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声发射手艺在变压器部分放电丈量中的操纵

宣布日期:2017-05-05 16:30    阅读次数:次

摘 要:先容了比来几年来声发射手艺在变压器部分放电丈量方面的成长及操纵环境、检测道理、体系布局和传感器的活络度和抗搅扰题目,并对几种定位现实及情势辨认方式停止了总结,以领会电力变压器绝缘状态和展望毛病,最初切磋了该方式在适用进程中的优错误谬误和此后的成长标的目的。

大型电力变压器是电力体系的首要装备之一,是变电站的焦点装备,其运转状态间接干系着电力体系的宁静经济运转。统计资料标明,变压器毛病以绝缘毛病为主,而部分放电( Partial Discharge ,简称PD) 既是绝缘劣化的缘由,又是绝缘劣化的前兆和表现情势。在110kV 以上大型变压器变乱中,有50 %属于普通运转电压下发生匝间短路,多是由部分放电而至。运转中的电力变压器外部发生部分放电时,其部分放电量的巨细在必然水平上反应了绝缘缺点的状态,放电功率的强弱反应了绝缘老化进程能量变更的强弱,而放电次数与放电间隔则反应了绝缘老化的速率和水平。当部分放电成长到严峻阶段时,固体绝缘资料和油敏捷分化,致使全部绝缘被击穿,是以检测部分放电的水平能晓得绝缘状态。

变压器在部分放电进程中,老是陪同着脉冲电流、电磁辐射和声、光、热等景象。比来几年来操纵部分放电进程中发生的声发射(Acoustic Emission ,简称AE) 旌旗灯号来对其停止鉴定和定位的方式愈来愈引发人们的正视。这是因为当介质内发生部分放电时,因为份子的剧烈撞击,气泡的组成和成长,液体的活动和固体资料的细小开裂,会发生必然的声发射旌旗灯号。经由进程研讨发明,部分放电发生的这些声旌旗灯号与部分放电的水平和范例有着必然的对应干系。与别的检测方式比拟,声发射检测的长处是, ①能够对变压器停止在役及时和持续监测。② 能够免受电磁搅扰的影响,是以可用于电磁搅扰很是严峻的场所。③操纵声波在变压器油等介质中的传布特点能够对部分放电源停止定位[1 ] ,但因为遭到声发射仪器、现场测试前提和旌旗灯号在变压器外部通报路子等身分的影响,这类测试方式今朝还不成熟。本文首要从测试道理和定位方式的停顿方面停止综述。

1  声发射检测装备

1. 1  检测道理

如图1 所示,变压器外部部分放电所发生的声发射旌旗灯号由紧贴在变压器外壁上的声发射传感器(1 ,2 ,3 ,4 , …) 拾取,在将声旌旗灯号转化为电脉冲旌旗灯号后,经前置缩小单位缩小后通报到旌旗灯号预处置单位,旌旗灯号预处置单位实现对电旌旗灯号的滤波及进一步缩小,以便知足A/ D 采样的请求。高速模数转换器将部分放电声发射摹拟旌旗灯号转化为数字旌旗灯号,通报到计较机中并操纵相干软件对数字旌旗灯号停止阐发处置,以鉴定放电情势和放电源地位。详细操纵中,要设置PD 检测阈值,解除噪声,并经由进程计较变压器壁上多个AE 传感器检测到的AE 波旌旗灯号的绝对达到时候来肯定变压器内PD 的地位。

