吐鲁番750千伏变电站「某变电站电抗器过热故障分析」

时间：2022-11-29 13:53:31来源：搜狐

今天带来吐鲁番750千伏变电站「某变电站电抗器过热故障分析」，关于吐鲁番750千伏变电站「某变电站电抗器过热故障分析」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

综合绝缘在线监测系统主要用于监测运行状态下的高压电气设备，由局部放电在线监测及定位子系统、振动在线监测子系统、电容型高压设备绝缘监测子系统、油气在线监测子系统组成，运用多种方法进行长期在线监测，综合分析高压电气设备是否存在绝缘性故障，对可能出现或已经出现的异常情况及时报警，保证设备长期稳定得运行。

为满足当今社会对电力的需求，电力设施及设备尤其是高压电气设备迅速发展，在设备投运后，能否长期可靠得运行也成为电力行业部门关注的焦点。运行期间，能否及时得发现问题并尽早解决，是保证电力行业发展的关键因素。

目前，监测高压电气设备的绝缘性问题主要有局放监测、套管介损监测、油气监测、振动监测四种方法。局放监测方法主要有脉冲电流法、超声法、超高频法，通过这些方法可以及时地发现电抗器出现的局放信号，但缺点是定量较难，有时不能够准确测定设备内部的放电量值，并且受干扰影响较大；套管介损监测主要对套管电容量和介损值的变化监测准确，但也存在一定的局限性；油气监测主要是依据箱体内部油中气体的变化情况，判断内部有无绝缘问题，准确性高，但缺点是时效性差需要在较长的时间内才能观察出有种气体的反应。

振动监测方法对不同区域的振动强弱程度可以明显得区分，但受其他振动影响，对电抗器内部整体情况判断会有一定误差。以上各种监测方法各自独立，各有优缺点，对设备绝缘问题的分析判断都存在一定的缺陷。为此，迫切需要一种可以对设备进行长期的监测并及时准确得对发现的问题进行报警，以便迅速处理，保证设备的长期稳定运行。

针对这种现状研发的该综合绝缘在线监测系统即主要用于监测运行状态下的高压电气设备，运用多种方法进行长期在线监测，综合分析高压电气设备是否存在绝缘性故障，对可能出现或已经出现的异常情况及时报警，保证设备长期稳定得运行。

综合绝缘在线监测系统组成及各子系统说明

该综合绝缘在线监测系统由局部放电在线监测及定位子系统、振动在线监测子系统、电容型高压设备绝缘监测子系统、油气在线监测子系统组成。通过后台监测软件将其他各个子系统的监测数据综合分析，对高压电气设备是否存在绝缘性故障进行判断，对可能出现或已经出现的异常情况及时报警。

1 局部放电在线监测及定位子系统

局部放电在线监测及定位子系统将超高频法(简称UHF技术)、脉冲电流法、超声波法三种方法综合应用，是目前最先进的局部放电监测系统，能可靠得监测电气设备的绝缘状况。

1.1 局放超高频法（UHF）的监测

超高频法通过设备底部的事故放油阀来安装传感器天线，能够灵敏检测到局部放电所产生的超高频电磁信号，实现对局部放电缺陷的检测和定位，又能保证现场干扰环境下的信噪比和灵敏度。

传统的局部放电检测技术测量频率较低，测量频带与周围环境的强干扰源频带重叠，易受外界干扰的影响，不易去除干扰信号检测到放电信号，所以很难应用于在线局放监测。而局放超高频信号（UHF）检测技术，则是在300～1500MHz宽带内接收局部放电所产生的局部放电超高频（UHF）电磁脉冲信号。

由于UHF信号在空间传播时衰减很快，故设备箱体外部的超高频电磁干扰信号（如空气中的电晕放电），不仅频带比箱体内部放电信号的窄，其强度也会随频率增加而迅速下降，进入金属油箱内部的超高频分量相对较少，因而可以避开绝大多数的空气放电脉冲干扰。而对于分布在UHF监测频段内的固定频率干扰（如移动通讯、电视、雷达等信号），则可通过内置的陷波器来避开这些干扰频带，从而达到在线检测局部放电的目的。超高频电磁波在油中成球面波以光速传播。

根据电磁波理论，在金属覆盖的装置内监测电磁波信号时，若波长小于外壳的尺寸则信号传播时衰减很小（传播10米仅衰减50%左右），而UHF的波长均小于1米，恰恰小于电抗器油箱的尺寸，故从放电源发射的UHF电磁波，在经过多次折反射后，最终均能基本无衰减地到达传感器部位。此外，金属箱体在起到汇聚电磁波能量的同时，还具有电磁屏蔽作用，使得外部电磁干扰不易进入箱体内部，故在使用UHF法检测局放时，可获得较好的信噪比和检测灵敏度。

