Способ контроля частичных разрядов в электрическом силовом трансформаторе

1 Изобретение относится к методу контроля частичных разрядов в электрическом силовом трансформаторе при нормальных условиях работы и к устройству для осуществления этого метода. Пустоты или другие дефекты в изолирующем материале могут привести к возникновению неоднородных электрических полей в материале и в этой связи напряженность поля может стать так велика, что произойдет локальный, частичный разряд в материале. Общее описание этого явления дано в работе E. Kuffel,W.S. Zaengl. High Voltage Engineering, PergamonPress, 1984. Обычно частичные разряды измеряются с использованием емкостного развязывающего устройства с объектом, подлежащим измерению, и блока детектора, например моста или быстродействующего цифрового преобразователя и компьютера. В публикации IEC 270:"Partial Discharge Measurement", 1981, 2-е изд.,приводятся нормализованные методы для таких измерений и для калибровки измерительного оборудования. Измерение частичных разрядов с использованием индуктивных датчиков, основанных на поясе Роговского, описано в Proseedings ofof Rogowski coils for Partial Discharge (PD), decoupling and noise supression"). Возникновение частичных разрядов в высоковольтном приборе часто является индикатором развивающейся неисправности. Силовой трансформатор обычно является критическим компонентом в силовой сети. Крупная неисправность трансформатора может вызвать длительные перерывы в электроснабжении и дорогостоящую починку. Поэтому является желательным возможно раньше определять состояния, которые могут привести к неисправностям. Силовой трансформатор часто снабжен емкостным контрольным отводом на его высоковольтном вводе, и этот отвод может быть использован как емкостное развязывающее устройство. Поэтому возможно выполнять обычные измерения частичных разрядов также при нормальных условиях работы. Проблемой, возникающей при измерении на трансформаторной станции по сравнению с измерениями в лабораторных условиях, являются возмущения, которые генерируются окружающими аппаратами и соединениями. Для того чтобы справиться с этими внешними возмущениями, были предложены и испытаны различные решения, например PRPDA или опознавание формы с использованием нервной цепиwith the help of neural networks". Оба эти метода основаны на изучении типичной формы сигнала. При анализе в соответствии с методомPRPDA данные собираются в течение некоторого времени, а затем форма этих данных сравнивается с формой для известных типов разрядов. Нервные цепи позволяют распознавать форму волны для некоторых определенных типов разрядов. В обоих этих методах развязывание частичных разрядов выполняется обычным образом. Изобретение направлено на создание улучшенного способа типа описанного выше,который делает возможным отделение внутренних частичных разрядов в трансформаторе от внешних возмущений и который может быть использован как на существующих, так и на новых трансформаторах, а также на создание устройства для осуществления этого способа. Предложенное устройство является недорогим, надежным и простым в применении как на существующих, так и на новых трансформаторах, оно может также быть использовано вместе с более прогрессивной системой сбора данных, такой как PRDPA, и улучшит ее работу. Изобретение объяснено более детально путем описания работы со ссылкой на приложенные чертежи, где фиг.1 схематически показывает часть силового трансформатора с высоковольтным вводом и устройством согласно изобретению; фиг.2-4 показывают формы выходных сигналов от устройства в соответствии с изобретением; фиг.5-8 показывают другие различные формы выходных сигналов от устройства в соответствии с изобретением; фиг.9 а схематически показывает часть индуктивного датчика согласно изобретению; фиг.9b схематически показывает вид сбоку высоковольтного ввода с расположением индуктивного датчика согласно изобретению; фиг.9 с схематически показывает торцевой вид высоковольтного ввода в соответствии с фиг.9b; фиг. 10 показывает блок-схему блока согласования сигналов в соответствии с изобретением. Следующее описание относится как к способу, так и к устройству. На фиг.1 показана часть электрического силового трансформатора 1 с высоковольтным вводом 2. Блок обработки (согласования) сигналов 3 расположен на трансформаторе вплотную к высоковольтному вводу и соединен посредством проводника 4 с емкостным контрольным отводом 5. Индуктивный датчик, который будет описан более детально ниже, состоит из двух катушек 6 а и 6b, также соединен посредством проводников 7 а и 7b с блоком 3. Датчик расположен в нижней части высоковольтного ввода 3 непосредственно над фланцем 8, через который ввод проходит в трансформатор. Работа индуктивного датчика основана на принципе пояса Роговского, но он был модифицирован для получения достаточной чувствительности и облегчения установки и изготовления. Индуктивный датчик содержит (фиг.9 а-9 с) две относительно короткие катушки 6 а и 6b,которые взаимно последовательно соединены посредством проводника 7 с. Каждая из катушек,одна из которых показана на фиг.9 а, намотана на магнитный сердечник 61 а, и обе катушки затем соединены последовательно одна с другой. Фиг.9 а показывает устройство катушек, а фиг. 9b и 9 с показывают их предпочтительное расположение. Для подавления возмущений две катушки монтируются