一种适用于特高压换流变压器绕组内部局部放电定位方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开一种适用于特高压换流变压器绕组内部局部放电定位方法及装置，按数据流向连接顺序依次包括：DFB激光器、光纤起偏器集成模块、单相三柱并联结构传播电路、光纤检偏器集成模块、PIN光电探测器及处理模块、16通道局部放电同步检测系统、特高压换流变压器绕组内部局部放电定位系统；在单相三柱并联结构传播电路中内置16个光纤电流传感单元，获取局部放电信号比例关系，并分析与外接阀侧套管、网侧套管和铁心接地的局部放电信号的关联特征，实现换流变压器现场局部放电试验中干扰信号的辨识及多柱并联网侧及阀侧放电源的定位。可有效地判别设备绝缘状况，为专家综合评估特高压换流变性能提供依据。
【专利说明】一种适用于特高压换流变压器绕组内部局部放电定位方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明属于输变电设备【技术领域】，特别涉及一种± IlOOkV大容量特高压换流变压器绕组内部局部放电定位方法及装置，适用于出厂或现场特高压换流变压器长时感应耐压和外施直流耐压带局部放电试验抗干扰和绕组内部放电源定位。
【背景技术】
[0002]随着IOOOkV特高压交流输电工程的顺利开展和实施，更高电压等级直流输电技术的发展和应用成为电力新技术应用热点和电网规划的主要内容。利用±800 kV直流研究成果，借鉴1000 kV交流特高压发展经验，直流输电系统可通过直流电压等级提高至±1100 kV来大规模增加输电容量，且选用±1100 kV特高压直流能减少建设直流工程数目、降低线路损耗、节约资金投入。
[0003]当前，准东?四川特高压直流输电工程规划2015年左右建成投产，输电电压等级为±1100kV，输电容量10000MW。直流工程送电线路起点为新疆换流站，途经新疆、甘肃、陕西、四川4省区，落点四川换流站，线路长度约2600km。特高压换流变压器是特高压换流站内最重要的设备之一，其功能是将500kV(或750kV UOOOkV)网侧交流电压通过变压器变为阀侧交流电压，经换流阀整流为±1100 kV直流传输，在运行中换流变压器阀侧绕组同时承受直流、交流、冲击、谐波等多种电压形式的叠加作用，对于绝缘耐受能力要求更高，在直流偏压情况下，设备绝缘内部空间电荷的积聚、迁移和消散特性导致换流变压器运行环境更为恶劣；在换相的瞬间或系统输送能量反相时，还要承受极性反转电压，容易造成出线装置局部电场集中，威胁设备安全。
[0004]超声波检测技术是近年来逐渐兴起的一种检测方法。在变压器中发生局部放电时，会伴随有声波能量的放出，声波在不同介质(油纸、隔板、绕组和油等)中向外传播，到达固定在变压器油箱壁上的声发射传感器，可以对局放源定位，然而放电源和传感器之间的传播路径复杂，等效传播速度难以确定，且在声发射信号在不同介质中传播会衰减等，对局放源定位造成一定困难，其中绕组内部放电无法进行定位。现场局部放电时，试品处于复杂的电磁干扰环境中，致使微弱的局部放电信号淹没在很强的各种干扰中，从而很难获得真正的有用信息，也就不能获得设备真实的绝缘状况，其可靠性、安全性得不到保证。
[0005]有鉴于此，有必要提供一种适用于特高压换流变压器绕组内部局部放电定位方法及装置，实现换流变压器长时感应耐压或外施直流耐压带局部放电试验干扰识别和绕组内部放电定位功能，以解决上述问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是:针对特高压换流变压器现场局部放电抗干扰能力和放电定位技术的不足，本发明提供一种特高压换流变压器局部放电抗干扰和绕组内部放电定位方法及装置，通过内置于不同绕组出线端的光纤电流传感器获取局部放电信号比例关系，并分析与外接阀侧套管、网侧套管和铁心接地的局部放电信号的关联特征，实现换流变压器现场局部放电试验中干扰信号的辨识及多柱并联网侧及阀侧放电源的定位，可有效的判别设备绝缘状况，为专家综合评估特高压换流变性能提供依据。
