高压仪用变压器和用于局部放电识别的方法与流程

1.本发明涉及具有测量组件和绝缘体的高压仪用变压器，并且涉及用于局部放电识别的方法。


背景技术：

2.高压仪用变压器测量从千伏到超过一千千伏的高压。在输电网中和/或在高压单元例如高压开关、套管、电涌放电器和/或变压器处，高压仪用变压器测量电压以监测各单元的正常工作以及/或者例如在超电压下切换单元。高压仪用变压器无误可靠持续的运行对于输电网和/或电气单元是必要的，以防止昂贵的损坏和故障。
3.为了正常运行，在运行期间必须监测仪用变压器。当前，基于在服务操作期间进行的连续测量，基于时间的维护优选于基于状态的维护。局部放电是致使故障预测的最明显的指标之一。监测局部放电的发展因此具有根本的重要性。局部放电发生在固体绝缘体处或固体绝缘体中以及用于绝缘的流体中，例如sf6、洁净空气和/或油。
4.固体绝缘体处或固体绝缘体中的局部放电在空隙、裂纹、杂质或夹杂物内开始，特别地在导体-电介质界面处开始，并且在液体中，局部放电特别地在气泡、杂质或夹杂物中开始。由于局部放电仅限于绝缘的一部分，所以放电仅部分地桥接导体之间的距离。随着局部放电开始，高频瞬态电流脉冲将出现并且持续几纳秒至几微秒。然后电流脉冲消失并且在正弦波穿过过零点时重复地再出现。由于高压和高水平的电背景噪声，局部放电的检测和测量是困难、复杂且成本密集的。特别地在运行中，高压应用中的局部放电难以识别和确定，并且损坏和/或电损耗可能是巨大的。
5.局部放电的测量例如通过外部天线和/或外部传感器来执行。例如，与仪用变压器间隔开的电气单元的接地金属支承框架用于测量局部放电信号。局部放电在接地金属制品、例如电气单元的接地金属支承框架的表面上引起电压尖峰，电压尖峰被测量为电压信号和/或电流信号。检测局部放电的另一方法使用布置成与仪用变压器间隔开的超声波声音传感器。特别地，在现场测量期间，以上所描述的方法仅提供了较低的灵敏度，需要具有高复杂性的成本密集型设备。


技术实现要素：

6.本发明的目的是克服上述问题。特别地，本发明的目的是提高局部放电识别和确定的灵敏度，在服务操作期间能够进行连续测量，通过使用较少复杂性的设备实现局部放电测量来减少成本，从而减少噪声并提高测量结果。
7.通过具有测量组件和绝缘体的高压仪用变压器来实现以上目的，其中，高压仪用变压器包括用于局部放电测量的至少一个传感器。
8.未与高压仪用变压器间隔开、但由高压仪用变压器包括的、用于局部放电测量的传感器提高了局部放电识别和确定的灵敏度，实现了在服务操作期间的连续测量，通过使用较少复杂性的设备实现局部放电测量减少了成本，减少了噪声并提高了测量结果。
9.至少一个传感器可以是暂态对地电压传感器(transient earth voltage sensor)。暂态对地电压传感器例如用于测量气体绝缘开关设备的接地屏蔽上的感应电压，但是也能够捕获传导信号。由高压仪用变压器包括的至少一个暂态对地电压传感器可以直接在高压仪用变压器的绝缘体处和/或绝缘体中测量局部放电、特别是呈电压峰值和/或电流峰值形式的局部放电，从而增加了局部放电测量的灵敏度和可靠性并在服务操作期间实现连续测量。
10.至少一个传感器、特别是暂态对地电压传感器可以布置在、特别地直接布置在接地屏蔽上。至少一个传感器、相应地传感器可以电连接至接地屏蔽，特别地，传感器布置在接地屏蔽上。暂态对地电压传感器可以布置在接地屏蔽上并电连接至接地屏蔽。局部放电优选地沿着电容路径传播。在高压仪用变压器的情况下，当局部放电开始时，局部放电通过例如由铝制多重护罩表示的套管电容传播至被屏蔽的地线，从而创建闭合回路。从这个闭合回路中提取可测量的信号是困难的。但是，由于高压仪用变压器例如被设计为具有套管的连接至接地屏蔽的外护罩，所以至少一个传感器、特别是暂态对地电压传感器的连接件通过较低的成本和复杂性的简单设备实现了具有高灵敏度、随时间连续的局部放电测量。信号在流动通过套管之后穿过接地屏蔽以使电路“闭合”，从而实现可靠的局部放电测量。
11.替代性地和/或附加地，高压仪用变压器的套管的外护罩可以电连接至接地屏蔽。
12.替代性地和/或附加地，至少一个传感器可以布置在、特别地直接布置在绝缘体的外表面上。
