fā)熱量大于預(yù)期值，而散熱量小于預(yù)期值時(shí)，就發(fā)生過(guò)熱現(xiàn)象。 2. 放電故障 放電故障是由于電應(yīng)力作用而造成絕緣裂化，按能量密度不同可以分成電弧放電、火花放電和局部放電等。8電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述1. 過(guò)熱故障 變壓器過(guò)熱故障是最常見(jiàn)的故障，空載損 當(dāng)變壓器內(nèi)部進(jìn)水受潮時(shí)，油中的水分和含濕氣的雜質(zhì)容易形成“水橋”，導(dǎo)致局部放電而產(chǎn)生H2。水分在電場(chǎng)作用下的電解以及水和鐵的化學(xué)反應(yīng)均可產(chǎn)生大量的H2。所以受潮設(shè)備中，H2

5、在氫烴總量中占比例更高。有時(shí)局部放電和絕緣受潮同時(shí)存在，并且特征氣體基本相同，所以單靠油中氣體分析難以區(qū)分，必要時(shí)根據(jù)外部檢查和其它試驗(yàn)結(jié)果（如局部放電測(cè)試結(jié)果和油中微量水分分析）加以綜合判斷。3. 絕緣受潮9電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述3. 絕緣受潮9電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述1.1.2 油中溶解氣體的在線監(jiān)測(cè) 變壓器油中溶解氣體在線檢測(cè)根據(jù)不同的原則可以分為不同的種類。以檢測(cè)對(duì)象分類可歸結(jié)為以下幾類：測(cè)量可燃性氣體含量（TCG），包括H2、CO和各類氣體烴類含量的總和測(cè)量單種氣體濃度測(cè)量多種氣體組分的濃度 油中溶解氣體在線檢測(cè)裝置主要由脫氣、混合氣體分離及氣體檢測(cè)三大部分

6、組成。10電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述1.1.2 油中溶解氣體的在線監(jiān)測(cè)10電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)脫氣 脫氣法主要有油中吹氣法、抽真空取氣法、分離膜滲透法，表7-1給出了簡(jiǎn)單的優(yōu)缺點(diǎn)比較結(jié)果。其中平板分離膜、毛細(xì)管柱、血液透析裝置、中空纖維裝置都屬于高分子分離膜的應(yīng)用，其它都屬于抽真空脫氣法。油氣分離方法平衡時(shí)間分離效果價(jià) 格結(jié) 構(gòu)抗污染性高分子平板透氣膜長(zhǎng)較好低簡(jiǎn)單一般波紋管短差較高復(fù)雜不存在真空泵短一般高復(fù)雜不存在毛細(xì)管柱短好較高簡(jiǎn)單差血液透析裝置短好高復(fù)雜差中空纖維裝置短好高復(fù)雜差表71 油氣分離方法比較11電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述脫氣油氣分離方法平衡時(shí)間分離效果價(jià)

7、格結(jié) 構(gòu)抗污染性高分子平 目前典型的吹氣方法有三種：載氣洗脫法、空氣循環(huán)法和比色池法，其基本原理是采用吹氣方式將溶解于油中的氣體替換出來(lái)，使油面上某種氣體的濃度與油中氣體的濃度逐漸達(dá)到平衡。波紋管法是利用小型電機(jī)帶動(dòng)波紋管反復(fù)壓縮，多次抽真空，將油中溶解氣體抽出來(lái)，廢油仍回到變壓器中。真空泵脫氣法是利用常規(guī)色譜分析中的抽真空脫氣原理，用真空泵抽空氣來(lái)抽取油中溶解氣體，廢油仍回到變壓器油箱。抽真空法主要包括波紋管法和真空泵脫氣法。12電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述 目前典型的吹氣方法有三種：載氣洗脫法、空氣循 分離膜滲透法是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、操作方便，因此得到了廣泛應(yīng)用，目前采用的透氣膜主