на высоковольтном вводе противоположно одна другой и прикреплены к нему, например, клеем. В качестве емкостного датчика используется емкостный контрольный отвод высоковольтного ввода. Блок 3 обработки (согласования) сигналов(фиг. 10) получает сигналы соответственно от индуктивного датчика 6 и от емкостного контрольного отвода 5. Блок 3 содержит две одинаковые цепи 91 и 92 для приведения соответствующих сигналов к одному уровню и для усиления сигнала до необходимого уровня. Согласование осуществляется посредством пассивных элементов цепи с активным, индуктивным и емкостным сопротивлениями. Каждый из выходных сигналов из соответствующих согласующих цепей затем подается на различные полосовые фильтры 101 и 102, которые настроены на резонансную частоту катушек. Резонансная частота катушек выбрана из соображений достижения наилучшего соотношения сигнал/шум. Выходные сигналы от соответствующих полосовых фильтров 101 и 102 подаются на усилители 111 и 112 соответственно, а выходные сигналы последних подаются на перемножающее средство 12, в котором эти два сигнала умножаются один на другой. Выходной сигнал от перемножающего средства становится теперь либо положительным, либо отрицательным в зависимости от происхождения разряда. Принцип измерения основан на определении полярности частичного разряда с помощью выходного сигнала от емкостного контрольного отвода, причем направление импульса тока, связанное с разрядом, определяется с помощью выходного сигнала от индуктивного датчика. Таким образом, воспринимая как электрическое,так и магнитное поля, генерируемые частичным разрядом, можно определить направление потока мощности разряда, при этом выходной сигнал от перемножающего средства либо положителен, либо отрицателен в зависимости от места,где генерируется разряд. Разряды вне трансформатора будут соответствовать положитель 000019 4 ным сигналам или, наоборот, в зависимости от того, как намотаны катушки индуктивного датчика. Границей этого изменения полярности является место, на котором закреплены катушки, обычно на основании высоковольтного ввода. Выходной сигнал от перемножающего средства подается на пиковый детектор 13, который пропускает только положительные сигналы. Выходной сигнал с пикового детектора затем подается на схему 14 огибания, которая удлиняет время спада ее входного сигнала. Амплитуда выходного сигнала со схемы 14 огибания относится к уровню внутреннего разряда так, что увеличение уровня внутреннего разряда приводит к увеличению значения выходного сигнала схемы 14. Этот выходной сигнал подается на систему 16 сбора данных, установленную снаружи блока обработки сигналов, через преобразующую цепь 15, которая преобразует выходной сигнал схемы 14 огибания в соответствующий постоянный ток PDI. Постоянный токPDI, идущий из блока согласования сигналов к системе 16 сбора данных, таким образом будет соответствовать энергии внутреннего разряда. Постоянный ток сравнивается в системе сбора данных с заранее установленным уровнем тревоги, запрограммированным в системе сбора данных, а тревога считается индикацией ненормального состояния силового трансформатора для того, чтобы было проведено более тщательное исследование. Дальнейшие исследования могут быть проведены одним из существующих диагностических инструментов (см., например,обзор Proceedings of the 1995 Stockholm Powerin Transformer Monitoring"). Сенсорная система, описанная выше, может улучшить, например, диагностические измерения PRPDA. Описанная чувствительная к направлению двухсенсорная система для определения частичных разрядов во время лабораторных испытаний показала хорошую способность различать внутренние и наружные разряды. Она была также проверена в полевых измерениях, выполненных на 100 MVA трансформаторе. На фиг. 2-8 показаны типичные зависимости выходных сигналов блока 3 согласования от времени. Время отложено по горизонтальной оси, а амплитуда PDI выходного сигнала - по вертикальной. На фиг. 2 и 3 показаны формы сигналов,наблюдаемых в лаборатории с датчиками, расположенными на отдельном высоковольтном вводе, снабженном емкостным контрольным отводом. Разряды были вызваны подачей с обеих сторон высоковольтного ввода как положительных, так и отрицательных калибровочных импульсов в соответствии с IEC Publication 270. На фиг. 2 показан выходной сигнал в случае калибровочного импульса, приложенного сна 5 ружи, а на фиг. 3 - в случае калибровочного импульса, приложенного внутри. Как видно из чертежей, система может ясно отличить внутренние разряды от наружных, поскольку наружные разряды приводят к отрицательному выходному сигналу, а внутренние - к положительному. Это условие знаков сигналов также приложимо к фиг. 4-8. На фиг. 4 показана форма сигналов, получаемых от датчиков, присоединенных к лабораторному трансформатору. Внешние возмущения имитируются с помощью промежутка острие плоскость, соединенного с высоким напряжением, и на чертеже показано внешнее возмущение(корона) как для полупериода (нижняя горизонтальная ось), так и с высоким разрешением относительно времени (верхняя горизонтальная ось). На фиг. 5-8 показаны формы сигналов, наблюдаемые в поле, от датчиков, присоединенных к 130/50 kV 100 MVA трансформатора,снабженного емкостными контрольными отводами на высоковольтных вводах. Трансформатор ранее не показывал никаких признаков частичных разрядов. На фиг. 