电气设备绝缘的在线监测与故障诊断综述(ppt 70页).ppt

1、教学情境五：电气设备绝缘在线监测与故障诊断，电气设备维修方法的发展：20世纪40年代，事故后维修；20世纪60年代，预防性维护；目前，状态维修是发展趋势。事故后维护：电网电压等级低，容量小，故障危害小；预防性维护：110千伏-220千伏电压等级，故障影响扩大；问题：预试验是在停电状态下进行的，没有考虑设备的运行条件和气象条件；测试电压低(一般低于10kV工频)；绝缘在线监测系统的基本框架，关键问题：如何选择传感器和传感性能，如何处理信号数据，如何判断绝缘缺陷，离线电气绝缘预防性试验，离线电气绝缘预防性试验和高压试验有以下缺点：一是需要停电，许多重要的电力设备不能轻易停止运行；二是检测间隔时间长

2、，不能及时发现绝缘故障；第三，停电后的设备状态与运行中的设备状态不一致，影响诊断的正确性。在线检测，在线检测就是连续或周期性地检测电力设备运行状态下的绝缘状况，从而避免上述缺点。此外，建立电气绝缘在线检测系统也是实施电力设备状态维护和建设无人值守变电站的基础。在线检测和状态维修带来的经济效益非常显著。电气绝缘在线检测是一项多学科的综合技术。自20世纪70年代以来，电气绝缘在线检测和故障诊断的技术水平不断提高，大量在线检测产品投入市场。1.1变压器油中溶解气体的检测1.2局部放电的在线监测1.3介质损耗角正切的检测1.1变压器油中溶解气体的检测1.1.1绝缘故障和油中溶解气体的在线监测1.1.2

3、油中溶解气体的在线监测1.1.3油气的分析和故障诊断，当变压器绝缘失效时产生故障气体，并且部分故障气体溶解在油中并进入气体继电器变压器绝缘故障主要分为三类：热故障、电气故障和潮湿绝缘。当断层不同时，溶解在油中的断层气体成分也不同。因此，变压器的绝缘故障可以通过分析油中溶解气体的成分来判断。1.1.1绝缘故障和油中溶解气体，1。过热故障和变压器过热故障是最常见的故障。空载损耗、负载损耗和杂散损耗转化为热量。当产生的热量与散发的热量平衡时，温度达到稳定状态。当发热量大于预期值且散热量小于预期值时，就会发生过热。2.放电故障是由电应力引起的绝缘开裂，根据能量密度不同，可分为电弧放电、火花放电和局部放

4、电。当变压器中的水潮湿时，油中的水和含有水分的杂质很容易形成“水桥”，这将导致局部放电并产生H2。电场作用下的水电解和水与铁的化学反应会产生大量的H2。因此，在湿式设备中，H2在氢气和碳氢化合物总量中所占的比例较高。有时局部放电和绝缘受潮同时存在，并且特征气体基本相同，因此很难仅通过油中的气体分析来区分它们。必要时，应根据外部检查和其他试验结果(如局部放电试验结果和油中微量水分析)进行综合判断。油中溶解气体的在线监测变压器油中溶解气体的在线检测可以根据不同的原理分为不同的类型。根据检测对象，可分为以下几类：测量可燃气体含量(TCG)，包括各种气体的H2、一氧化碳和碳氢化合物含量之和；测量单一气

5、体的浓度；测量各种气体成分的浓度；油中溶解气体在线检测装置主要由脱气、表71油气分离方法比较目前，有三种典型的吹扫方法：载气洗脱法、空气循环法和比色池法。它的基本原理是通过吹气来代替溶解在油中的气体，使油表面的某种气体浓度和油中的气体浓度逐渐达到平衡。波纹管法利用小型电机驱动波纹管反复压缩，多次抽真空，抽出油中的溶解气体，将废油返回变压器。真空泵脱气法是利用常规色谱分析中的真空脱气原理，用真空泵抽取空气来提取油中的溶解气体。废油返回变压器油箱。抽真空方法主要包括波纹管法和真空泵脱气法。分离膜渗透法因其结构简单、成本低、操作方便而得到广泛应用。目前，主要有聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚丙烯、聚四氟乙烯