在古代声发射仪器中,体系设想模块化,呈积木式并行布局,其根基单位是数字旌旗灯号处置卡(DSP) ,每块卡上有本身的中心处置器和A/ D 变更器,前置缩小单位集成在声发射传感器中,是以布局加倍松散。跟着声发射检测仪器的日益完美,用于变压器部分放电丈量的靠得住性也愈来愈高。美国PAC 公司更是推出了特地用于大型油浸式变压器及气体绝缘开关( GIS) 的部分放电检测体系DiSP2PD ,这类DiSP2PD 体系除AE 处置外,还可供给参数输出通道,以便记实压力、温度和湿度等参数,进步鉴定的切确度,至2002 年,已对几十台大型电力变压器停止了部分放电的测试。
1. 2  声发射传感器
传感器是声发射检测的一个首要关键,它将感遭到的部分放电声发射信息以电旌旗灯号的情势输出。在变压器部分放电的丈量中,声发射传感器的谐振频次普通都挑选在150kHz。固然部分放电及其所发生的声发射旌旗灯号具备必然水平的随机性,每次部分放电的声波旌旗灯号频谱差别,但全部部分放电声波旌旗灯号的频次散布规模却变更不大,根基处于50~300kHz 频段。别的,传布媒质对声波领受系数随频次的平方增加,是以体系最好操纵低频段的声波旌旗灯号,以保障其活络度,同时应避开变压器铁芯本身振动、噪声和别的电磁噪声等搅扰。在传感器品种方面,以谐振式传感器最为多见。文献[2 ]中接纳的光纤传感器具备体积小、份量轻、呼应快、活络度高、抗电磁搅扰才能强和能停止非打仗丈量等长处,并且能够将传感器伸入到变压器油乃至绕组中停止丈量,有用削减了声波传布路子和电磁搅扰对部分放电旌旗灯号丈量的影响。
2  部分放电旌旗灯号的定位丈量方式
初期的野生丈量方式普通接纳在变压器外壁安排数个声发射传感器,根据领遭到的声发射旌旗灯号环境,在丈量进程中调剂传感器的地位,连系部分放电声脉冲达到差别传感器的时候差和声脉冲在介质中的传布速率计较出旌旗灯号的传布路子长度之差,再操纵响应的多少干系肯定部分放电源在变压器中的地位。该方式一次只能对一个放电源停止探测和定位,并且请求放电旌旗灯号是持续的,是以在详细操纵中有着很大的范围性[3 ] 。
跟着声发射装备和旌旗灯号处置手艺的成长,已能够实现对变压器部分放电的主动在线丈量和定位。操纵这类探测体系须要在变压器油箱外表安排多达20 个以上的声发射传感器,以记实部分放电声脉冲旌旗灯号。若是能够的话,还需同时记实负载、温度等外部参数作相干阐发。
2. 1  定位现实
现场经常使用的定位方式首要有V 形曲线法、双曲面法和球面定位法,跟着对声波传布机理研讨的深切,呈现了挨次定位法和情势辨认法等[4 ] 。
2. 1. 1  V 形曲线法
该定位法基于电2声触发的定位道理,即同时丈量出放电的电旌旗灯号和声旌旗灯号,以部分放电的电旌旗灯号作为触发基准旌旗灯号,声波的间接传布时候便是电、声旌旗灯号的时候差。在部分放电源四周地区内,将传感器沿油箱外表分开摆列,排成水平和垂直两个标的目的,每一个标的目的最少取8~10 点,以沿油箱壁外表分开的丈量点间隔数值为纵坐标,响应的部分放电源到各点的时候T 为横坐标,作出V 形曲线。其极点为油箱壁上对应于部分放电源的比来点,该点时候即为部分放电源声波向油箱壁直射传布时候,用直射波传布路子所颠末的介质分层计较与此时候比拟较,便可求得部分放电源的地位。该方式简略直观,其最大特色是不计声速,但用这个方式计较时,假设
部分放电源到各传感器的声速不异。此方式只是在部分放电源四周地区内最有用。
2. 1. 2  双曲面定位法
该定位法基于声2声触发的定位道理,即选用一起声旌旗灯号触发其他声旌旗灯号,定位时挑选某传感器为参考传感器,以此为基准,丈量统一部分放电超声旌旗灯号传布到别的传感器时所对应的绝对时差。设传感器S i ( x i , yi , z i ) 与参考基准传感器S 1 ( x1 , y1 , z 1)的绝对实测时差为τi1 ( i = 1 , 2 , 3 , …, m , 且m ≥4) ,则响应声波旌旗灯号的传布时候差τi1 = t i - t1 , v 为传布声速,得传布间隔差为
式(1) 称为双曲面方程,知足该方程的点便是双曲面上的点。若测出m - 1 个绝对时差τi1 ,同时已知声速v 及各传感器坐标时,则可由式(1) 和(2) 求出部分放电源的地位。
2. 1. 3  球面定位法
该定位法可选用电2声触发或声2声触发的定位道理。基于电2声触发的定位道理,在变压器外壳的统一正面上,安顿m 个领受超声波信息的传感器,以电旌旗灯号为触发旌旗灯号, 以测得的电旌旗灯号与超声波旌旗灯号的提早时候Ti ( i = 1 , 2 , 3 , …, m) 作为从放电点P( x , y , z ) 达到各传感器S i ( x i , yi , z i ) 的传布时候,以等值声速v 乘以提早时候Ti 而获得放电点到传感器的空间间隔v Ti 。由此获得球面方程