[0007]为实现上述目的，本发明提供一种适用于特高压换流变压器绕组内部局部放电定位装置，其特征在于，按数据流向连接顺序依次包括:DFB激光器、光纤起偏器集成模块、单相三柱并联结构传播电路、光纤检偏器集成模块、PIN光电探测器及处理模块、16通道局部放电同步检测系统、特高压换流变压器绕组内部局部放电定位系统；其中在单相三柱并联结构传播电路中，分别在铁心接地、阀侧套管、阀侧绕组、网侧套管、网侧绕组和调压绕组出线内置全光纤电流传感单元16个，并分别编号为f 16，各传感单元其具体位置如下:I为外接铁心接地光纤电流传感单元；2、3和4为三柱铁心接地出线内置光纤电流传感单元；5和6为外接阀侧套管末屏接地光纤电流传感单元；7、8和9为三柱阀侧绕组上端部出线内置光纤电流传感单元；10为外接网侧套管末屏接地光纤电流传感单元；11、12和13为三柱网侧绕组上端部出线内置光纤电流传感单元；14、15和16为三柱调压绕组上端部出线内置光纤电流传感单兀;DFB激光器用于福射出光束；光纤起偏器集成模块用于将光束变成偏振光，分别进入I至16路传感单元，其偏振态经局部放电脉冲电流产生磁场的调制后，经光纤检偏器集成模块形成与起偏器偏振方向同向和倾斜45°夹角的两束光信号,通过PIN光电探测器及处理模块检测，并处理相应通道同向与异向光束转换的电信号，获取f 16路待测脉冲电流信号，经同轴屏蔽电缆传输至16通道局部放电同步检测系统，经初步分析并将诊断结果传输至特高压换流变压器绕组内部局部放电定位系统。
[0008]本发明提供的一种适用于特高压换流变压器绕组内部局部放电定位方法，采用如上所述的适用于特高压换流变压器绕组内部局部放电定位装置，其特征在于，采用全光纤电流传感器对各绕组传播的局部放电高频脉冲电流信号进行监测，即通过DFB激光器福射出光束，经光纤起偏器集成模块后，成为偏振光，分别进入I至16路传感光纤,其偏振态经局部放电脉冲电流产生磁场的调制后，经光纤检偏器集成模块形成与起偏器偏振方向同向和倾斜45°夹角的两束光信号，通过PIN光电探测器及处理模块检测，并处理相应通道同向与异向光束转换的电信号，获取f 16路待测脉冲电流信号，经同轴屏蔽电缆传输至16通道局部放电同步检测系统，经初步分析并将诊断结果传输至特高压换流变压器绕组内部局部放电定位系统；其中，16通道局部放电同步检测系统中脉冲信号幅值记为A1-A16，铁心接地监测点=A1~A2+A3+A4,阀侧套管监测点:A5+A6~A7+A8+A9,网侧套管监测点:A1(I ^ An+A12+A13 ;初步对特高压换流变单相三柱并联结构的最大幅值局部放电源位置进行确定的方法是:
1)铁心接地监测点A1存在明显脉冲信号，通过A2、A3和A4脉冲幅值大小判别放电铁心
柱:
若A2~A1，则放电源位于第一铁心柱；
若A3~A1，则放电源位于第二铁心柱；
若A4~A1，则放电源位于第三铁心柱；
若A2、A3和A4之和接近背景，则判定为外界干扰信号；
2)阀侧套管监测点A5和A6存在明显脉冲信号，通过A7、A8和A9脉冲幅值大小判别放电铁心柱:若A7~A5+A6,则放电源位于第一铁心柱；
若A8~A5+A6,则放电源位于第二铁心柱；
若A9~A5+A6,则放电源位于第三铁心柱；
若A7、A8和A9之和接近背景，则判定为外界干扰信号；
