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500kV增城變電站變壓器的聲發(fā)射檢測

作者: 時間:2013-11-27 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:介紹了聲發(fā)射(AE)檢測技術(shù)、PAC系統(tǒng)的特點及其在局部放電(PD)檢測中的應(yīng)用。通過在對兩臺大型進行局部放電,取得了成功例子。
關(guān)鍵詞:;局部放電;聲發(fā)射;檢測 超聲波液位計 超聲波物位計 超聲波清洗機 超聲波測厚儀 洗片機
0 緒論
大型變壓器是電力系統(tǒng)的主要設(shè)備之一,是變電站的心臟,它的狀況直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行。資料表明,大型電力變壓器的故障以絕緣故障為主,局部放電既是絕緣劣化的原因,又是絕緣劣化的先兆和表現(xiàn)形式。局部放電的檢測能夠提前反映變壓器的絕緣狀況,及時發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的絕緣缺陷,預(yù)防潛伏性和突發(fā)性事故發(fā)生[1]。
利用聲發(fā)射(AE)技術(shù)對壓力容器進行檢測目前在我國應(yīng)用得十分成功,八十年代中期勞動部鍋爐壓力容器檢測研究中心率先從美國PAC公司引進SPARTAN源定位與信號處理分析系統(tǒng),在全國石油化工系統(tǒng)開展了大量球罐和臥罐的檢測。隨后,電力系統(tǒng)采用聲發(fā)射對鍋爐汽包、合成絕緣子芯棒、熱力管道、閥門進行檢測或泄漏監(jiān)測,取得一定成效。但利用聲發(fā)射技術(shù)對變壓器局部放電(PD)進行檢測,卻少有成功案例。
美國電力研究院(EPRI)聯(lián)合多家電力公司與PAC從1995年起開始進行變壓器局部放電聲發(fā)射檢測項目的合作,形成變壓器局部放電聲發(fā)射檢測專家系統(tǒng)并推廣應(yīng)用,到2002年,已對幾十臺大型電力變壓器進行了局部放電的測試[1]。廣東省電力試驗研究院為國內(nèi)第一家引進PAC聲發(fā)射檢測系統(tǒng)并應(yīng)用于變壓器局部放電檢測的單位,目前應(yīng)用為起步階段,發(fā)展趨勢良好。
本次檢測于2005年4月1日在進行,由廣東省電力試驗研究院和美國PAC公司共同完成,廣州供電局及的工作人員提供配合工作。
1 檢測原理及方法
聲發(fā)射是指物體在受到外界作用時,因迅速釋放能量而產(chǎn)生瞬態(tài)應(yīng)力波的一種物理現(xiàn)象。當(dāng)物體中有聲發(fā)射現(xiàn)象發(fā)生時,由聲源發(fā)射出的每一個AE信號都包含了物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)、缺陷性質(zhì)和狀態(tài)變化的豐富信息。電力變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)中,局部的絕緣薄弱點在電場的作用下產(chǎn)生高頻脈沖放電,放電電弧對油介質(zhì)產(chǎn)生瞬態(tài)沖擊產(chǎn)生爆裂狀的超聲波信號,即聲發(fā)射現(xiàn)象。聲發(fā)射信號以球面波的方式向四周傳播,通過油介質(zhì)于不同時間傳到安裝于變壓器外壁不同位置的AE傳感器,聲發(fā)射檢測系統(tǒng)接收和處理這些AE信號,根據(jù)其波形及頻譜特征進行定性和定量,并利用各傳感器接收到AE信號的時間差對局部放電源進行定位,推斷出變壓器內(nèi)部局部放電的位置、狀態(tài)變化程度和發(fā)展趨勢。
現(xiàn)場變壓器局部放電聲發(fā)射檢測時難免會遇到外界噪聲干擾,聲發(fā)射檢測系統(tǒng)通過設(shè)置PD檢測閾值,分析波形的關(guān)鍵特性如幅度(Amplitude)、持續(xù)時間(Duration)、能量(Energy)、撞擊數(shù)(Hits)、三維定位(3D Location)、事件數(shù)(Events)、特征指數(shù)(Character Index)、撞擊譜(Hit Spectrum)、波形(Waveform)等,可確認(rèn)聲發(fā)射信號是由局部放電還是噪聲干擾產(chǎn)生的。
變壓器發(fā)生局部放電時,上述特征一般會集中于變壓器某一特定的空間(經(jīng)三維定位),顯示出特定的模式。局部放電的聲發(fā)射檢測正是通過對上述特征信息分布范圍的分析,并結(jié)合油色譜分析、常規(guī)的高壓局放試驗等歷史資料,來判別變壓器局放存在與否及嚴(yán)重程度。
2 檢測前準(zhǔn)備
2.1 現(xiàn)場勘察
找出所有可能出現(xiàn)的噪聲源,如電磁干擾、振動、摩擦和液體流動等,并設(shè)法對這些噪聲源予以排除。
2.2 處理器校準(zhǔn)
檢測前按說明書要求對信號處理器進行校準(zhǔn),確保聲發(fā)射檢測系統(tǒng)的每個通道都處于正常工作狀態(tài)。
2.3 傳感器性能檢查
使用直徑0.5mm 、HB硬度的活動鉛筆芯在距傳感器中心約100mm~140mm處進行斷鉛試驗,三次斷鉛信號的平均幅度值應(yīng)高于75dB,且所有通道的平均值之差應(yīng)在+/- 5dB內(nèi)。另外采用自動傳感器測試(AST)作為斷鉛試驗的補充。
2.4 背景噪聲檢查
背景噪聲檢查試驗在正式試驗前10分鐘進行。檢測門檻值設(shè)置為35dB~40dB,以測試時沒有背景噪聲或僅有少量(如每分鐘有幾十個或上百個Hit撞擊)噪聲為準(zhǔn)。
3 檢測過程及數(shù)據(jù)分析
本試驗采用了PAC與EPRI共同研發(fā)的變壓器局部放電聲發(fā)射檢測技術(shù)與檢測程序,并輔以PAC公司最新開發(fā)的輔助分析方法及軟件對信號進行處理。根據(jù)PAC/EPRI提供的AE檢測程序,變壓器局部放電聲發(fā)射檢測需持續(xù)至少24小時,以包含一個完整的用電負(fù)載周期。由于客觀條件限制,本次AE檢測的時間遠(yuǎn)低于PAC/EPRI檢測程序推薦的檢測時間,這使得本次試驗不能完整地反映一個負(fù)載周期(24小時)的局放狀況。
增城1號主變C相的AE檢測,初步試驗時僅安裝8個傳感器于變壓器油箱外壁的四周,經(jīng)過幾分鐘的測試,發(fā)現(xiàn)變壓器局部位置有明顯的聲發(fā)射現(xiàn)象,在正式試驗時采用了10個探頭,并將它們重新布置于有明顯聲發(fā)射發(fā)生的區(qū)域。1號主變C相的AE檢測時間持續(xù)約1小時,期間天氣經(jīng)歷了陰天、零星小雨直至大雨[2]。因下雨后的信號可信度較低,本文僅對未下雨時所獲得的有效檢測數(shù)據(jù)進行分析。
增城3號主變C相AE檢測時安裝了16個傳感器,AE檢測持續(xù)了兩個多小時[3]。
3.1 儀器設(shè)備
DiSP-24通道聲發(fā)射檢測系統(tǒng)、R15I傳感器及30m信號電纜、磁吸、耦合劑、模擬源(活動鉛筆及0.5mm HB筆芯)等。
3.2 檢測參數(shù)設(shè)置
增城1號主變C相和3號主變C相的聲發(fā)射檢測參數(shù)設(shè)置見表1。
3.3 傳感器布置
以1號主變?yōu)槔?,檢測時傳感器被均勻地布置在變壓器的四周外壁上,其安裝位置及坐標(biāo)示意圖見圖1及表2。
表1 增城1號主變C相和3號主變C相聲發(fā)射檢測參數(shù)設(shè)置
AE Channel Threshold Pre-Amp Analog Filter
Type dB FTBnd dB Lower Upper
1號主變參數(shù) 1 FIXED 35 6 40 100kHz 400 kHz
2 FIXED 35 6 40 100kHz 400 kHz
3 FIXED 35 6 40 100kHz 400 kHz
8 FIXED 35 6 40 100kHz 400 kHz
9 FIXED 35 6 40 100kHz 400 kHz
10 FIXED 35 6 40 100kHz 400 kHz
3號主變參數(shù) 1 FIXED 32 6 40 100kHz 400 kHz
2 FIXED 32 6 40 100kHz 400 kHz
3 FIXED 32 6 40 100kHz 400 kHz
14 FIXED 32 6 40 100kHz 400 kHz
15 FIXED 32 6 40 100kHz 400 kHz
16 FIXED 32 6 40 100kHz 400 kHz