若测出m - 1 个绝对时差τi1 ,同时已知声速v 及各传感器坐标时,用最小二乘法求解, 获得x , y , z 和Ti ,从而可肯定部分放电源的地位。
2. 1. 4  挨次定位法
该定位法是根据在一个牢固放电点上所发生的超声波达到差别传感器的挨次定出放电地区, 并不供给一个切当的放电地位。将一组传感器阵列安排在统一立体上, 当某一牢固声源的声波达到该立体时, 传感器1 起首领遭到旌旗灯号,由传感器1 与其四周传感器的等分线组成的地区称为对牢固声源定位的主区。随后传感器2领遭到旌旗灯号, 根据等分线分开准绳, 定出子地区2 ,接着传感器3 领遭到旌旗灯号, 定出子地区3 , ……, 顺次类推,对统一声源领遭到旌旗灯号的传感器个数越多,所得的子地区越小, 定位的切确度就越高。将传感器阵列与计较机组成定位体系, 由图象显现或靠野生肯定放电地区,这两种方式都是很是简洁易行的。此定位法对声速和传感器的地位请求不高。是以在现场中能获得较好的成果。
2. 1. 5  情势辨认定位法
该定位法基于声2声触发的定位道理,以四个传感器为限,给出了操纵提早时候τ定位的数学模子方式。其根基道理为:设有规范情势矢量f 0i和待鉴定情势矢量f i ( i= 1 ,2 , …, m) ,取其欧式绝对间隔
逐一求解变压器中每一个子模块所对应的规范情势矢量和待鉴定情势矢量的空间间隔, 两间隔最小的子模块地点的地位就能够是放电点。借助计较机, 该方式实行简略,定位精度高,降服了原有计较定位法中存在的题目。但在现实定位中, 对声速的取值和放电提早时候的丈量仍需进一步研讨。
2. 2  影响定位精度的身分
尝试室前提下,操纵声波丈量法能够探测到10pC 的部分放电,并且给出准肯定位。而在现场操纵时,精度远远达不到10pC ,首要缘由有两点[5 ] 。
2. 2. 1  现场测试前提的搅扰
现场测试时,变压器死心噪声、油泵噪声和环境噪声城市对声发射传感器的活络度发生影响。统计阐发标明,环境噪声凡是为低频波,不较着的延时景象;死心和油泵噪声为窄带宽峰值波。当部分放电声脉冲的频次高于100kHz 时,其波形与上述几种搅扰波形有较着差别,易于辨认,但当其频次低于100kHz 时,死心噪声中的某些高频份量就会稠浊在部分放电声脉冲中。别的,声发射传感器油箱外表装置前提、油箱热收缩、下雨等气候前提城市对声传感器的活络度发生影响。
2. 2. 2  旌旗灯号通报路子对定位切确度的影响
变压器外部布局庞杂,具备多种声传布介质,如绝缘件、变压器油和金属等,它们的声速差别很大,如许就会呈现一个沿金属构件传布的部分放电声脉冲旌旗灯号,固然传布路子远远擅长统一旌旗灯号沿变压器油的传布路子,却先达到声传感器,形成该传感器距部分放电点更近的假象。是以,操纵声波丈量法鉴定变压器外部部分放电和肯定部分放电源地位不能单方面地依靠仪器的丈量成果,应当把丈量成果与变压器详细布局相连系,也可与传统的变压器油色谱阐发法连系起来,相互补充以求最好的检测结果。
3  部分放电声发射旌旗灯号的情势辨认
20 世纪90 年月以来,情势辨认方式起头用于部分放电辨认,来取代放电谱图的目测法,这明显进步了辨认的迷信性和有用性。情势辨认的重点是特点提取(即放电指纹的获得) 和特点空间的分别(即辨认算法的挑选) 。在辨认方式中,基于野生神经收集的情势辨认是最为经常使用的方式之一。这类方式是将所提取的特点作为收集的输出,操纵已知的放电样本来转变收集中各层神经元的加权系数来实现进修,最初牢固加权系数,停止放电范例辨认,经常使用的有BP 收集、自构造特点映照收集、LVQ 收集和ART 收集等[6 ] 。
用野生神经收集辨认部分放电时,由φ2q2n 谱图提取的特点量少则十几个,多则几百个,使得神经收集的输出较多,神经元个数增加。文献[7 ]接纳分形现实对部分放电声波旌旗灯号的时域脉冲波形停止阐发,操纵阐发参数提取部分放电特点,这能够有用减小特点量个数,再操纵基于BP 法的神经收集来辨认差别特点,从而对部分放电情势停止辨别。
4  总结
能够看到,声发射丈量变压器部分放电具备一些电气方式所不的长处,比来几年来计较机手艺、声发射装备和电子手艺的疾速成长,为声发射检测方式的普遍操纵供给了坚固的物资根本。但如后面所述,在现场操纵中,因为遭到各类身分的搅扰,检测活络度和定位的切确度都遭到必然影响。在今后的成长中,不只要对检测体系硬件停止完美,还要从定位现实、辨认算法等方面作进一步研讨,别的还应加倍深切地切磋部分放电的现实根本,寻觅在差别的绝缘体系中,放电环境下绝缘老化的性子、情势和水平与检测旌旗灯号之间的干系,从而进步诊断论断的迷信性。

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