3)网侧套管监测点Altl存在明显脉冲信号，通过An、A12和A13脉冲幅值大小判别放电铁心柱:
若A11 ^ Altl，则放电源位于第一铁心柱；
若A12 ^ Altl,则放电源位于第二铁心柱；
若A13 ^ A10,则放电源位于第三铁心柱；
若An、A12和A13之和接近背景，则判定为外界干扰信号。
[0009]本发明的有益效果是:本发明在±1100 kV特高压换流变压器中单相三柱并联各阀侧绕组、网侧绕组和调压绕组上端部出线内置全光纤电流传感单元，可有效准确地辨识放电干扰及放电区域；本发明基于等效电容分布获取局部放电传输比例特征关系，结合局部放电校准方法，建立适用于现场试品的局部放电传输效率标定的特征值；在本发明中阀侧绕组、网侧绕组和调压绕组结构顺序可依据试品结构调整，长时感应耐压带局部放电和直流外施耐压带局部放 电可通过选取不同通道全光纤电流传感单元进行监测。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明的特高压换流变压器单相三柱并联结构脉冲电流传播电路图，图中:101.单相三柱并联结构传播电路；17.铁心接地，18.油箱壁接地，19.阀侧绕组，20.网侧绕组，21.调压绕组；
I为外接铁心接地光纤电流传感单元；
2、3和4为三柱铁心接地出线内置光纤电流传感单元；
5和6为外接阀侧套管末屏接地光纤电流传感单元；
7、8和9为三柱阀侧绕组上端部出线内置光纤电流传感单元；
10为外接网侧套管末屏接地光纤电流传感单元；
11、12和13为三柱网侧绕组上端部出线内置光纤电流传感单元；
14,15和16为三柱调压绕组上端部出线内置光纤电流传感单元；
Cf为阀侧绕组对铁心的几何电容，计算得到各柱绕组对应等效电容；
Cfw为阀侧绕组和网侧绕组之间的几何电容，计算得到各柱绕组对应等效电容；
Cwt为网侧绕组和调压绕组之间的几何电容，计算得到各柱绕组对应等效电容；
Ct为调压绕组对油箱箱壁的几何电容，计算得到各柱绕组对应等效电容；
Cbf为阀侧套管的电容量；Cbw为网侧高压套管的电容量。
[0011]图2为本发明的特高压换流变压器绕组内部局部放电定位方法及装置的结构图，图中:101.单相三柱并联结构传播电路，102.DFB激光器，103.光纤起偏器集成模块，104.光纤检偏器集成模块，105.PIN光电探测器及处理模块，106.16通道局部放电同步检测系统，107.特高压换流变压器绕组内部局部放电定位系统。
[0012]图3为特高压换流变压器电容分布示意图，图中^tTr7为各部分的绝缘半径，H为绕组的电抗高度。[0013]图4为绕组对铁心的电压分布。
[0014]图5为绕组之间的电压分布。
【具体实施方式】
[0015]为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。
[0016]如图1所示，为满足± IlOOkV特高压直流大容量输电工程，国内主要变压器设计单位将特高压换流变压器主体结构设计为单相三柱并联结构，其中Cf为阀侧绕组对铁心的几何电容，计算得到各柱绕组对应等效电容，Cfi为对应第一柱绕组电容，Cf2为对应第二柱绕组电容，Cf3为对应第三柱绕组电容，下文与之相似；CFW为阀侧绕组和网侧绕组之间的几何电容，计算得到各柱绕组对应等效电容；CWT为网侧绕组和调压绕组之间的几何电容，计算得到各柱绕组对应等效电容；CT为调压绕组对油箱箱壁的几何电容，计算得到各柱绕组对应等效电容；CBF为阀侧套管的电容量；CBW为网侧高压套管的电容量。
[0017]本发明中在±1100 kV特高压换流变压器中单相三柱并联各阀侧绕组、网侧绕组和调压绕组上端部出线内置全光纤电流传感单元(如图1中f 16所示)，进行局部放电测量，可有效辨识绕组内部局部放电源区域位置。