Channel X(mm) Y(mm) Z(mm)
1 0000.000 1700.000 1820.000
2 0970.000 1720.000 3400.000
3 0660.000 3440.000 3400.000
4 0000.000 2750.000 1370.000
5 0720.000 3500.000 0000.000
6 0960.000 1730.000 0000.000
7 0000.000 2280.000 0500.000
8 0000.000 2420.000 3170.000
9 1630.000 2600.000 0000.000
10 1870.000 2470.000 3400.000

3.4 數(shù)據(jù)分析
3.4.1 增城站1號主變C相AE數(shù)據(jù)分析
圖2為增城站1號主變C相AE檢測數(shù)據(jù)參數(shù)圖,圖中左上小圖為各個通道隨時間的變化歷程;左下小圖為所有通道幅值、能量、持續(xù)時間三者隨時間的變化圖;右上小圖為每一個通道的撞擊數(shù);右下小圖為所有通道的能量與持續(xù)時間的特征關(guān)系圖。
由以上參數(shù)圖可看出,1號主變C相在正常工作負(fù)載狀態(tài)下,時常有突發(fā)性信號產(chǎn)生,且幅度較高。AE檢測數(shù)據(jù)經(jīng)過后續(xù)處理,經(jīng)濾除一些低幅度噪聲信號及干擾信號后,可得到變壓器局放數(shù)據(jù)的3D定位及其于三個平面的2D投影(圖3)。3D定位顯示這段時間共檢測到21個定位,且基本聚集于變壓器的同一個角落,但PD發(fā)生的頻度很低,幾十秒至幾分鐘才產(chǎn)生一次。從2D投影圖可見定位中心大約在X=950mm;Y=2950mm;Z=2600mm的位置,由檢測方向看去,該位置是變壓器的右上角[2]。
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