8、要有聚四氟乙烯、聚酰亞胺、聚丙烯、聚六氟乙烯、聚四氟乙烯混合膜、中空纖維膜以及無(wú)機(jī)膜如鈀銀合金金屬膜等，其中高分子透氣膜應(yīng)用更為廣泛，例如日本三菱株式會(huì)社利用聚四氟亞乙基全氟烷基乙烯基醚（PFA）膜從油中有效脫出CH4、C2H6、C2H4、C2H2、H2和CO六種氣體。13電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述 分離膜滲透法是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、操作方便，因。2. 混合氣體分離 混合氣體分離一般用氣相色譜柱完成。它常以玻璃管、不銹鋼管或銅管組成，管內(nèi)靜止不動(dòng)的一相（固體或液體）稱為固定相；自上而下運(yùn)動(dòng)的一相（一般是氣體或液體）稱為流動(dòng)相；裝有固定相的管子（玻璃管或不銹鋼管）即為色譜柱。 14電氣設(shè)

9、備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述。2. 混合氣體分離14電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述。 當(dāng)流動(dòng)相中樣品混合物經(jīng)過(guò)固定相時(shí)，就會(huì)與固定相發(fā)生作用。由于各組分在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差異，與固定相相互作用的類型、強(qiáng)弱也有差異，因此在同一推動(dòng)力的作用下，不同組分在固定相滯留時(shí)間長(zhǎng)短不同，從而按先后不同的次序從固定相中流出。分離過(guò)程見(jiàn)圖1-1。圖11 色譜柱分離氣體組分過(guò)程示意圖15電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述。圖11 色譜柱分離氣體組分過(guò)程示意圖15電氣設(shè)備絕緣的在 可見(jiàn)，固定相對(duì)氣體組分的分離起著決定性的作用，不同性質(zhì)的固定相適應(yīng)不同的分離對(duì)象，應(yīng)根據(jù)分離對(duì)象來(lái)選擇固定相的材料。常用的固定相

10、材料有活性炭、硅膠、分子篩、高聚物，主要性質(zhì)如表7-2所示。固定相粒度/目柱長(zhǎng)柱徑載氣分離的組分活性炭60801 m3 mmN2H2、O2、CO、CO25A分子篩30601 m3 mmArH2、O2、N2、CO、CO2硅膠涂固定液801002 m3 mmH2CH4、C2H6、C2H4、C3H8、C2H2、C3H6HGD-201801001 m2 mmN2CH4、C2H6、C2H4、C3H8、C2H2、C3H6GDX50260804 m3 mmN2CH4、C2H6、C2H4、C2H2、C3H8、C3H6、C3H4表12 油中氣體分析用色譜柱的部分固定相材料16電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述

11、 可見(jiàn)，固定相對(duì)氣體組分的分離起著決定性的作用，不同性3. 氣體檢測(cè) 檢測(cè)油中溶解氣體用的檢測(cè)器的基本要求是：有足夠的靈敏度；選擇性好，對(duì)被測(cè)氣體以外的共存氣體或物質(zhì)不反應(yīng)或反應(yīng)小；響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間短，恢復(fù)時(shí)間指?jìng)鞲衅鲝拿撾x被測(cè)氣體到恢復(fù)正常狀態(tài)所需要的時(shí)間；重復(fù)性好，性能穩(wěn)定，維護(hù)方便，價(jià)格便宜，有較強(qiáng)的抗環(huán)境影響能力。 目前應(yīng)用于油中氣體檢測(cè)的氣體檢測(cè)器主要有熱導(dǎo)檢測(cè)器、半導(dǎo)體型傳感器、催化燃燒型傳感器、光敏氣體傳感器、燃燒電池型傳感器和其他形式的傳感器。17電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述3. 氣體檢測(cè) 檢測(cè)油中溶解氣體用的檢測(cè)器的基熱導(dǎo)檢測(cè)器是一種萬(wàn)能氣體檢測(cè)器，但應(yīng)用于在線檢測(cè)