13.替代性地和/或附加地，至少一个传感器可以布置在绝缘体的内侧、特别地直接布置在绝缘体的表面上。
14.附加的传感器可以提高灵敏度和/或可靠性并且添加其他信息来测量信号，从而通过较低的成本和复杂性的简单设备实现灵敏度高、随时间连续测量，以通过之前所描述的优势、例如防止输电网和/或电气单元的损坏和/或破坏可靠地检测和确定局部放电。
15.至少一个传感器可以连接至监测系统、特别地连接至连续和/或在线监测系统。监测系统、特别是连续和/或在线监测系统可以包括计算机、和/或云中的元件和/或移动元件，以用于连续监测和/或根据服务间隔进行监测。局部放电的可靠监测、特别是实时监测实现了快速行动，以防止输电网和/或电气单元的损坏和/或破坏。基于状态的维护是可能的，从而防止较高的成本和损坏，并且减少与基于时间的维护、例如在预限定时间段内的维护相关的工作。
16.仪用变压器可以被设计成用于千伏直到1200kv的范围中、特别是15千伏直到1200kv的范围中的电压。
17.一种用于如上所述的高压仪用变压器中的局部放电识别的方法，包括检测来自用于局部放电测量的至少一个传感器、特别是暂态对地电压传感器的信号。
18.该方法可以包括
[0019]-将所检测的信号从时域变换为频域
[0020]-切断高于限定阈值的频率
[0021]-将所截取的信号从频域再变换为时域，以及
[0022]-对所检测的信号与所截取的信号的信息内容进行确定和比较
[0023]
所检测的信号和所截取的信号的具有相当的、特别地相等的信息内容的信号可以
被识别为噪声，以及/或者与所检测的信号信息内容相比所截取的信号的具有较低信息内容的信号可以被识别为包括局部放电信息的信号。
[0024]
可以通过香农熵(shannon entropy)的计算来执行信息内容的确定。熵是对信息的信息内容的平均值的测量。可以计算信号的信息内容。克劳德
·
艾尔伍德
·
香农(claude elwood shannon)定义了对于确定数量的字符z的离散的、无记忆信息源的熵、相应地离散随机变量h。信息内容i(z)＝-log2pz分配给事件z、相应地信号值的每个可能性p。字符z的熵定义为带有字符z将出现的可能性pz的信息内容h1＝-σpzlog2pz的期望值。具有不同可能性的被加数没有添加到每个定义的总和。长度为n的符号w的熵为带有符号w将出现的可能性pw的hn＝-∑pwlog2pw。通过h＝lim(n
→
∞)hn/n，可能性h导出为极限(limes)n
→
∞。
[0025]
噪声信号没有信息内容，因为信号值是随机的。切断高频不会改变香农熵，因为信息没有丢失。对于局部放电信号，切断频率减小了香农熵，因为信息内容丢失了。所测量的信号的香农熵与所截取的信号的香农熵的比较对于纯噪声的结果是相同的值，以及对于包括局部放电的信号，与所测量的信号的香农熵相比，所截取的信号的香农熵的值较低。通过以上所述的优势可以识别局部放电的出现，并且可以计算局部放电的值。
[0026]
结合根据本发明的、如上所述的用于高压仪用变压器中的局部放电识别的所述方法的优势与先前结合高压仪用变压器描述的优势类似。
[0027]
根据本发明的方法使用较低复杂性的设备通过截去所测量信号的高于一定阈值的较高频率之后分析信号的信息内容来识别和区分局部放电和噪声而实现了局部放电测量，从而减少噪声并提高测量结果。
[0028]
对信息内容的较快且特别地自动的确定和/或比较允许例如随时间监测局部放电事件和快速行动以例如通过断开电气管线来保护设备。对于设备、相应地一次和/或很多次显示局部放电事件的单元可以开始维护。经由有线互联网或移动网络可以例如在现场和/或在线产生和/或传送警告信号，或者例如在一段时间内经由互联网可以在线监测局部放电事件。
附图说明
[0029]
参照附图中示出的说明性实施方式，在下文中进一步描述了本发明，在附图中：
[0030]
图1以截面图示出了根据本发明的具有用于测量局部放电的位于接地屏蔽10上的暂态对地电压传感器9的高压仪用变压器1。
具体实施方式
[0031]
