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励磁变压器局部放电在线监测的意义

发布时间:2020-08-14 01:21:22人气:

励磁变压器是发电厂重要电气设备之一。近年来,新建大、中型水电与火电机组的励磁方式已经由传统的旋转交流励磁方式转变为静止自励励磁方式。静止自励方式采用励磁变压器并联在发电机出线上,励磁变压器低压绕组输出交流电流通过整流装置整流为直流电流,然后输入发电机励磁线圈产生发电机所需的磁场。下图1为发电机静止自励方式励磁系统的基本原理图。

发电机励磁基本原理图
发电机励磁基本原理图
由图可知,可控硅整流器在控制通断时刻,会产生脉冲电压,并与脉动交流电压叠加,作用在励磁变压器低压绕组上。图2所示为三峡水力发电厂实测的励磁变压器低压(阀侧)绕组电压波形。可见,励磁变压器低压绕组承受了交流电压与脉冲电压的共同作用,因此,生产制造厂在设计和制造励磁变压器过程中对低压绕组绝缘水平的要求不同于普通电力变压器。

由于励磁变压器低压绕组同时承受交流与脉冲电压作用,低压绕组故障是引起励磁变压器故障的主要原因之一。有新闻介绍江苏利港电厂3号励磁变压器(干式励磁变压器)发生爆炸事故,调查结果表明:由于低压线圈绕组匝间绝缘损坏,导致低压绝缘筒绝缘击穿,使转子回路一点接地,进一步发展到励磁变压器低压侧相间短路,最终造成高压线圈在大电流下失去稳定,进而发展成相间高压线圈短路故障。
三峡电厂励磁变压器阀侧绕组电压波形
三峡电厂励磁变压器阀侧绕组电压波形
已有研究表明:局部放电(Partial Discharge,PD)脉冲电压引起的介质加热以及空间电荷是导致交流电机定子绝缘过早失效的主要因素。其中,局部放电现象是变压器最主要的老化特征,当电场集中在绝缘层内或线圈与铁心等金属之间的空隙或线圈端部表面时,会产生放电现象。由于放电引起这些部分的腐蚀,随着放电的集中使腐蚀孔加深,而其它部分的交接又随着劣化规模扩大,直至绝缘破坏。

与在单一交流电压作用下相比,励磁变压器纵绝缘性能在交流与脉冲叠加电压作用下更容易逐步劣化。在绝缘劣化过程中,励磁变压器一旦产生内部绝缘局部缺陷,由于脉冲电压的电压变化速率非常快,励磁变压器内部局部放电更容易被激发并对绝缘造成进一步破坏。同时,可控硅整流装置产生的直流分量造成励磁变压器内部直流偏磁,加之励磁变压器最高运行温度可达150℃,极易造成局部绝缘受损,进一步促使励磁变压器内部局部放电的产生与发展。

因此,局部放电是反映励磁变压器内部绝缘状况的重要特征信息。通过在线监测励磁变压器内部局部放电,对于提高励磁变压器的运行可靠性具有重要意义。由于励磁变压器内部局部放电信号微弱,信噪比较低,所以有效地识别和抑制干扰,准确获取局部放电信号成为励磁变压器局部放电在线监测的关键和难点。

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