12、時(shí)對(duì)制造工藝的要求很高，因此目前應(yīng)用不是很廣泛。燃燒電池型傳感器目前主要應(yīng)用于單氫氣的檢測(cè)。接觸燃燒式氣敏傳感器不受可燃性氣體周圍氣體的影響，可用于高溫、高濕度環(huán)境下，同時(shí)具有對(duì)氣體選擇性好、線性度好、響應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，但是如果長(zhǎng)期使用，其催化劑易劣化和“中毒”，從而使器件性能下降或失效。半導(dǎo)體傳感器靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格便宜，但其穩(wěn)定性較差。18電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述熱導(dǎo)檢測(cè)器是一種萬(wàn)能氣體檢測(cè)器，但應(yīng)用于在線檢測(cè)時(shí)對(duì)制造工藝熱導(dǎo)檢測(cè)器 TCD檢測(cè)器叫熱導(dǎo)檢測(cè)器 ，是比較兩種氣流的熱導(dǎo)率-純載氣（也叫參比氣）和傳遞樣品組分的載氣（也叫柱流出物）。檢測(cè)器有一個(gè)電加熱的

13、熱絲，因此熱絲比檢測(cè)器池體的溫度高。進(jìn)樣前，當(dāng)兩種氣體交替通過(guò)時(shí)，熱絲溫度保持恒定。進(jìn)樣后，載氣中帶有樣品，若再要保持熱絲溫度恒定則其電流會(huì)有變化。兩種氣流在熱絲上每秒切換五次，電流的差別被測(cè)量并記錄下來(lái)。由于He和H2相對(duì)于常規(guī)樣品的熱導(dǎo)率很大，因此通常被用來(lái)做載氣以獲得好的靈敏度。但當(dāng)被測(cè)樣品是該兩樣時(shí)，則要選擇N2或Ar-CH4來(lái)做載氣。19電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述熱導(dǎo)檢測(cè)器 TCD檢測(cè)器叫熱導(dǎo)檢測(cè)器 ，是比較兩種氣流火焰離子化檢測(cè)器FID的全稱是火焰離子化檢測(cè)器，因?yàn)橐话愣加玫氖菤錃?，所以一般叫氫火焰檢測(cè)器。它的原理很簡(jiǎn)單，當(dāng)有機(jī)物經(jīng)過(guò)檢測(cè)器時(shí)，在火焰那里會(huì)產(chǎn)生離子，在極化

14、電壓的作用下，噴嘴和收集極之間的電流會(huì)增大，對(duì)這個(gè)電流信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和記錄即可得到相應(yīng)的譜圖。一般的有機(jī)化合物在FID上都有響應(yīng)，一般分子量越大，靈敏度越高。FID是GC最基本的檢測(cè)器。 20電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述火焰離子化檢測(cè)器FID的全稱是火焰離子化檢測(cè)器，因?yàn)橐话愣加?.1.3 油中氣體分析與故障診斷1. 是否存在故障的判斷（1）閥值判斷法 將油中溶解各氣體的濃度與正常極限注意值作比較，可以判斷變壓器有無(wú)故障。氣體組分含量330kV及以上220kV及以下H2150150C2H215C1+C2150150表13 變壓器油中溶解氣體的注意值（220kV及以下）L/L21電氣設(shè)備絕

15、緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述1.1.3 油中氣體分析與故障診斷1. 是否存在故障的判斷（2）根據(jù)產(chǎn)氣速率判斷 判斷有無(wú)故障要將各組分的氣體濃度和產(chǎn)氣速率結(jié)合起來(lái)，短期內(nèi)各組分氣體含量迅速增加，但未超過(guò)規(guī)定的注意值也可判斷為故障。 絕對(duì)產(chǎn)氣速率為每個(gè)運(yùn)行小時(shí)產(chǎn)生某種氣體的平均值，計(jì)算公式為：22電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述（2）根據(jù)產(chǎn)氣速率判斷 判斷有無(wú)故障要將各組分的 相對(duì)產(chǎn)氣速率為每個(gè)月（或折算到兩個(gè)月）產(chǎn)生某種氣體的含量增加量的百分?jǐn)?shù)的平均值，計(jì)算公式為： 根據(jù)規(guī)程要求，變壓器的總烴絕對(duì)產(chǎn)氣速率，開(kāi)放式大于0.25mL/h，密封式大于0.25mL/h和相對(duì)產(chǎn)氣速率大于10/月時(shí)可以認(rèn)