在图1中，示出了根据本发明的高压仪用变压器1。高压仪用变压器1包括具有绝缘体5和容器6、特别是高压容器的壳体2。绝缘体5是中空柱形的，在外表面上具有裂口以增加漏电流长度。柱形绝缘体5通过超压器件8、特别是爆破片和位于顶部上的高压端子12直立布置在容器6上。在千伏直到1200kv的范围中的高压可以经由端子12施加至高压仪用变压器1，以测量例如输电网中和/或电气管线处、以及/或者类似套管、高压开关、变压器和/或电涌放电器的电气单元处的电压。
[0032]
绝缘体5由材料例如陶瓷、硅树脂和/或复合材料制成和/或包括材料例如陶瓷、硅树脂和/或复合材料。容器6由材料例如类似铝、钢和/或铸铁的金属制成和/或包括材料例
如类似铝、钢和/或铸铁的金属。容器6布置在具有例如由混凝土基层上的钢制成的接地连接件的基部7上。具有例如电端子和/或电子设备的端子盒13布置在容器6的外侧，例如以测量电压、处理信号并传递信号/信息来监测装置。例如，特别地用于在线监测移动单元和/或互联网所用的数据电缆单元/在线单元类的计算机、感应盒、数据接收器和/或发射器布置在端子盒13中。
[0033]
测量高压的测量组件布置在例如容器6中，测量组件特别地包括主绕组3和电压变压器铁芯4。高压仪用变压器1的位于绝缘体5顶部上的高压端子12经由套管11电连接至容器6中的测量组件，套管11特别地包括由铝、钢和/或铜制成的金属棒。金属棒由例如嵌置在绝缘体纸中的控制电极环绕，为了简明起见，绝缘体纸未在图1中示出，并且例如由类似铜、铝和/或钢的金属制成的接地屏蔽10布置在从绝缘体5到容器6的通道处。绝缘体5和容器6特别地由用于绝缘的流体15、例如类似sf6、洁净空气的绝缘气体和/或类似油的绝缘液体填充。
[0034]
根据本发明，局部放电传感器9、特别是暂态对地电压传感器布置在接地屏蔽10处、特别地直接布置在接地屏蔽10上以及/或者电连接至接地屏蔽10。局部放电优选地沿着电容路径传播。当局部放电在绝缘体5中或绝缘体5处开始时，局部放电通过例如由铝制多重护罩表示的套管电容传播至被屏蔽的地线，从而创建闭合回路。在流动通过套管之后，信号穿过接地屏蔽以使电路“闭合”，从而实现可靠的局部放电测量。
[0035]
替代性地和/或附加地，为了简明起见未在图1中示出，高压仪用变压器的套管的外护罩可以电连接至接地屏蔽。替代性地和/或附加地，为了简明起见未在图1中示出，另一传感器可以布置在、特别地直接布置在绝缘体5的外表面上、和/或绝缘体5的内侧、特别地直接布置在绝缘体的表面上。
[0036]
局部放电传感器9、特别是暂态对地电压传感器例如通过连接线材14电连接和/或光连接至端子盒13。通过传感器9测量的信号直接或经处理传递至端子盒13，例如将进一步被处理并传递到中央控制室、至移动设备以及/或者将局部地显示在例如警戒灯处。例如经由移动和/或电缆/互联网连接到云中的中央控制和/或装置，通过传感器9对高压仪用变压器1的状态的连续或特别地在预限定时间段中的监测是可能的。
[0037]
局部放电是电绝缘在电极之间的高压处的局部介电击穿，从而在绝缘体5中或绝缘体5处引起交变电压和/或电流。局部放电信号例如以电压随时间的形式进行测量。局部放电信号与端子12处的高压相比是小的，与局部放电的微微库伦信号、即小的电压和电流信号相比，端子12具有例如千伏直到1200kv的范围中的高压。在绝缘体5处或绝缘体5中，局部放电例如在空隙、裂纹、杂质或夹杂物内、特别地在导体-电介质界面处开始，并且在液体中，局部放电特别地在气泡、杂质和/或夹杂物中开始。局部放电仅限于绝缘的一部分。放电仅部分地桥接电极之间、相应地电导体之间的距离。
[0038]
随着局部放电开始，高频率瞬态电流脉冲出现并且持续几纳秒至几微秒。然后电流脉冲消失并在例如正弦波穿过过零点时重复地再出现。局部放电信号在持续时间中是短的并且在几纳秒的范围中呈现电流上升时间。例如由于电晕、串扰和其他影响的高水平的电背景噪声使局部放电在高压/电流的测量信号内的正确测量和简单识别以及确定变得困难。
[0039]
由于短的持续时间并且由于在高压应用中的局部放电电流的几纳秒范围中的上
