变压器局部放电过程超声监测应用

变压器局部放电过程超声监测应用

荆琳

(中国石油华北油田公司质量安全环保监督中心沧州062552)

摘要：本文主要介绍了变压器运行过程中局部放电超声监测的方法，论述识别局部放电过程的超声信 号特征，采用超声监测方法对局部放电源的位置进行三维定位，获得局部放电发生时间历程变化关系。

关键词：超声监测三维定位局部放电

Ultrasound Monitoring of Transformer Partial Discharge Process

Jing Lin

(Petrochina Huabei Oilfield Company Cangzhou 062552)

Abstract This paper describes the transformer during the operation of partial discharge method of ultrasonic

testing, discusses the identification bureau put the ultrasonic signal characteristics of the process, the use of ultrasonic testing method to the location of the game put the source of three-dimensional positioning, to obtain the relationship of the time of the occurrence of partial discharge.

Keywords Ultrasonic testing Three-dimensional location Partial discharge

中图分类号：X924

文献标识码：B

文章编号：1673-257X(2021)05-0075-04

DOI： 10.3969/j.issn. 1673-257X.2021.05.016

变压器局部放电超声监测基于局部放电过程会 1.1油中溶解气体

产生声、光、电、磁等物理现象，声就代表声波， 当变压器内部出现故障，其局部放电和过热都会 采用磁性夹具或者粘接剂将超声传感器贴放于变压 使得油的分子结构发生变化，从而释放出气体，因此

器的外壁，接收来自变压器内部局部放电的超声波 对变压器油内溶解气体如氢气、甲烷、乙烷、乙炔、 信号，根据超声波信号的特征判断局部放电的类型， 一氧化碳和二氧化碳等气体含量的监测，可以有效识 根据局部放电信号到达传感器的时间差关系，可以 别变压器的初期故障。

将局部放电源所在的大致位置进行定位，经过长时 间的监测，则可以判断变压器局部放电的发生、发 1.2变压器油色谱在线监测

展变化历程，据此可以估算其局部放电的严重程度 油色谱在线监测技术是气相色谱分析技术的演变 或者剩余使用寿命，用以指导变压器的及时维护和 和发展，油色谱在线监测对故障的定位依据是根据三 有效的在线安全监测U_21。

比值法和故障气体生成速率，进行判定时，油色谱在 线分析结果往往略高于实验室中的分析结果，这是由 1变压器监测方法

于分析过程的气体散失造成。

变压器监测技术主要根据变压器的机械和电气特

1.3变压器绕组热点和变形

性，采用油中溶解气体分析、油色谱、铁心接地电流 变压器绕组在高压电磁场环境中，由于受到轴向、 分析、绕组变形分析和振动分析等方法131。

辐向力的作用和短路力的作用，将会产生强烈的振动， 作者简介：荆琳（1983 ~),男，本科.从事特种设备检验 严重影响变压器的正常运行和安全使用寿命。

及市场、生产管理工作。

绕组的短路电抗值与绕组的变形程度、几何尺寸 通讯作者：荆琳，E-mail: 84226368@qq.com。以及位置变化密切相关，工频不变的情况下，短路阻 (收稿日期：2020—12-15)

抗及阻抗中的电感分量与变压器绕组的几何形状及位

75

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、.

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特神设备安全

检测技术

移相关。通过理论研究与实际测试，该方法具有很好 的实效性。

1.4红外监测

如果变压器被测部位的温度高于绝对温度，便会 辐射红外射线。红外监测是通过拍摄并测量高压设备 的某些部位温度来判定热故障，它的优势是时效性较 强，可在一定距离内遥测，也可只管测定，显示温度 的梯度图像，且不受电磁场的干扰。

1.5超声监测[41

超声监测可以有效识别局部放电信号的参数特征， 同时可以对局部放电源所在位置进行定位，在长期监 测过中可以观察局部放电的发生、发展变化历程，局 部放电的发展过程以及变化的严重程度可以通过监测 过程得到。

2超声监测

如图1所示，根据变压器的尺寸大小放置不同数

量的传感器在变压器外壁上，图中绿色代表该方向上 可见传感器，蓝色代表不可见，布置方式采用三角阵 列方式t4]。

A相

B相

C相

2.1监测设备

根据变压器局部放电信号的频率特征以及现场干 扰情况，采用超声波监测仪器，搭配150H

z

的局部放 电监测传感器，采用局部放电模式识别软件进行局部 放电信号的监测与识别，根据变压器的历史记录和其 他在线监测结果确定具体的监测方案。

2.2数据处理分析|5]

超声波的传播与路径和介质有很大关系，同时 与局部放电源的超声能量有关，路径的变化以及中

76 C

间障碍物将会对声源的强度造成较大的影响，使得 信号路径和模式发生转变，导致衰减。因此，较弱 的局部放电，较复杂的传播路径以及中间的结构件 使得声源信号衰减到门槛之下，不能被有效接收到< 相反，较强的声源信号，且传播路径简单，将会使 多个传感器同时接收到并且形成定位。因此超声局 部放电的分析需要针对不同的信号特征采用区域定 位分析、三维定位分析、特征参数分析以及特征指 数分析等[61。