16、定有故障存在。23電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述 相對(duì)產(chǎn)氣速率為每個(gè)月（或折算到兩個(gè)月）產(chǎn)生某2. 故障性質(zhì)的判斷 不同性質(zhì)的故障所產(chǎn)生的油中溶解氣體的組分是不同的，據(jù)此可以判斷故障的類型。 （1）特征氣體法 我國(guó)現(xiàn)行的變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則(DL/T722-2000)，將不同故障類型產(chǎn)生的特征氣體歸納為表6-4。24電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述2. 故障性質(zhì)的判斷 不同性質(zhì)的故障所產(chǎn)生的油中表14 不同故障類型產(chǎn)生的氣體組份故障類型主要?dú)怏w組份次要?dú)怏w組份油過(guò)熱CH4,C2H4H2，C2H6油和紙過(guò)熱CH4，C2H4，CO，CO2H2，C2H6油、紙絕緣中局部放電H2

17、，CH4，C2H2，COC2H6，CO2油中火花放電C2H2，H2油中電弧H2，C2H2CH4，C2H4，C2H6油和紙中電弧H2，C2H2，CO2，COCH4，C2H4，C2H6進(jìn)水受潮或油中氣泡H2 表1-4中總結(jié)的不同故障類型產(chǎn)生的油中特征氣體組分，只能粗略地判斷充油電力變壓器內(nèi)部的故障。 因此國(guó)內(nèi)外通常以油中溶解的特征氣體的含量來(lái)診斷充油的故障性質(zhì)。25電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述表14 不同故障類型產(chǎn)生的氣體組份故障類型主要?dú)怏w組份次要 變壓器油中溶解的特征氣體可以反映故障點(diǎn)周圍的油和紙絕緣的分解本質(zhì)。氣體組分特征隨著故障類型、故障能量及涉及的絕緣材料不同而不同，即故障點(diǎn)產(chǎn)生

18、烴類氣體的不飽和度與故障源能量密度之間有密切的關(guān)系。表15 判斷變壓器故障性質(zhì)的特征氣體法序號(hào)故障性質(zhì)特征氣體的特點(diǎn)1一般過(guò)熱性故障總烴較高，C2H25L/L，但C2H2未構(gòu)成主要成分，H2含量較高3局部放電總烴不高，H2100L/L，CH4占總烴的主要成分4火花放電總烴不高，C2H210L/L，H2含量較高5電弧放電總烴高，C2H2高并構(gòu)成總烴中的主要成分，H2含量較高26電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述 變壓器油中溶解的特征氣體可以反映故障點(diǎn)周圍的 CO和CO2與固體絕緣故障有關(guān)，無(wú)論哪一種放電形式，除了產(chǎn)生氫烴類氣體外，與過(guò)熱故障一樣，只要有固體絕緣介入，都會(huì)產(chǎn)生CO和CO2。因此可

19、以把CO和CO2作為油紙絕緣體系中固體材料分解的特征氣體。表16 特征氣體中主要成分與變壓器異常情況的關(guān)系主要成分異常情況具體情況H2主導(dǎo)型局部放電、電弧放電繞組層間短路，繞組擊穿；分接開(kāi)關(guān)接觸點(diǎn)間局部放電，電弧放電短路CH4、C2H4主導(dǎo)型過(guò)熱、接觸不良分接開(kāi)關(guān)接觸不良，連接部位松動(dòng)，絕緣不良C2H2主導(dǎo)型電弧放電繞組短路，分接開(kāi)關(guān)切換器閃絡(luò)27電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述 CO和CO2與固體絕緣故障有關(guān)，無(wú)論哪一種（2）三比值法 過(guò)熱性故障產(chǎn)生的故障特征氣體主要是CH4和C2H4，而放電性故障主要的特征氣體是C2H2和H2，為此可以采用CH4/H2來(lái)區(qū)分是放電故障還是過(guò)熱故障。1-