[0018]如图2所示，是本发明提供的适用于特高压换流变压器绕组内部局部放电定位方法及装置结构原理图。本发明的特高压换流变压器绕组内部局部放电定位装置包括=DFB激光器102、光纤起偏器集成模块103、单相三柱并联结构传播电路101、光纤检偏器集成模块104、PIN光电探测器及处理模块105、16通道局部放电同步检测系统106、特高压换流变压器绕组内部局部放电定位系统107。
[0019]本发明采用适用于脉冲电流测量，且绝缘特性良好的全光纤电流传感器对各绕组传播的局部放电高频脉冲电流信号进行监测，即通过DFB激光器102辐射出光束，经光纤起
偏器集成模块103后,成为偏振光,分别进入1、2......、16路传感光纤,其偏振态经局部放电
脉冲电流产生磁场的调制后，经光纤检偏器集成模块104形成与起偏器偏振方向同向和倾斜45°夹角的两束光信号，通过PIN光电探测器及处理模块105检测，并处理相应通道同向与异向光束转换的电信号，获取广16路待测脉冲电流信号，经同轴屏蔽电缆传输至16通道局部放电同步检测系统106，初步分析局部放电特征信息，按照诊断结果选择传输至特高压换流变压器绕组内部局部放电定位系统107。
[0020]其中，16通道局部放电同步检测系统106中脉冲信号幅值记为A1-A16，铁心接地监测点=A1 一 A2+A3+A4，阀侧套管监测点:A5+A6 一 A7+A8+A9，网侧套管监测点=A10 一 An+A12+A13。
[0021]初步对特高压换流变单相三柱并联结构的最大幅值局部放电源位置进行确定:
I)铁心接地监测点A1存在明显脉冲信号，通过A2、A3和A4脉冲幅值大小判别放电铁心
柱:
若A2?A1，则放电源位于第一铁心柱；
若A3?A1，则放电源位于第二铁心柱；
若A4?A1，则放电源位于第三铁心柱；
若A2、A3和A4之和接近背景，则判定为外界干扰信号。[0022]2)阀侧套管监测点、和A6存在明显脉冲信号，通过A7、^和~脉冲幅值大小判别放电铁心柱:
若A7~A5+A6,则放电源位于第一铁心柱；
若A8~A5+A6,则放电源位于第二铁心柱；
若A9~A5+A6,则放电源位于第三铁心柱；
若A7、A8和A9之和接近背景，则判定为外界干扰信号。
[0023]3)网侧套管监测点Altl存在明显脉冲信号，通过An、A12和A13脉冲幅值大小判别放电铁心柱:
若A11 ^ Altl，则放电源位于第一铁心柱；
若A12 ^ Altl,则放电源位于第二铁心柱；
若A13 ^ A10,则放电源位于第三铁心柱；
若An、A12和A13之和接近背景，则判定为外界干扰信号。
[0024]1、等效电容计算。
[0025]特高压换流变压器长时感应耐压带局部放电试验中，试品电流呈容性。由于各绕组之间感应电压不同，同一绕组电压(对地)按匝数分配，绕组之间及绕组对地电容呈分布参数，电容电流分布较复杂，可以用一个集中参数来表示绕组之间或绕组对地的等值电容，其数值与各绕组之间及绕组对地的几何电容、变压器励磁时各绕组之间及绕组对地的电压有关。
[0026]I)变压器几何电容计算。
[0027]如图3所示，各电容几何电容计算公式如下:
【权利要求】
