一種適用于特高壓換流變壓器繞組內部局部放電定位裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種適用于特高壓換流變壓器繞組內部局部放電定位裝置，按數據流向連接順序依次包括：DFB激光器、光纖起偏器集成模塊、單相三柱并聯結構傳播電路、光纖檢偏器集成模塊、PIN光電探測器及處理模塊、16通道局部放電同步檢測系統、特高壓換流變壓器繞組內部局部放電定位系統；在單相三柱并聯結構傳播電路中內置16個光纖電流傳感單元，獲取1~16路待測脈沖電流信號，經同軸屏蔽電纜傳輸至16通道局部放電同步檢測系統，經初步分析并將結果傳輸至特高壓換流變壓器繞組內部局部放電定位系統。本實用新型可實現換流變壓器現場局部放電試驗中干擾信號的辨識及多柱并聯網側及閥側放電源的定位。
【專利說明】一種適用于特高壓換流變壓器繞組內部局部放電定位裝置
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于輸變電設備【技術領域】，特別涉及一種±ll〇〇kV大容量特高壓換 流變壓器繞組內部局部放電定位裝置，適用于出廠或現場特高壓換流變壓器長時感應耐壓 和外施直流耐壓帶局部放電試驗抗干擾和繞組內部放電源定位。
【背景技術】
[0002] 隨著1000kV特高壓交流輸電工程的順利開展和實施，更高電壓等級直流輸電技 術的發展和應用成為電力新技術應用熱點和電網規劃的主要內容。利用±800 kV直流 研究成果，借鑒1000 kv交流特高壓發展經驗，直流輸電系統可通過直流電壓等級提高至 ±1100 kV來大規模增加輸電容量，且選用±1100 kV特高壓直流能減少建設直流工程數 目、降低線路損耗、節約資金投入。
[0003] 當前，準東?四川特高壓直流輸電工程規劃2015年左右建成投產，輸電電壓等級 為±1100kV，輸電容量10000MW。直流工程送電線路起點為新疆換流站，途經新疆、甘肅、陜 西、四川4省區，落點四川換流站，線路長度約2600km。特高壓換流變壓器是特高壓換流站 內最重要的設備之一，其功能是將500kV(或750kV、1000kV)網側交流電壓通過變壓器變 為閥側交流電壓，經換流閥整流為±1100 kV直流傳輸，在運行中換流變壓器閥側繞組同時 承受直流、交流、沖擊、諧波等多種電壓形式的疊加作用，對于絕緣耐受能力要求更高，在直 流偏壓情況下，設備絕緣內部空間電荷的積聚、遷移和消散特性導致換流變壓器運行環境 更為惡劣；在換相的瞬間或系統輸送能量反相時，還要承受極性反轉電壓，容易造成出線裝 置局部電場集中，威脅設備安全。
[0004] 超聲波檢測技術是近年來逐漸興起的一種檢測方法。在變壓器中發生局部放電 時，會伴隨有聲波能量的放出，聲波在不同介質（油紙、隔板、繞組和油等）中向外傳播，到 達固定在變壓器油箱壁上的聲發射傳感器，可以對局放源定位，然而放電源和傳感器之間 的傳播路徑復雜，等效傳播速度難以確定，且在聲發射信號在不同介質中傳播會衰減等，對 局放源定位造成一定困難，其中繞組內部放電無法進行定位。現場局部放電時，試品處于復 雜的電磁干擾環境中，致使微弱的局部放電信號淹沒在很強的各種干擾中，從而很難獲得 真正的有用信息，也就不能獲得設備真實的絕緣狀況，其可靠性、安全性得不到保證。
[0005] 有鑒于此，有必要提供一種適用于特高壓換流變壓器繞組內部局部放電定位裝 置，實現換流變壓器長時感應耐壓或外施直流耐壓帶局部放電試驗干擾識別和繞組內部放 電定位功能，以解決上述問題。
【發明內容】
[0006] 本實用新型的目的是：針對特高壓換流變壓器現場局部放電抗干擾能力和放電定 位技術的不足，本實用新型提供一種特高壓換流變壓器局部放電抗干擾和繞組內部放電定 位裝置，通過內置于不同繞組出線端的光纖電流傳感器獲取局部放電信號比例關系，并分 析與外接閥側套管、網側套管和鐵心接地的局部放電信號的關聯特征，實現換流變壓器現 場局部放電試驗中干擾信號的辨識及多柱并聯網側及閥側放電源的定位，可有效的判別設 備絕緣狀況，為專家綜合評估特高壓換流變性能提供依據。