20、4 CH4/H2與故障類型關(guān)系28電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述（2）三比值法 1-4 CH4/H2與故障類28電氣設(shè)備絕緣表18 改良三比值法的編碼規(guī)則特征氣體的比值比值范圍編碼C2H2/C2H4CH4/H2C2H4/C2H60.10100.11100131213222 國(guó)際電工委員會(huì)和我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)推薦CH4/H2、C2H4/C2H6、C2H2/C2H4三個(gè)比值來(lái)判斷故障的性質(zhì)。 C2H2/C2H4編碼決定故障的類型:“0”代表過(guò)熱故障，“1”代表高能放電故障，“2”代表低能放電故障。29電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述表18 改良三比值法的編碼規(guī)則特征氣體的比值比值范圍編碼C（3

21、）其他故障診斷法 除了特征故障氣體法和三比值法，還有立體圖示法、大衛(wèi)三角法、四比值法等其他一些傳統(tǒng)的故障診斷法。近年來(lái)，數(shù)學(xué)工具開(kāi)始廣泛應(yīng)用于故障診斷，并建立了一些以人工智能為基礎(chǔ)的故障診斷專家系統(tǒng)。 實(shí)際應(yīng)用中，由于變壓器故障表現(xiàn)形式以及故障起因均比較復(fù)雜，所以在進(jìn)行故障診斷時(shí)，常常綜合利用多種方法以求得到盡可能準(zhǔn)確的診斷結(jié)果。30電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述（3）其他故障診斷法 30電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜絕緣故障與油中溶解氣體過(guò)熱故障放電故障絕緣受潮油中溶解氣體的在線監(jiān)測(cè)脫氣混合氣體分離氣體檢測(cè)油中氣體分析與故障診斷特征氣體法三比值法小 結(jié)31電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故

22、障診斷綜述絕緣故障與油中溶解氣體小 結(jié)31電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故1.2.1 局部放電的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 1.2.2 局部放電分析與故障診斷 1.2 局部放電在線監(jiān)測(cè)返回32電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述1.2.1 局部放電的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 1.2 局部放電在線監(jiān) 局部放電的在線檢測(cè)分為電測(cè)法和非電測(cè)法兩大類，其中電測(cè)法中的脈沖電流法是離線條件下測(cè)量電氣設(shè)備局部放電的基本方法，也是目前在局部放電在線檢測(cè)的主要手段，其優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高。電測(cè)法中的射頻測(cè)量法等也都應(yīng)用到了在線檢測(cè)中。電測(cè)法的缺點(diǎn)是由于現(xiàn)場(chǎng)存在著嚴(yán)重的電磁干擾，將大大降低檢測(cè)靈敏度和信噪比。 1.2.1 局部放電的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 33

23、電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述 局部放電的在線檢測(cè)分為電測(cè)法和非電測(cè)法兩大類，脈沖電流法在線檢測(cè)的組成及關(guān)鍵技術(shù)：電流傳感器 抗干擾技術(shù)圖16 局部放電檢測(cè)系統(tǒng)原理框架圖 34電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述脈沖電流法在線檢測(cè)的組成及關(guān)鍵技術(shù)：電流傳感器 圖16 局 電流信號(hào)i1(t)和二次側(cè)線圈兩端的感應(yīng)電壓（即輸出信號(hào)）e(t)的關(guān)系為： 電流傳感器35電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述 電流信號(hào)i1(t)和二次側(cè)線圈兩端的感應(yīng)電壓（ 傳感器的積分方式有兩種，分別適用于寬帶型和窄帶型傳感器。寬帶型電流傳感器 即信號(hào)電壓u(t)和所檢測(cè)的電流i1(t)成線性關(guān)系 36電氣設(shè)備絕緣