1.一种适用于特高压换流变压器绕组内部局部放电定位装置，其特征在于，按数据流向连接顺序依次包括=DFB激光器、光纤起偏器集成模块、单相三柱并联结构传播电路、光纤检偏器集成模块、PIN光电探测器及处理模块、16通道局部放电同步检测系统、特高压换流变压器绕组内部局部放电定位系统；其中在单相三柱并联结构传播电路中，分别在铁心接地、阀侧套管、阀侧绕组、网侧套管、网侧绕组和调压绕组出线内置全光纤电流传感单元16个，并分别编号为f 16，各传感单元其具体位置如下:1为外接铁心接地光纤电流传感单元；2、3和4为三柱铁心接地出线内置光纤电流传感单元；5和6为外接阀侧套管末屏接地光纤电流传感单元；7、8和9为三柱阀侧绕组上端部出线内置光纤电流传感单元；10为外接网侧套管末屏接地光纤电流传感单元；11、12和13为三柱网侧绕组上端部出线内置光纤电流传感单元；14、15和16为三柱调压绕组上端部出线内置光纤电流传感单元；DFB激光器用于辐射出光束；光纤起偏器集成模块用于将光束变成偏振光，分别进入I至16路传感单元，其偏振态经局部放电脉冲电流产生磁场的调制后，经光纤检偏器集成模块形成与起偏器偏振方向同向和倾斜45°夹角的两束光信号，通过PIN光电探测器及处理模块检测，并处理相应通道同向与异向光束转换的电信号，获取f 16路待测脉冲电流信号，经同轴屏蔽电缆传输至16通道局部放电同步检测系统，经初步分析并将诊断结果传输至特高压换流变压器绕组内部局部放电定位系统。
2.一种适用于特高压换流变压器绕组内部局部放电定位方法，采用如权利要求1所述的适用于特高压换流变压器绕组内部局部放电定位装置，其特征在于，采用全光纤电流传感器对各绕组传播的局部放电高频脉冲电流信号进行监测，即通过DFB激光器辐射出光束，经光纤起偏器集成模块后，成为偏振光，分别进入I至16路传感光纤，其偏振态经局部放电脉冲电流产生磁场的调制后，经光纤检偏器集成模块形成与起偏器偏振方向同向和倾斜45°夹角的两束光信号，通过PIN光电探测器及处理模块检测，并处理相应通道同向与异向光束转换的电信号，获取广16路待测脉冲电流信号，经同轴屏蔽电缆传输至16通道局部放电同步检测系统，经初步分析并将诊断结果传输至特高压换流变压器绕组内部局部放电定位系统；其中，16通道局部放电同步检测系统中脉冲信号幅值记为A1-A16，铁心接地监测点-A1 ^ A2+A3+A4,阀侧套管监测点:A5+A6 一 A7+A8+A9,网侧套管监测点:A1Q 一 An+A12+A13 ;初步对特高压换流变单相三柱并联结构的最大幅值局部放电源位置进行确定的方法是: 1)铁心接地监测点A1存在明显`脉冲信号，通过A2、A3和A4脉冲幅值大小判别放电铁心柱: 若A2~A1，则放电源位于第一铁心柱； 若A3~A1，则放电源位于第二铁心柱； 若A4~A1，则放电源位于第三铁心柱； 若A2、A3和A4之和接近背景，则判定为外界干扰信号； 2)阀侧套管监测点A5和A6存在明显脉冲信号，通过A7、A8和A9脉冲幅值大小判别放电铁心柱: 若A7~A5+A6,则放电源位于第一铁心柱； 若A8~A5+A6,则放电源位于第二铁心柱； 若A9~A5+A6,则放电源位于第三铁心柱； 若A7、A8和A9之和接近背景，则判定为外界干扰信号；.3)网侧套管监测点Altl存在明显脉冲信号，通过An、A12和A13脉冲幅值大小判别放电铁心柱: 若A11 ^ Altl，则放电源位于第一铁心柱； 若A12 ^ Altl,则放电源位于第二铁心柱； 若A13 ^ A10,则放电源位于第三铁心柱； 若An、A12和A13之和接近背景，则判定为外界干扰信号。
【文档编号】G01R31/12GK103884967SQ201410049395
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年2月13日 优先权日:2014年2月13日
【发明者】汪涛, 聂德鑫, 邓建钢, 谢齐家, 张连星, 饶文峰, 刘诣, 鄢阳, 全江华 申请人:国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司