5 показаны формы сигналов, получаемых от датчиков, расположенных на фазе 1 и фазе 2, при наружном калибровочном импульсе,приложенном к фазе 2. Как ясно из чертежа,наблюдается выходной сигнал отрицательной полярности (нижняя горизонтальная ось). Из-за емкостной связи между фазами калибровочный импульс приводит к выходному сигналу также на фазе 1 (верхняя горизонтальная ось). На фиг. 6-8 показаны формы сигнала, получаемого с трансформатора, присоединенного к линии 130 kV и с разомкнутой стороной 50kV. На фиг. 6 показаны с высоким разрешением относительно времени типичные формы сигналов, наблюдаемых на фазе 2 при ряде разрядов. На фиг. 7 показаны типичные формы сигналов, наблюдаемых за полный период, на фазе 2 (верхняя горизонтальная ось) и на фазе 1(нижняя горизонтальная ось). Для обеих фаз профиль разряда совершенно одинаков, и регистрируются только отрицательные сигналы. Это показывает, что внутренних разрядов не происходит и можно принять,что наблюдаемые выходные сигналы вызываются внешними возмущениями (в основном короной) от соединений и присоединенных выключателей. Акустическое измерение частичных разрядов PD было произведено параллельно с электрическими измерениями. Не было обнаружено никаких акустических сигналов, указывающих на внутренние дефекты. На фиг. 8 показаны типичные формы сигналов, наблюдаемые во время операции переключения отвода трансформатора. Положитель 000019 6 ная часть выходного сигнала указывает на внутренние переходы. Сигналы, вызванные операцией переключения отвода, больше на несколько порядков, чем сигналы от частичных разрядов, которые устройство должно определять. По этой причине усилители насыщаются, и происходит связанный с этим фазовый сдвиг. В этом причина отрицательных значений выходного сигнала на фиг. 8. Из фиг. 5-8 видно, что система способна различать внутренние и внешние разряды также и в полевых условиях. Изобретение не ограничивается указанным осуществлением, а имеет множество модификаций, легко реализуемых специалистом и выполнимых в рамках концепции изобретения. Так,индуктивный датчик не должен обязательно быть выполнен в форме двух последовательно соединенных катушек, а может быть выполнен как единая катушка. В качестве емкостного датчика предпочтительно использовать емкостные контрольные отводы высоковольтных вводов трансформатора, но также могут быть использованы другие датчики для определения электрического поля, связанного с частичным разрядом. Результаты испытаний вместе с простотой,низкой ценой и простотой установки систем датчиков показывают, что изобретение пригодно для непосредственного контроля как новых,так и существующих силовых трансформаторов. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ контроля частичных разрядов в электрическом силовом трансформаторе (1) при нормальных рабочих условиях, заключающийся в том, что магнитное поле на высоковольтном вводе (2) силового трансформатора воспринимается индуктивным датчиком (6), состоящим из по крайней мере одной катушки (ба, 6b), установленной на вводе (2), электрическое поле на вводе (2) воспринимается емкостным датчиком,выходной сигнал от указанных датчиков подается в блок (3) обработки сигналов, в котором каждый из выходных сигналов фильтруется в отдельном полосовом фильтре (101, 102), отфильтрованные выходные сигналы от указанных датчиков умножаются один на другой, а выходной сигнал из блока обработки сигналов формируется в зависимости от результатов указанного умножения с целью определения внутренних частичных разрядов в трансформаторе. 2. Способ по п. 1, в котором электрическое поле воспринимается емкостным датчиком,включающим в себя емкостный контрольный отвод (5) на высоковольтном вводе. 3. Устройство контроля за частичными разрядами в электрическом силовом трансформаторе (1) при нормальных рабочих условиях,содержащее индуктивный датчик (6), включающий в себя, по крайней мере, одну катушку 7 вводе (2) силового трансформатора, а также емкостный датчик (5), установленный на вводе (2),и блок (3) обработки сигналов, к которому подаются выходные сигналы от указанных датчиков, причем блок обработки сигналов содержит полосовые фильтры (101, 102) для фильтрации соответствующих выходных сигналов от указанных датчиков и перемножающее средство(12), которое умножает сигналы, выходящие из соответствующих полосовых фильтров, один на другой, при этом блок обработки сигналов формирует выходной сигнал (PDI) в зависимости от выходного сигнала перемножающего средства с целью определения внутреннего частичного разряда в трансформаторе. 4. Устройство по п. 3, в котором индуктивный датчик содержит две взаимно последовательно соединенные катушки (6 а, 6b), установленные противоположно одна другой с каждой стороны высоковольтного ввода. 5. Устройство по любому из пп. 3-4, в котором емкостный датчик содержит емкостный контрольный отвод (5) на высоковольтном вводе. 6. Устройство по любому из пп. 3-5, в котором блок обработки сигналов содержит пиковый детектор (13), предназначенный для подачи на него сигнала, выходящего из перемножающего средствами пропускания сигнала только заранее установленной полярности. 7. Устройство по любому из пп. 3-6, в котором блок обработки сигналов содержит преобразующую цепь (15) для преобразования сигнала, выходящего из перемножающего средства,в постоянный ток (PDI), соответствующий указанному сигналу.