24、的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述 傳感器的積分方式有兩種，分別適用于寬帶型和窄帶諧振型電流傳感器37電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述諧振型電流傳感器37電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述干擾來(lái)源：線路或其它鄰近設(shè)備的電暈放電和內(nèi)部的局部放電 電力系統(tǒng)的載波通信和高頻保護(hù)信號(hào)對(duì)檢測(cè)的干擾 可控硅整流設(shè)備引起的干擾 無(wú)線電廣播的干擾 其他周期性干擾 38電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述干擾來(lái)源：38電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述 上述干擾可能通過(guò)以下三種途徑進(jìn)入檢測(cè)系統(tǒng)：（1）從檢測(cè)系統(tǒng)的工頻電源進(jìn)入，故檢測(cè)系統(tǒng)的電源宜由隔離變壓器加上低通濾波器供電，以抑制這種干擾。（2）通過(guò)電磁耦合進(jìn)入

25、檢測(cè)系統(tǒng)，故檢測(cè)系統(tǒng)包括連線應(yīng)很好的屏蔽，或利用光電隔離和光纖傳輸信號(hào)，以減少干擾。（3）干擾信號(hào)通過(guò)傳感器進(jìn)入檢測(cè)系統(tǒng)，這種干擾和局部放電信號(hào)混合在一起，上述方法不能抑制這種干擾，需要采用其他的措施。 39電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述 上述干擾可能通過(guò)以下三種途徑進(jìn)入檢測(cè)系統(tǒng)：39電氣設(shè)備絕抗干擾技術(shù) 選擇合適的檢測(cè)頻帶，避開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)的干擾頻帶 差動(dòng)平衡系統(tǒng)：差動(dòng)平衡系統(tǒng)主要用于抑制共模干擾 圖110差動(dòng)平衡系統(tǒng)原理圖40電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述抗干擾技術(shù) 選擇合適的檢測(cè)頻帶，避開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)的干擾頻帶 圖111.2.2 局部放電分析與故障診斷 局部放電信號(hào)分析是指如何從測(cè)試信號(hào)中提

26、取有關(guān)放電的信息，一般采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，目前常用的方法主要有：時(shí)域分析頻域分析時(shí)頻聯(lián)合分析人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析 局部放電信號(hào)分析 41電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述1.2.2 局部放電分析與故障診斷 局部放電信 時(shí)域分析是最基本的數(shù)學(xué)分析方法，例如分析放電信號(hào)的幅值，幅值與時(shí)間（或相位）、放電次數(shù)的關(guān)系，并且在顯示設(shè)備上輸出信號(hào)的波形，為此需要根據(jù)波形的采集要求確定所需的采樣率和采集的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，并將信號(hào)完整地記錄下來(lái)。 頻域分析又稱頻譜分析，是分析某些放電特征在頻域上的變化，如幅度譜、相位譜、能量譜和功率譜等，目前最常用的方法是快速傅里葉變換（FFT）。 42電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障

27、診斷綜述 時(shí)域分析是最基本的數(shù)學(xué)分析方法，例如分析放電信號(hào)的幅2.放電類型的模式識(shí)別 模式識(shí)別是一種重要的診斷手段，于90年代應(yīng)用于電力設(shè)備的放電識(shí)別，目前已被廣泛應(yīng)用于局部放電在線檢測(cè)與故障診斷。圖112 模式識(shí)別過(guò)程示意圖 43電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述2.放電類型的模式識(shí)別 模式識(shí)別是一種重要的診 變壓器絕緣體系中的放電類型很多，不同的放電類型對(duì)絕緣的破壞作用有很大差異，因此有必要對(duì)各種放電類型加以區(qū)分。 變壓器超高頻局部放電的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識(shí)別是將計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試系統(tǒng)測(cè)得的電磁信號(hào)經(jīng)放大、濾波后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后把提取到的多個(gè)工頻周期的高頻（中心頻率在506-1000MHz之間

