西安交通大学 汲胜昌 等:变压器绝缘缺陷放电发展特性及检测方法研究现状及展望

科技   2024-11-06 16:59   北京  


本期精选

2024年第10


变压器绝缘缺陷放电发展特性及检测方法研究现状及展望

汲胜昌,赵德华,贾云飞,丘子诚,罗迅,李斯盟 

DOI: 10.13336/j.1003-6520.hve.20241278

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研究背景






油浸式设备内部短路电弧故障是最严重的故障之一,近年有关变压器起火爆燃事件的报道屡见不鲜,变压器严重故障的产生往往源自内部绝缘的放电缺陷,为防止变压器爆燃,迫切需要对变压器油中放电信号进行灵敏、有效和可靠的检测。


本文从变压器内部绝缘缺陷发展的局部放电、火花放电以及电弧放电的3个过程出发,总结了不同放电阶段电、电磁、声、光、压力波信号和化学产物的特征,并对不同信号的检测方法和对检测设备的要求进行了介绍,对比分析了不同方法的优缺点,指出对放电信号可靠检测、深入挖掘不同阶段信号特征、多信号联合应用、准确识别放电发展阶段以及探讨变压器的主动保护技术是进一步研究重点。


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重点内容





1)不同放电阶段信号特征

局放过程中,PRPD谱图相位逐渐靠近并越过0°和180°,其它统计量变化规律复杂;电磁信号和高频电流变化情况基本一致;超声信号的主频逐渐降低;不同波长的光强占比发生变化;油中溶解气主要为H2和CH4,末期C2H4和C2H2含量上升。

图 1 局放发展过程 PRPD 谱图


图 2 局放过程中超声信号频谱

图 3 不同谱段光辐射强度比例


图 4 沿面放电溶解气体变化曲线



火花放电在产生和熄灭时出现脉冲电流峰值并产生电磁信号;光信号中存在较大的C2Hα光谱,同时存在Cu光谱;特征气体以C2H2H2为主;产生单次压力脉冲信号。

图 5 油中火花放电典型发射光谱


图 6 柱板沿面滑闪放电阶段箱壁压强特征

电弧放电存在很大的漏磁和短路电流;电流过零点时,辐射电磁信号;声波频率一般低于20 kHz;光脉冲间隔约10 ms;除C2H2、H2还产生大量C2H4、C2H6、CH4;压力信号存在初期压力快速振荡上升和后期持续上升阶段。

图 7 油中工频电弧的光谱特征


图 8 油中电弧压力波典型波形



 2)检测方法

脉冲电流法是测量放电的主要手段,但在现场极易受到干扰;电磁波检测受变压器结构影响,需合理布置传感器位置,无法快速区分火花和电弧放电;外置PZT检测超声信号会受到阻挡,内置光纤传感器进行测量需合理布置传感器位置;光信号检测抗干扰能力强,能够快速检测,但仍会受到阻挡;油中溶解气体检测可准确判断故障,但检测耗时较长;压力检测基本不存在外部干扰,但难以快速区分放电类型。



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展望






多参量融合检测已有较多的工程应用,取得了较好的效果,但要实现对变压器故障的准确快速检测和放电阶段识别,进而实现变压器的主动保护,仍需进一步对放电特征进行提取并提高抗干扰能力。优化传感器的设计与布置以可靠检测放电信号,准确快速判断放电的严重程度和发展阶段以及多信号集成传感器的研制是实现变压器故障可靠检测的重要研究方向。


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结论







通过对不同放电信号特征进行分析可反推放电发展阶段,对于已有的检测方法需合理布置传感器位置并提升抗干扰能力,通过多信号测量结果对放电故障进行判断,可避免单一测量手段的带来的检测失误。也能够避开太赫兹成像类似缺陷颜色的噪点,具有极好的检测效果和鲁棒性。


引文信息:

汲胜昌 , 赵德华 , 贾云飞 , 等. 变压器绝缘缺陷放电发展特性及检测方法研究现状及展望[J]. 高电压技术. 2024, 50(10): 4297-4314


作者及团队介绍





汲胜昌,教授,博士生导师。2003年9月至今,在西安交通大学电气工程学院高压教研室工作。电工材料电气绝缘全国重点实验室固定研究人员,全国专业标准化技术委员会SAC/TC60/SC2副秘书长,中国电工技术学会电力电容器专业委员会委员、IEEE会员,《高电压技术》、《高压电器》、《变压器》、《电力电容器与无功补偿》、《绝缘材料》、《水电与抽水蓄能》、《电工技术》等学术期刊编委。主要从事电力设备服役特性及其状态评估、直流系统及装备故障机理及诊断、交直流设备振动噪声控制与应用等方面的科研工作。先后主持国家自然科学基金智能电网联合基金重点项目、面上项目、陕西省国际合作重点项目等国家及省部级纵向项目6项,国家重点实验室开放基金2项,参与国家自然科学基金/重点项目/科技支撑计划/863等项目8项,横向开发合作项目50余项。2023年获国家重点研发计划“特高压变压器高能电弧放电故障防爆技术及装备”资助,主持课题1“绝缘油电弧放电气化裂解机理与演化规律”。先后获得国家科技进步二等奖1项、省部级科技进步二等奖3项。近5年来,在国内外重要学术期刊发表论文60余篇,SCI收录30余篇,授权国家发明专利20余项,参编国家团体标准3项。


西安交通大学汲胜昌教授课题组隶属西安交通大学高电压与绝缘技术二级学科、电气工程一级学科,为电工材料电气绝缘全国重点实验室固定研究人员,组建了多学科交叉背景的创新研究团队。团队创建了变压器油中工频高能电弧放电实验平台、特殊电应力下油浸纸局放与击穿实验平台、直流系统及装备故障机理及诊断、交直流设备振动噪声控制与应用等研究平台,具备了开展高电压与绝缘技术学科相关的特殊电应力下油纸绝缘放电行为、输变电设备智能化状态检修、故障诊断以及智能感知等方面高水平科学研究的能力。团队针对超、特高压直流输电工程建设的迫切需求,围绕电力设备服役特性及其状态评估,重点进行电力设备的故障监测、电气绝缘结构优化设计及性能评估等方面的研究。近年来,团队已培养博士、硕士研究生30余人,发表相关科研论文一百余篇,获得国家发明授权专利四十余项,国家、省部级科研奖励十余项。



责编:曾文君



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