电力变压器
我国电力行业长期采用绝缘预防性试验和定期大小修制度,对电力系统的安全运行起到了一定的积极作用。但长期实践证明,离线试验在防止电力设备事故方面存在局限和不足。而且,定期维修和绝缘预防性试验需停电离线进行,试验时间长,工作量大,在检修过程中可能造成变压器损伤。因此,广泛开展电气设备在线监测对于提高设备运行可靠性,减少设备维护费用具有十分重要的意义。
电力变压器是电网中能量转换、传输的核心,是国民经济各行各业和千家万户能量来源的必经之路,是电网中最重要和最关键的设备之一。电力变压器和与之配套的高压电力设备的安全运行是避免电网重大事故的第一道防御系统,而电力变压器是这第一道防御系统中的最关键设备。电力变压器故障主要由雷击过电压、操作过电压、短时大电流及长时间运行老化等因素造成。变压器内部初期的绝缘缺陷是导致故障的重要原因。变压器的内绝缘结构主要是油纸组合绝缘,局部放电是促使油纸绝缘老化并发展到击穿的重要因素。因此,通过对变压器内部局部放电监测可以正确判断变压器的绝缘状态。
局部放电是指在电场作用下,绝缘物质局部区域被击穿的电气放电现象。绝缘体内部或表面局部区域不均匀导致该区域电场畸变,电场强度高于平均场强,并首先发生放电,而其它区域仍然保持绝缘特性,形成局部放电。被气体包围的导体附近发生的局部放电,称为电晕;发生在绝缘体表面的局部放电,称为表面局部放电,发生在绝缘体内部的局部放电,称为内部局部放电。
电力变压器油纸组合绝缘产生局部放电主要有以下两种原因:1)绝缘体内部或表面存在易于放电的气泡,气体的介电常数总是小于液体或固体材料的介电常数,在交变电场下,串联介质的电场强度的大小反比于介电常数,所以气泡中的电场强度要比周围液体或固体介质的高;但是气泡的击穿场强在常规气压下总是比液体或固体介质低很多,因此气泡在电场作用下就易于产生放电;2)绝缘结构中若有导电杂质存在,在此杂质边缘由于电场集中,可能产生局部放电。若导体表面有毛刺或针尖状,则在针尖附近电场集中,也可能产生局部放电。此外在变压器中,若有某一金属部件没有电的连接而成为一个悬浮电位体,或是导体间连接点接触不好,都会在该处出现很高的电位差,从而产生局部放电。
局部放电对电气设备绝缘会产生严重的危害,主要表现在由于放电产生的局部发热、带电粒子的撞击、化学活性生成物以及射线等因素对绝缘材料的损害。这种对绝缘的破坏作用是一个缓慢发展的过程,而且从局部开始,受多种因素影响,对运行中的高压电气设备是一种隐患。由于电力系统中保护措施的日趋完善,各种过电压对设备绝缘的破坏作用相对减小,而运行中的工作电压对绝缘的劣化起着主导作用,局部放电对工作电压下的电气设备的影响越来越被人们重视。
由此可见,局部放电既是变压器绝缘劣化的重要原因,又是重要征兆。对变压器内部局部放电进行监测能够及时有效发现变压器内部绝缘缺陷。变压器局部放电在线监测是通过传感器在线获得与变压器内部局部放电相关的信息,利用计算机及信号处理技术对局部放电信号进行去噪、提取放电脉冲并对局部放电情况进行描述和分类,为进一步评估变压器内部绝缘运行状态提供参考信息。但是,在局部放电测量方法和测量仪器等方面还存在不少问题,如抗干扰、放电定位、放电类型识别等,因此,电力变压器局部放电在线监测技术需要更深入研究。