28、可調(diào)）窄帶（帶寬5MHz）時(shí)域信號(hào)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，作出各種譜圖，由此來(lái)分析變壓器的局部放電情況。 44電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述 變壓器絕緣體系中的放電類型很多，不同的放電類型對(duì)絕緣變壓器的局部放電情況 局部放電特征提取 變壓器絕緣結(jié)構(gòu)中發(fā)生的局部放電類型主要有五種：油中尖板放電、紙或紙板內(nèi)部放電、油中氣泡放電、紙或紙板沿面放電和懸浮放電。 模式識(shí)別結(jié)果的正確與否關(guān)鍵在于放電信號(hào)特征的提取。 45電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述變壓器的局部放電情況 局部放電特征提取45電氣設(shè)備絕緣的在線放電識(shí)別 選取合適的訓(xùn)練樣本集對(duì)提高網(wǎng)絡(luò)的識(shí)別能力十分重要。一定要合理挑選樣本，

29、以使訓(xùn)練樣本能涵蓋全部樣本的變化范圍。 每種放電模型都有5個(gè)以上的樣品，這些樣品的材料和結(jié)構(gòu)完全相同，但尺寸等方面有一定差別；而且對(duì)同一個(gè)樣品，在相同條件下采集多個(gè)樣本，以確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有良好的統(tǒng)計(jì)性和可重復(fù)性。 46電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述放電識(shí)別 選取合適的訓(xùn)練樣本集對(duì)提高網(wǎng)絡(luò)的識(shí)別能力十表112 放電類型識(shí)別結(jié)果 放電類型訓(xùn)練樣本數(shù)/全部樣本數(shù)正確識(shí)別數(shù)/識(shí)別總數(shù)識(shí)別率（%）油中尖板放電20/5028/3093紙或紙板內(nèi)部放電20/5030/30100油中氣泡放電20/5029/3097紙或紙板沿面放電20/5030/30100懸浮放電20/5029/309747電氣設(shè)備絕緣

30、的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述表112 放電類型識(shí)別結(jié)果 放電類型訓(xùn)練樣本數(shù)/正確識(shí)別數(shù)局部放電的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)電流傳感器抗干擾技術(shù)局部放電分析與故障診斷局部放電信號(hào)分析放電類型的模式識(shí)別 局部放電特征提取放電識(shí)別小 結(jié)48電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述局部放電的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)小 結(jié)48電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故1.3.1 高壓電橋法 1.3.2 相位差法1.3.3 全數(shù)字測(cè)量法 1.3 介質(zhì)損耗角正切的檢測(cè) 49電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述1.3.1 高壓電橋法 1.3 介質(zhì)損耗角正切的檢測(cè) 49圖113 電橋法tan測(cè)原理接線圖 1.3.1 高壓電橋法 50電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障

31、診斷綜述圖113 電橋法tan測(cè)原理接線圖 1.3.1 高壓電 當(dāng)電橋平衡時(shí)，而R4=104/，C4的單位為pF時(shí)，有： 式中，k為參與平衡的電壓互感器PT1、PT2構(gòu)成的變比；CN、R4是固定值： 51電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述 當(dāng)電橋平衡時(shí)，而R4=104/，C4的單位為高壓電橋法優(yōu)點(diǎn)：是較準(zhǔn)確、可靠，與電源波形頻率無(wú)關(guān)，數(shù)據(jù)重復(fù)性好。缺點(diǎn)：接入了R3后改變了設(shè)備原有的運(yùn)行狀態(tài)，其他元件的接入也增加了PT1發(fā)生故障的概率。要選擇可靠性高的元件和采取一些保護(hù)措施。可用低頻電流傳感器代替相應(yīng)的電阻元件，但效果并不理想。 52電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述高壓電橋法52電氣設(shè)備絕