6、、聚四氟乙烯混合膜、中空纤维膜和无机膜如钯银合金金属膜，其中聚合物透气膜应用更广泛。例如，日本三菱公司使用聚四氟乙烯全氟烷基乙烯基醚(PFA)膜有效去除油中的C2H6。混合气体的分离混合气体的分离通常通过气相色谱柱完成。它通常由玻璃管、不锈钢管或铜管组成，管中的固定相(固体或液体)称为固定相；从上到下移动的相(通常是气体或液体)称为流动相；带有固定相的试管(玻璃管或不锈钢管)是色谱柱。当流动相中的样品混合物通过固定相时，它将与固定相相互作用。由于每个组分的性质和结构不同，与固定相相互作用的类型和强度也不同。因此，在相同驱动力的作用下，不同组分在固定相的停留时间不同，然后以不同的顺序流出固定相。

7、分离过程见图1-1。图11是通过色谱柱分离气体成分的过程的示意图。可以看出，固定相在气体组分的分离中起着决定性的作用。不同性质的固定相适用于不同的分离对象，固定相的材料应根据分离对象进行选择。常用的固定相材料包括活性炭、硅胶、分子筛和聚合物，其主要性能见表7-2。表12油中气体分析用色谱柱的一些固定相材料，3。气体检测，检测油中溶解气体的检测器的基本要求是：足够的灵敏度；选择性好，对共存气体或被测气体以外的物质无反应或反应很少；响应时间和恢复时间较短，恢复时间是指传感器从被测气体恢复到正常状态所需的时间；重复性好，性能稳定，维护方便，价格低廉，抗环境冲击能力强。目前，用于油气检测的气体检测器主

8、要有热导检测器、半导体传感器、催化燃烧传感器、光敏气体传感器、燃烧电池传感器等传感器。热导检测器是一种通用的气体检测器，但用于在线检测时，由于对制造工艺要求高，目前还没有得到广泛应用。目前，燃烧池传感器主要用于检测单个氢气。接触燃烧式气体传感器不受可燃气体周围气体的影响，可用于高温高湿环境。它具有气体选择性好、线性好、响应时间短的优点。然而，如果长时间使用，其催化剂容易劣化和“中毒”，从而导致器件性能下降或失效。半导体传感器灵敏度高，结构简单，使用方便，价格低廉，但稳定性差。热导检测器，TCD检测器被称为热导检测器，它比较两种气体流(纯载气(也称为参考气体)和载气(也称为柱流出物)的热导，载气

9、转移样品成分。探测器有一根电热丝，所以电热丝的温度比电热丝高与常规样品相比，氦和具有较高的热导率，因此通常用作载气以获得良好的灵敏度。然而，当测试样品相同时，应选择N2或氩-甲烷作为载气。氢火焰离子化检测器的全称是火焰离子化检测器。因为氢是常用的，所以它通常被称为氢火焰探测器。它的原理很简单。当有机物通过探测器时，火焰中会产生离子。在极化电压的作用下，喷嘴和集电器之间的电流将增加。通过检测和记录该电流信号可以获得相应的频谱图。一般有机化合物对氢火焰离子化检测器有反应。通常，分子量越高，灵敏度越高。氢火焰离子化检测器是气相色谱最基本的检测器。1.1.3油中气体的分析和故障诊断，1。判断是否有故障

10、，(1)阈值判断法将油中溶解气体的浓度与正常的极限注意值进行比较，可以判断变压器是否有故障。表13变压器油(220千伏及以下)中溶解气体的注意值L/L。(2)根据产气率判断是否有故障，各成分的气体浓度应与产气率相结合，各成分的气体含量在短时间内会迅速增加，但如果不超过规定的注意值，也可判断为故障。绝对产气率是某一种气体每工作小时产生的平均值，计算公式为：相对产气率是某一种气体每月(或换算成两个月)含量增加百分比的平均值，计算公式为：根据规程要求，变压器总烃的绝对产气率可大于0.25毫升/小时，密封式为0.25毫升/小时，相对产气率为10%/月。2.根据断层的性质判断，不同性质断层产生的油中溶解

11、气体成分不同，因此可以据此判断断层的类型。(1)特征气体法(变压器油中溶解气体 分析和判断导则 (DL/T722-2000)在中国，不同断层类型产生的特征气体汇总于表6-4。表14中不同故障类型产生的气体成分和表1-4中总结的不同故障类型产生的油中特征气体成分只能粗略判断充油电力变压器内部故障。因此，国内外通常用油中溶解的特征气体含量来诊断充油的故障性质。变压器油中溶解的特征气体能够反映故障点周围油和纸绝缘的分解性质。不同的断层类型、断层能量和所涉及的绝缘材料，气体组分的特征不同，即断层点产生的烃类气体的不饱和度与断层源的能量密度有着密切的关系。表15判断变压器故障性质的特征气体法一氧化碳和二