通过试验证明，超高频法能够达到100pC的检测灵敏度，可有效检出那些放电量超过500pC的破坏性局部放电缺陷。局放超高频检测技术的传输接收过程如图3.1所示。

图3.1局放信号传播路径及取样方法

1.2 脉冲电流法的监测

脉冲电流法的监测是通过卡在电抗器铁心接地线或套管根部的适当位置上的宽频带电流互感器来监测脉冲信号的。

图3.2脉冲电流法的监测位置及信号传播路径

1) 将宽频带电流互感器卡在铁心接地线上（原理见图3.2）

电抗器的绕组与铁心之间为绝缘材料，可形成电容，而放电信号是几百千赫到几兆赫的高频信号，能通过电容从绕组传到铁心，通过铁心接地构成回路，因此在铁心接地线上能够检测到电抗器内部产生局放脉冲信号，经实践证明，该方法能够有效的检测出电抗器的主绝缘放电故障。

2）在高压套管根部套装高频CT（见图3.2中的大传感器和小传感器）。

高频放电信号可通过电抗器的高压引线与套管之间的电容传输到套管末屏，因此在套管根部套装高频CT可检测到放电脉冲信号。因该方法的传感器多采用空心罗格夫斯基线圈，故监测灵敏度较低，且难以妥善解决电磁屏蔽问题，现场安装也较为复杂，且会缩短套管的外绝缘距离，对美观性也有一定的影响。

该方法一般采用脉冲极性判别抗干扰技术，如图3.2所示，经过大传感器的放电信号与干扰信号极性相反，而经过小传感器的放电信号与干扰信号极性相同，根据此特点可以有效地排除来自高压侧的干扰脉冲。

1.3超声波法的监测

在电抗器内部一旦发生局部放电，就会产生超声波，在电抗器油中以1400m/s左右的速度以球面波形式向周围传播，并以纵波形式向外传播，当传到箱壁时，分为两部分，一部分穿越箱壁，仍以纵波形式向外传播，另一部分则以横波形式沿箱壁向周围传播，如图3.3所示。

图3.3 超声波传播

假设放电源在S点，超声探测器放在D点，超声波传播到探测器有两条路径，一条是直接路径，从S点开始，以1400m/s的速度直接到D点，称为直接波；另一路径为先在油中以1400m/s的速度传到D点附近的某点进入箱壁（或A点或B点或C点）之后，再从该点开始以3240m/s的速度（超声波在钢板中的纵波速度为5850m/s，横波速度3240m/s），沿箱壁传播到D点，这条路径为复合路径，在此路径中传播的超声波称之为复合波。

通常直接波和复合波不会同时到达D点，只有满足条件时，两者才几乎同时到达（近似）。因此，在箱壁上可以找到满足此条件的包围圈，超声探测器放到此包围圈之上时，差不多可以同时收到直接波和复合波，超声探测器放到此包围圈之内时，直接波比复合波先到，超声探测器放到此包围圈之外时，直接波比复合波后到，由于超声波在钢板内传播时衰减较大，所以复合波的幅值比直接波的幅值小。所以，在电抗器箱壁外侧放置超声探测器，就可以接收到放电产生的超声波信号。

1.4 定位子系统的说明

定位子系统是将脉冲电流法、超声波法综合使用(简称电声综合监测法)，再通过地位子系统软件实时监测设备局部放电的当前幅值、放电幅值变化趋势、在线确定放电位置、监测放电位置位移趋势，并跟踪记录。该方法通过卡在电抗器套管根部或铁心接地线的适当位置上的宽频带电流互感器监测脉冲信号；通过贴于箱壁上的超声传感器监测超声信号。

该系统其中1个通道测量局部放电信号，另6个通道测量超声波信号，则脉冲电流信号与超声波信号的时间差，即近似的等于超声波的传播时间。根据超声波的传播速度和方向，就可以确定放电点的位置，原理见图3.4,定位3D显示图见图3.5。

图3.4电信号、声信号时差图

图3.5定位3D显示图

因干扰信号的存在，单一地通过电信号或声信号不能够准确地判断出被测设备是否存在局部放电，例如只检测到电信号而无声信号时，可能是因为存在空间干扰或外部放电；只检测到声信号而无电信号时，则可能是电抗器振动引起的。所以，通过电声综合判断的方法能提高局放监测的抗干扰能力。

振动在线监测子系统的说明

综合绝缘在线监测系统可通过安装于箱壁上的智能振动传感器，来实现电抗器的振动信号的监测。振动传感器是一个具有内置数字处理器（DSP）的，带有RS485标准工业总线的振动传感器，它能将机械振动信号直接转换为数字化振动参数，并通过传感器的RS485接口传送到监控主机。传感器采用不锈钢防水外壳，使传感器适用于恶劣的工作环境。

振动监测是一种体外监测，通过安装在正在运行的设备表面的一个或多个振动传感器来获取其振动信号，然后将振动信号经过时域或频域等分析处理，获得信号的特征信息，再通过一定的诊断方法获得设备的工作状况。

电抗器所产生的振动信号较强，使用常规的电压加速度和普通的信号采集技术，就可灵敏地传感检测并记录振动信号的波形，然后通过傅里叶(DFT)变换处理，得到信号的幅度和频谱分布，并与初始值进行比较，根据其变化情况来判断被测电抗器的绕组和铁心是否发生异常。通常情况下，对振动信号的分析可从如下两个方面入手：