32、緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述1.3.2 相位差法圖114 相位差法檢測(cè)tan原理框架圖 電橋法是一種間接測(cè)量法，而相位差法則是直接測(cè)量介質(zhì)損耗角的正切值tan 53電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述1.3.2 相位差法圖114 相位差法檢測(cè)tan原理框電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述培訓(xùn)課件誤差來(lái)源頻率f引起的誤差 電壓互感器引起的固有誤差 諧波的影響 兩路信號(hào)在處理過(guò)程中存在時(shí)延差： 低通濾波器的建立約為10s，這將造成信號(hào)0.003rad的系統(tǒng)誤差。 過(guò)零整形的時(shí)延引起誤差。 整形波形引起的誤差。其他因素，例如環(huán)境溫度的變化。 55電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述誤差來(lái)源頻率f引起

33、的誤差 55電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診1.3.3 全數(shù)字測(cè)量法 數(shù)字化測(cè)量方法主要包括過(guò)零點(diǎn)時(shí)差比較法、過(guò)零點(diǎn)電壓比較法、自由電壓矢量法、正弦波參數(shù)法、諧波分析法和異頻電源法。 過(guò)零時(shí)差比較法對(duì)諧波干擾十分敏感，過(guò)零電壓比較法的抗干擾能力得到了加強(qiáng)，但所要求的條件十分苛刻。自由矢量法和正弦波參數(shù)法在方法設(shè)計(jì)時(shí)把試品上的電壓、電流理想化為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，而諧波分析法和異頻電源法在設(shè)計(jì)時(shí)就充分考慮到在實(shí)際電壓、電流中含有干擾成分，因而有廣泛的應(yīng)用前景。56電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述1.3.3 全數(shù)字測(cè)量法 數(shù)字化測(cè)量方法主要包 任意周期性函數(shù)f(t)只要能滿足狄里赫利條件（即給定的周期

34、性函數(shù)在有限的區(qū)間內(nèi)，只有有限個(gè)第一類間斷點(diǎn)和有限個(gè)極大值和極小值，而電工技術(shù)中年所遇到的周期性函數(shù)通常都能滿足這個(gè)條件），則f(t)均可分解為由直流分量和各次諧波所組成的傅立葉級(jí)數(shù)： 基本原理： 57電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述 任意周期性函數(shù)f(t)只要能滿足狄里赫利條件（根據(jù)三角函數(shù)的性質(zhì)經(jīng)過(guò)變換后K次系數(shù)：對(duì)于基波，其系數(shù)為： 58電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述根據(jù)三角函數(shù)的性質(zhì)經(jīng)過(guò)變換后K次系數(shù)：對(duì)于基波，其系數(shù)為： 經(jīng)過(guò)變換基波電壓信號(hào)的系數(shù)a1、b1為：基波電流信號(hào)的系數(shù)a1和b1為： 59電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述經(jīng)過(guò)變換基波電壓信號(hào)的系數(shù)a1、b1為：

35、基波電流信號(hào)的系數(shù)a由下式可得 由下式可得 則：60電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述由下式可得 由下式可得 則：60電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障 本法主要是通過(guò)數(shù)字運(yùn)算得到tan，它完全避免了運(yùn)算硬件帶來(lái)的諸多誤差因素。在最后的運(yùn)算中，雖存在大數(shù)相減的問(wèn)題，但計(jì)算機(jī)能保證運(yùn)算的準(zhǔn)確性。同時(shí)，通過(guò)只對(duì)基波作運(yùn)算，等于對(duì)諧波進(jìn)行了理想濾波，從而排除了諧波對(duì)檢測(cè)的影響。圖116 全數(shù)字化tan在線檢測(cè)原理框架圖61電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述 本法主要是通過(guò)數(shù)字運(yùn)算得到tan，它完全避免了運(yùn)算硬高壓電橋法原理優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)相位差法原理誤差全數(shù)字測(cè)量法小 結(jié)62電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述高壓電橋法小 結(jié)62電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷綜述溫度監(jiān)測(cè)