12、氧化碳与固体绝缘故障有关。无论何种放电形式，除了氢气之外，就像过热故障一样，只要固体绝缘介入，就会产生一氧化碳和二氧化碳。因此，一氧化碳和二氧化碳可视为油纸绝缘系统中固体物质分解的特征气体。表16特征气体中主要成分与变压器异常状态的关系，(2)三比值法中过热故障引起的故障特征气体主要是CH4和C2H4，而放电故障的主要特征气体是C2H2和H2，因此CH4/H2可以用来区分是放电故障还是过热故障。1-4 CH4/H2与故障类型的关系，表18改进的编码规则三比值法，以及国际电工委员会和中国国家标准推荐的CH4/H2、C2H4/C2H6、C2H2/C2H4来判断故障的性质。C2H2/C2H4代码决定

13、故障类型。“0”代表过热故障，“1”代表高能放电故障，“2”代表低能放电故障。除了特征故障气体法和三比值法之外，还有其他传统的故障诊断方法，如三维图解法、大卫三角形法和四比值法。近年来，数学工具在故障诊断中得到了广泛的应用，一些基于人工智能的故障诊断专家系统已经建立。在实际应用中，由于变压器故障的表现形式和原因复杂，往往综合运用多种方法来获取1.2.1局部放电在线监测系统1.2.2局部放电分析和故障诊断1.2局部放电在线监测1.2局部放电在线监测1.3返回1.5局部放电在线检测可分为两类：电气测量法和非电气测量法。电测法中的脉冲电流法是离线测量电气设备局部放电的基本方法，也是目前在线检测局部放

14、电的主要手段，其优点是灵敏度高。电测量法中的射频测量法也被应用于在线检测。电测量的缺点是现场存在严重的电磁干扰，这将大大降低检测灵敏度和信噪比。1.2.1局部放电在线监测系统，脉冲电流法在线检测的组成及关键技术：电流传感器抗干扰技术，图16局部放电检测系统原理框图，电流信号i1(t)与次级线圈两端感应电压(即输出信号)e(t)的关系为：电流传感器，传感器，宽带电流传感器，即信号电压u(t)与检测电流i1(t)成线性关系，谐振电流传感器， 干扰源：线路或其他邻近设备的电晕放电、内部局部放电电力系统的载波通信、高频保护信号对可控硅整流设备检测到的无线电广播干扰的干扰以及其他周期性干扰。 上述干扰可

15、能通过以下三种方式进入检测系统：(1)来自检测系统的电源，因此检测系统的电源应由隔离变压器加低通滤波器来抑制这种干扰。(2)通过电磁耦合进入检测系统，因此检测系统应屏蔽良好，或采用光电隔离和光纤传输信号，以减少干扰。(3)干扰信号通过传感器进入检测系统，与局部放电信号混合。上述方法不能抑制这种干扰，因此需要采取其他措施。抗干扰技术，选择合适的检测频带，避免干扰频带就地差动平衡系统：差动平衡系统主要用于抑制共模干扰，图1-10差动平衡系统原理图，1.2.2局部放电分析和故障诊断，局部放电信号分析是指如何从测试信号中提取有关放电的信息，一般采用数字信号处理技术。目前，常用的方法主要有：时域分析、频

16、域分析、时频联合分析、人工神经网络分析、局部放电信号分析、时域分析等，是最基本的数学分析方法，如分析放电信号的幅值、幅值与时间(或相位)和放电次数的关系，以及在显示设备上输出信号波形。因此，有必要根据波形采集要求确定所需的采样率和数据长度，并完整记录信号。频域分析，又称频谱分析，是分析某些放电特性在频域上的变化，如幅值谱、相位谱、能谱和功率谱等。目前最常用的方法是快速傅立叶变换。放电类型模式识别是20世纪90年代应用于电力设备放电识别的一种重要诊断方法，目前已广泛应用于局部放电的在线检测和故障诊断。图112是模式识别过程的示意图。变压器绝缘系统中的放电类型很多，不同的放电类型对绝缘损伤有很大的差异，因此有必要区分不同的放电类型。变压器超高频局部放电的神经网络模式识别是对计算机辅助测试系统测得的电磁信号进行放大和滤波，然后进行模数转换，然后将提取的高频(中心变压器的局部放电特性变压器绝缘结构中的局部放电主要有五种类型：油中的锐板放电、纸或纸板的内部放电、油中的气泡放电、纸或纸板的表面放电和悬浮放电。模式识别结果正确性