升时间，在电压/电流相对于时间的曲线中，噪声与局部放电之间的可视化和区别是困难的。为了识别局部放电和/或为了确定局部放电的值，根据本发明，研究了信号s的信息内容i。随时间测量的信号s(t)例如通过傅里叶变换和/或离散余弦变换从时域变换为频域。切断预限定的频率极限f
lim
之上的频率f，并通过移除高于f
lim
的频率处的信号分量来获得所截取的信号。频率极限f
lim
的值例如每次均限定在监测活动、相应地测量开始处。在移除高于预限定的频率极限f
lim
的频率f之后的步骤中，信号被变换回、相应地从频域再变换为时域。
[0040]
局部放电信号包含信息，而噪声信号不包含信息。噪声信号在自身中是完全不相关的。通过从时域切换为频域，每个分量均具有全局信息ii的一部分。通过切断高于频率极限f
lim
的信号的部分，如果所测量的信号包括部分放电并且不仅仅包括噪声，则信息丢失。根据本发明，方法、相应地算法将例如通过计算香农熵来从采样信号中提取信息，并且将采样信号的信息内容与通过切断高于频率极限f
lim
的信号的频率而导出的所截取的信号的信息内容进行比较。
[0041]
特别地通过本地计算机和/或在云中、如以上所述例如通过计算香农熵来计算所测量的信号、相应地采样信号的信息内容，并且特别地通过本地计算机和/或在云中、类似地如以上所述例如通过计算香农熵来计算所截取的信号、相应地切断频率之后的信号的信息内容。两种计算例如在测量时立即执行或一个接一个分开执行、或以预限定的顺序执行。在移除频率分量之后，例如通过积分逆变换、特别地通过傅里叶变换和/或离散余弦变换来获得所截取的信号的时域信号。所测量的信号和所截取的信号的信息内容的确定是类似的，例如在两种情况下，通过计算香农熵来确定。
[0042]
所测量的信号与所截取的信号的信息内容的比较引起局部放电的识别和/或确定。例如通过计算机和/或在云中、例如手动和/或自动地执行比较。比较信号的方法包括例如所测量的信号与所截取的信号的信息内容的除法和/或减法。对于除法，如果所测量的信号包括局部放电，则结果小于1。没有局部放电为准确或主要是1的除法结果，因为信号仅包括噪声，并且通过切断频率没有丢失信息。
[0043]
局部放电的识别和/或确定具有如上所述的优势，例如可能引发和/或传送警告并且触发进一步的动作，例如断开电压和/或将高压单元从输电网断开连接以避免单元的损坏和/或破坏/故障。局部放电测量结果也提供了质量评估和诊断结果。局部放电例如是被测高压仪用变压器1的状态的指标。局部放电在工厂质量测试中执行，以显示所生产的单元的实际功能。在具有许多背景噪声的输电网中进行操作时，在高压单元、例如高压开关、套管和/或变压器上的在线监测是可能的。
[0044]
本发明的上述实施方式还可以组合使用以及与从现有技术已知的实施方式结合。例如，通过执行一次步骤、特别是如上所述的所有步骤可以检测局部放电。通过执行该步骤、特别地重复如之前所述的所有步骤来达到更高的可靠性。确定局部放电的迭代方法可以包括确定频率极限f
lim
的值。迭代方法可以包括重复根据本发明的步骤，并且改变切断频率极限f
lim
，直到随着频率极限f
lim
的变化，香农熵发生变化和/或香农熵没有发生变化为止。
[0045]
其他传感器、特别是暂态对地电压传感器、光学传感器、声学传感器和/或电传感器可以由高压仪用变压器1包括以及/或者与外部传感器结合使用，以提高灵敏度和/或可
靠性并且添加其他信息来测量信号，从而通过较低的成本和复杂性的简单设备来实现高的灵敏度、随时间的连续测量，以通过如上所述的优势、例如防止电气单元和/或输电网的损坏和/或破坏来可靠地检测和确定局部放电。
[0046]
附图标记列表
[0047]
1 高压仪用变压器
[0048]
2 壳体
[0049]
3 测量组件的主绕组
[0050]
4 测量组件的电压变压器铁芯
[0051]
5 绝缘体
[0052]
6 容器
[0053]
7 具有接地连接件的基部
[0054]
8 超压器件、特别地为爆破片
[0055]
9 局部放电传感器
[0056]
10 接地屏蔽
[0057]
11 套管
[0058]
12 高压端子
[0059]
13 端子盒
[0060]
14 端子盒与局部放电传感器的电连接件
[0061]
15 用于电绝缘的流体、特别地为绝缘气体和/或油