变压器中运用超声法检测局部放电的研究

变压器中运用超声法检测局部放咆的研究

陆国俊１

（１

刘刚２

广东电网公司广州供电局中心试验研究所，广州

２

５１０４１０；

华南理工大学、电力学院，广州５１０６４０）

匝摘要卫本文建立了变压器局放的３一Ｄ模型，并运用一定的计算机编程手段进行数学运算以得出超声传感器的坐标。本文还在理论研究的基础之上进行了现场试验验证。在本理论的指导之下利用国际先进的超声检测仪器采集到的变压器局部放电特征图谱对理论进行了很好的验证。匝关键词卫局部放电超声法３一Ｄ模型

１引言

大型电力变压器是整个电力系统中最重要、造价最高的设备之一，同时也是变电站的核心设备，它的运行状况与电力系统的安全运行有直接关系。电气设备故障可以分为三类：机械故障、导体故障和绝缘故障。对实际故障的统计分析表明，大型变压器的运行可靠性很大程度上取决于其绝缘的可靠性。因为绝缘材料长期工作在高电压、高温及自然环境之下，必然会引起物理性质、化学性质的改变，造成机电性能下降，发展到一定程度就会演变成绝缘损坏事故。

局部放电使得电力变压器绝缘退化，与绝缘材料的劣化和击穿密切相关也是劣化的重要征兆和表现形式，严重时可能造成绝缘设备和电缆崩溃。因此，确认此类局部放电的发生并对它进行准确定位对电力系统的运行就显得及其重要，还在一定程度上减少了维修保养的费用。

局部放电的测量方法包括电的和非电的方法，具体说来包括脉冲电流法、气相色谱法、超声波法、光测法、射频检测法、红外热像法。本文要介绍的是超声波法（ＡＥ

ＰＤ

Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）。超声波法用于变压器局

部放电检测可追溯到１９世纪４０年代，但因为灵敏度不高，且易受外界干扰等原因一直没有得到广泛的应用。２０世纪８０年代以来，随基础科学的突飞猛进，超声波法的灵敏度和抗干扰能力得到了很大改善。由于超声波法进行局部放电检测时运用的是超声波信号，所以能很好地避免电磁干扰，且在电力变压器在线或离线时均可采用此方法。

本文建立了变压器局部放电的３一Ｄ模型，并运用一定的计算机编程手段进行数学运算以得出超声传感器的坐标。本文还在理论研究的基础之上进行了现场试验验证。在本理论的指导之下利用国际先进的超声检测仪器采集到的变压器局部放电特征图谱对理论进行了很好的验证。２超声法检测局部放电原理２．１超声法检测局部放电

声发射最初被定义为材料结构快速的能量释放。声发射波中包括声波和超声波两种弹性波，当材料释放能量和压力时弹性波是可以被观察到的。声发射信号可以用布置在变压器外壳上合适的传感器（超声检测探头）检测到，传感器可将声信号转化为电信号然后为数据分析系统所分析。声信号的强度和局部放电所释放出来的能量是成正比的，同时声信号的强度同声信号的振幅也有一定的线性关系。所检测到的声信号波形同局部放电源、检测仪器以及传感器有很大的关系。声信号在变压器内部绝缘介质中传播时会发生衰减，所以离局部放电源不同距离大的传感器会感受到不同程度的衰减。通过对所采集到声信号的处理分析就能确定局部放电的发生并对局部放电源进行定位。２．２声检测法的数学模型

由于声音信号和电信号在变压器内部介质中的传播速度不同，所以两种信号到达传感器的时刻是不同

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二十一世纪输配电技术的创新与发展——第六届输配电技术国际会议论文集

的。设定声音信号和电信号之间传播的时间差就是声音信号的传播时间。因此，局部放电源到第Ｎ个传感器之间的距离可以用以下方程组表示

ｄｉ一√ｉｉ历—了严弓了了百可

：

（ｚ—ｚ１）２－ｂ（ｙ—ｙ１）２－ｂ（ｚ—ｚ１）２一（ｕ。Ｔ１）２—０（ｚ—ｚ２）２４－（ｙ—ｙ２）２－ｂ（ｚ—ｚ２）２一（训。Ｔ２）２—０（ｚ—ｚ３）２４－（ｙ—ｙ３）２＋（ｚ—ｚ３）２一（ｕ。Ｔ３）２一ｏ