• 2.2.1典型的局部放电

如图2所示，典型的局部放电过程，各通道接收 到高幅度的超声信号，靠近局部放电源的传感器将会 收到80dB上的信号，远离局部放电源的传感器接收 到65dB

以上的信号，这是由于局部放电源位于铁心

绕组外部，局部放电发生较为强烈，且传播路径简单

所致。

图2局部放电信号幅度对时间图

典型的局部放电信号由于能量较高，可以传播较 远的距离，局部放电源的信号被贴放于变压器外壁的 多个传感器接收到，根据时差定位算法，形成三维定位，

如图3所示通过多次局部放电的定位趋势的集中程度 来判断局部放电源的位置关系。局部放电信号的产生 往往与工频具有一定关系，国内用电频率为50Hz，即 一个周期20m

s

,若产生高能量局部放电，则会在一个

周期的上半周和下半周均会发生放电现象，其周期即 为10m

s

,如图4所示。

图5为局部放电特征指数谱，当局部放电发生时， 其工频的变化使得局部放电信号在相位上具有180的 相位差关系，同时局部放电产生超声波时与工频的频 率具有一定关系，局部放电特征指数集中在2、4、6 整数位置，判断该变压器产生了局部放电，典型的局 部放电周期与供电工频一致，每个周期都存在明显的 放电现象，所有监测传感器都能同时接收到该信号， 并形成定位信号。

检测技术丨第37卷第5期

Z位置对Y位置对X位置 < 所有通《>定位11丨 三缮定&田

#2.2.2非典型性的局部放电

某些情况下，如变压器在供电低谷期，供电负荷 没有满载运行，局部放电源位于铁心绕组内部，局部 放电超声信号的传播路径比较复杂等，都会影响到局 部放电信号的接收与判定，由于无法采用三维定位进 行有效显示与分析，此时可以考虑区域定位方法，其 原理为靠近局部放电源的传感器最先收到局部放电信 号或者接收到的信号能量最大原理。

根据图6所示各通道接收声发射信号的特征指数 分布特征以及分布集中度，初步判断局部放电源位于 接收信号最多的传感器附近区域，并通过区域划分方 法，将变压器按一定尺寸分区，根据接收到局部放电 信号的传感器判断局部放电源的疑似区域。判断局部 放电信号的特征往往根据图6所示的特征指数分布以

Y位置对X位》<所有通道> 定位U1

2000-1500-1000-500-

在X-Y平

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5001000 1500 2000 250030003500 4000 4500 ?000

图3局部放电三维定位与平面投影

图5局部放电特征指数谱

4.0“

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图6特征指数

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检测技术

及图7所示的长波形特征。非典型局放信号被单独的 传感器接收到，采用区域定位方法用来鉴别局放发生 的部位。

电流、绕组变形等方法，将会有利于结果的最终判 断与分析。

3)超声波的监测方法，属于非浸入式的在线监测 和临时监测的通用方法，只需要将传感器采用磁吸附 的方式固定在变压器器壁外侧的一定位置，根据变压 器的运行状态和监测结果调整监测时间，既可以根据 数据分析结果判断变压器完整性状况，超声监测是变 压器安全状态评估的有效手段。

图7局部放电信号长波形图

3结论和建议

1)

参考文献

[1] 袁易全.局部放电超声特性实验研究[M】.电工技 [2] ，林介东，马庆增.声发射技术在变压器局部 放电测量中的应用.无损检测，2004..

[3] 张言苍，张毅刚.变压器局部放电在线检测的现状 及发展[J].继电器，20(H，32(22):7〇 -73.

超声监测可以有效识别局部放电信号特征， 术学报.1992.

可以对局部放电源的位置进行区域定位以及三维定 位，通过特征指数分析以及长波形分析方法可以有效 判断局部放电信号的有无，但需要具有•定的现场监 测经验。

2)

郝艳捧.电力变压器局部放电定位方法的 超声监测是变压器在线监测和离线测试的 [4] 王国立，

现状和前景变压器，2001,38(11):22-26.有效方法，其对于局部放电过程伴生的超声波监测 具有较高的灵敏度和可靠性。同时可以参考其他的 在线监测方法如油色谱、历史记录、红外线、接地

[5] 沈功田，戴光.中国声发射检测技术进展学会成立 25 周年纪念[J].无损检测，2003,25(6):302 —307.

(上接第55页)6) 交货状态；

7) 热处理方法及热处理规范；8) 约定项目；

9) 钢材适用范围、焊接性能及使用注意事项；10) 质量保证体系及质量证明书。

标准中应有所规定。在产品质量证明书中应当保证焊 接热影响区的冲击韧性；

4)应当尽快编制“承压设备用钢材采购

检验分级及检验项目规定，含必检项目及合同 导则”。

参考文献[1] 中国机械工程学会、焊接学会.焊接手册第二卷 (第三版）[M].北京市：机械工业出版社，2014年， 130-132.

6结束语

1)

傅枳和、孙玉林.焊接数据资料手册[M].北京市： 母材与焊材的焊接性是确保承压设备焊接 [2]

机械工业出版社，1997年，37.质量的基础，应当引起材料、设计、制造等方面的 重视。

2)

[3】陈伯4.焊接工程缺欠分析与对策（第二版）[M].

机械工业出版社，2〇〇6年，197~2〇9.要改善热影响区性能，应从母材使用焊接性着 北京市：

[4】TSG 21—2016，固定式压力容器安全技术监察规 手，焊接材料、焊接工艺仅可起辅助作用。

3) 母材与焊材制造商应对产品的焊接性负责，在

程[S].

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