1）从电抗器产生振动的原因来分析。

电抗器的振动主要是电抗器本体（主要是铁心和绕组）和冷却装置的振动引起的，在小于100Hz的范围内，主要是冷却装置引起的振动。正在稳定运行中的电抗器铁心和绕组的振动主要来自以下几个原因。

①硅钢片的磁致伸缩引起铁心的振动。

②硅钢片接缝处和叠片之间存在着因漏磁而产生的电磁吸引力，从而引起铁心的振动。

③电流通过绕组时，在绕组间、线饼间、线匝间产生动态电磁力，引起绕组的振动。

④漏磁引起油箱壁（包括磁屏蔽等）的振动。随着电抗器制造工艺及铁心叠加方式的改进（如采用阶梯接缝等），再加上心柱和铁轭采用环氧玻璃粘带绑扎，硅钢片接缝处和叠片之间的电磁吸引力引起的铁心振动，比硅钢片磁致伸缩的铁心振动要小的多。

因此，电抗器本体的振动主要来自磁致伸缩引起的铁心振动和负载电流引起的绕组振动，这为用振动法监测电抗器的运行状况提供了可能。

2）从电抗器的振动与铁心和绕组的关系来分析。

由于电抗器的铁心的振动与硅钢片的磁致伸缩有密切关系，所以硅钢片的压紧力减小或者发生扭曲变形都会使硅钢片之间的电磁力增大，进而导致铁心的振动增加，此外，当发生短路或者发生铁心多点接地时，导致硅钢片的磁致伸缩加大，铁心温度升高，震动也会加大。对于绕组来说，当电抗器的负载电流大时，绕组匝与匝或层与层之间的电场力变大，绕组的振动会增大。绕组发生松动或扭曲变形时，也会导致绕组的振动增加。

因此，电抗器的振动与铁心和绕组的振动状况有密切关系，这就为根据电抗器器身的振动来诊断铁心和绕组的状况提供了依据。

电容型高压设备绝缘监测子系统的说明

该子系统是一套完整的高压电气设备状态监测系统主要用于对变电站正在运行的电容型设备进行实时状态监测，以便确定其运行状态。主要由电容型设备监测单元、系统电压监测单元、隔离变压器单元组成。

该系统通过隔离变压器单元给其他监测单元供电，通过系统电压监测单元获得准确的系统电压信息。采用分布式测量，既所有采集测量单元直接安装于被监测设备附近，测量相应设备的电容量和介损，并采用CAN2.0现场总线技术将数据传给后台软件进行分析处理，判断设备是否存在故障。

油气在线监测子系统的说明

该子系统集控制、测量分析技术于一体，对电抗器等油浸电力设备进行在线监测，可以在线准确检测出绝缘油中溶解的各种故障特征气体浓度及变化趋势，这些气体包括氢气、一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等。该系统能够准确得进行油色谱分析，实现完全在线监测油浸式电力设备的运行信息，为电抗器等油浸电力设备的长期稳定运行提供了可靠保证。

系统网络构成

该综合绝缘在线监测系统为了能够有较大的数据传输和处理能力，并且具有很好的兼容性和扩展性，所以采用以太网结构。各监测设备分别通过TCP/IP方式、CAN总线方式、485通讯方式与主控室计算机连接，用户可在各终端计算机上通过服务器观测被监测设备的局部放电、容性设备的电容和介损、铁心电流以及油气等监测项目的数据、实时波形及趋势图等信息，发现问题通过软件及时报警，并可将数据下载到本地进行分析、备份。

此外该系统还配置了服务器和交换机，为以后随时增加扩展新的监测装置预留出一定数量的接口，可以大量增加新的监测设备，其网络构成如图4.1所示，通过建立一套完整的网络结构将各个子系统联系起来，并将以上所述各子系统监测数据以及油气在线监测数据通过网络传输到后台软件进行分析判断。

图4.1 系统网络构成

故障判断

综上说明如果超高频传感器、宽频带电流互感器、超声波传感器的监测信号值上升，电抗器的套管介损值变化明显和油气在线监测系统监测到有气体出现，尤其是乙炔气体出现，说明被监测设备出现了绝缘性故障，此时可以根据监测到的声电信号通过定位子系统进行判断，分析可能出现故障的位置。

如果振动传感器的振动强度加大而其它监测信号没有明显变化，或者其中某个监测信号出现增长趋势，有可能是设备内部出现紧固件松动等情况，长期运行也会造成设备故障，此时需要密切关注其它各个信号的变化情况。

总结

总之，该综合绝缘在线监测系统将多个监测子系统通过完善的系统网络组合，充分利用超高频法、脉冲电流法、超声波法、振动监测、电容型设备的电容量及介损测量法以及油气在线监测等多种方法的优点，配合后台软件实时得监测数据及波形，将各子系统的数据综合分析，可以更加准确得判断高压电气设备是否存在绝缘性故障，并且该系统具备实时报警、数据远传等功能，为运行状态下的高压电气设备提供了一种有效的监测分析手段，对设备的长期稳定运行有很大帮助。