（ｚ—ｚ。）２－ｂ（ｙ—ｙ。）２＋（ｚ—Ｚｎ）２一（可。Ｔｎ）２—０

式中（ｚ，ｙ，ｚ）——局部放电源的坐标；（ｚｉ，ｙｉ，盈）——第ｉ个传感器的坐标；

Ｌ——第ｉ个传感器到局部放电源的之间的传播时间；砜——声波在介质中的传播速率。

因此，上面非线性方程组的解集就是局部放电源的坐标。

３声发射传感器布置的研究

众所周知，在声发射测试中，选择适合的传感器是至关重要的。声发射传感器是连接结构与分析仪器之间的桥梁，它的作用是接收材料、结构内部的声发射信号。由于各类声发射传感器在设计和制造时都有一个严格的标准，所以实际运用中可以依据“声发射传感器总表”来选择合适的探头。然而在实际声发射检测过程中，

一般很少共心如何将传感器布置到变压器上面，事实上，如果存在一个最优的探头布置途径来指导实际操作的

话，将会提高声发射信号采集的效率，在选取相同传感器的条件下获取更好的检测效果。３．１传感器在布置时存在最佳位置

现在有一个数学问题：假设有一个边长为咒×咒的正方形，现在要在这个正方形内布置一个点，要求这个点到正方形其他点的距离的最大值最小。如图１所示，当这个点位于正方形中心时，它到正方形其他点的距离的最大值是０．７０７ｎ，不难想象，当这个点的位置改变到任意其他的位置时，这个最大距离都是＞Ｏ．７０７ｎ的。同样当这个数学问题变为在这个正方形内布置四个点并要求这四个点到正方形其他点的距离的最大值最小时，可以用反证法论证这四个点分别位于由原来ｎ×７＂／的正方形等分出来的四个（１／２ｎ）×（１／２ｎ）小正方形的中心。事实上将这个数学问题一般化，即正方形形状改变（甚至维数增加为三维），布置的点数增加，这个距离的最大值的最小值也还是存在的。这一论断是寻找传感器布置时最佳位置的理论依据。在实际建模编程运算后证明了它的正确性。

３．２计算机建模编程

在编程过程中应遵循了由简到繁、由特殊到一般的原则。先由简单的平面

一个点到几个点编起，然后由平面图形转变为立体图形并逐渐增加布点的个数，最后用数学手段将这个空间体优化使之更加接近实际变压器模型。

建立这样—个数学模型：将变压器描述为ｍＸｎＸｋ的长方体，按各边长等分成ｍＸｎＸｋ个小正方体块，规定正方形的边长为１，每个小正方体都是可能发生局部放电的局放源。传感器沿长方体表面布置。

设局部放电发生在第最个体元（ｚ。，Ｙ。，ｚ。）内，则超声波传至第ｉ个探头Ｔｉ（ｚｉ，Ｙｉ，盈）的距离为

ｄｉ一￣／（ｚ一．７Ｅｉ）２－ｂ（ｙ—ｙｉ）２－ｂ（ｚ—Ｚｉ）２

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图１正方形中探头布置的

最佳位置图

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编程的数学逻辑是：首先计算传感器在一定位置时单个个体元到每个传感器的距离，取这些距离的较小值；然后改变体元的位置，比较选择这些较小值当中的最大值；最后改变传感器的位置，比较选择以上最大值的最小值同时记录此时的传感器布置坐标。

实际变压器的内部结构更加复杂，需要对以上模型内部进行优化。可以这样考虑的：由于超声波在变压器油中的传播速度慢于在变压器内部铁芯传播速度，所以在遇到变压器铁芯，在计算距离时加上了一个加权系数（声音在不同材料中的传播速率各不相同，所以加权系数可以随着实际情况的 …… 此处隐藏：3794字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……