[0007] 為實現上述目的，本實用新型提供一種適用于特高壓換流變壓器繞組內部局部放 電定位裝置，其特征在于，按數據流向連接順序依次包括：DFB激光器、光纖起偏器集成模 塊、單相三柱并聯結構傳播電路、光纖檢偏器集成模塊、PIN光電探測器及處理模塊、16通 道局部放電同步檢測系統、特高壓換流變壓器繞組內部局部放電定位系統；其中在單相三 柱并聯結構傳播電路中，分別在鐵心接地、閥側套管、閥側繞組、網側套管、網側繞組和調壓 繞組出線內置全光纖電流傳感單元16個，并分別編號為1~16,各傳感單元其具體位置如 下：1為外接鐵心接地光纖電流傳感單元；2、3和4為三柱鐵心接地出線內置光纖電流傳感 單元；5和6為外接閥側套管末屏接地光纖電流傳感單元；7、8和9為三柱閥側繞組上端部 出線內置光纖電流傳感單元；10為外接網側套管末屏接地光纖電流傳感單元；11、12和13 為三柱網側繞組上端部出線內置光纖電流傳感單元；14、15和16為三柱調壓繞組上端部 出線內置光纖電流傳感單元；DFB激光器用于輻射出光束；光纖起偏器集成模塊用于將光 束變成偏振光，分別進入1至16路傳感單元，其偏振態經局部放電脈沖電流產生磁場的調 制后，經光纖檢偏器集成模塊形成與起偏器偏振方向同向和傾斜45°夾角的兩束光信號，通 過PIN光電探測器及處理模塊檢測，并處理相應通道同向與異向光束轉換的電信號，獲取 1~16路待測脈沖電流信號，經同軸屏蔽電纜傳輸至16通道局部放電同步檢測系統，經初步 分析并將結果傳輸至特高壓換流變壓器繞組內部局部放電定位系統。
[0008] 本實用新型的有益效果是：本實用新型在±1100 kV特高壓換流變壓器中單相三 柱并聯各閥側繞組、網側繞組和調壓繞組上端部出線內置全光纖電流傳感單元，可有效準 確地辨識放電干擾及放電區域；本實用新型基于等效電容分布獲取局部放電傳輸比例特征 關系，結合局部放電校準方法，建立適用于現場試品的局部放電傳輸效率標定的特征值；在 本實用新型中閥側繞組、網側繞組和調壓繞組結構順序可依據試品結構調整，長時感應耐 壓帶局部放電和直流外施耐壓帶局部放電可通過選取不同通道全光纖電流傳感單元進行 監測。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009] 圖1為本實用新型的特高壓換流變壓器單相三柱并聯結構脈沖電流傳播電路圖， 圖中：101.單相三柱并聯結構傳播電路；17.鐵心接地，18.油箱壁接地，19.閥側繞組， 20.網側繞組，21.調壓繞組；
[0010] 1為外接鐵心接地光纖電流傳感單元；
[0011] 2、3和4為三柱鐵心接地出線內置光纖電流傳感單元；
[0012] 5和6為外接閥側套管末屏接地光纖電流傳感單元；
[0013] 7、8和9為三柱閥側繞組上端部出線內置光纖電流傳感單元；
[0014] 10為外接網側套管末屏接地光纖電流傳感單元；
[0015] 11、12和13為三柱網側繞組上端部出線內置光纖電流傳感單元；
[0016] 14、15和16為三柱調壓繞組上端部出線內置光纖電流傳感單元；
[0017] CF為閥側繞組對鐵心的幾何電容，計算得到各柱繞組對應等效電容；
[0018] CFW為閥側繞組和網側繞組之間的幾何電容，計算得到各柱繞組對應等效電容；
[0019] CWT為網側繞組和調壓繞組之間的幾何電容，計算得到各柱繞組對應等效電容；
[0020] CT為調壓繞組對油箱箱壁的幾何電容，計算得到各柱繞組對應等效電容；
[0021] CBF為閥側套管的電容量；CBW為網側高壓套管的電容量。
[0022] 圖2為本實用新型的特高壓換流變壓器繞組內部局部放電定位方法及裝置的結 構圖，圖中：101.單相三柱并聯結構傳播電路，102. DFB激光器，103.光纖起偏器集成模塊， 104.光纖檢偏器集成模塊，105. PIN光電探測器及處理模塊，106. 16通道局部放電同步 檢測系統，107.特高壓換流變壓器繞組內部局部放電定位系統。
[0023] 圖3為特高壓換流變壓器電容分布示意圖，圖中：r(|-r7為各部分的絕緣半徑，Η為 繞組的電抗高度。
[0024] 圖4為繞組對鐵心的電壓分布。
[0025] 圖5為繞組之間的電壓分布。
【具體實施方式】
[0026] 為了更好地理解本實用新型，下面結合實施例進一步闡明本實用新型的內容，但 本實用新型的內容不僅僅局限于下面的實施例。本領域技術人員可以對本實用新型作各種 改動或修改，這些等價形式同樣在本申請所列權利要求書限定范圍之內。
[0027] 如圖1所示，為滿足±1100kV特高壓直流大容量輸電工程，國內主要變壓器設計 單位將特高壓換流變壓器主體結構設計為單相三柱并聯結構，其中C F為閥側繞組對鐵心的 幾何電容，計算得到各柱繞組對應等效電容，CF1為對應第一柱繞組電容，C F2為對應第二柱 繞組電容，CF3為對應第三柱繞組電容，下文與之相似；CFW為閥側繞組和網側繞組之間的幾 何電容，計算得到各柱繞組對應等效電容；C WT為網側繞組和調壓繞組之間的幾何電容，計 算得到各柱繞組對應等效電容；CT為調壓繞組對油箱箱壁的幾何電容，計算得到各柱繞組 對應等效電容；C BF為閥側套管的電容量；CBW為網側高壓套管的電容量。
[0028] 本實用新型中在±1100 kV特高壓換流變壓器中單相三柱并聯各閥側繞組、網側 繞組和調壓繞組上端部出線內置全光纖電流傳感單元(如圖1中1~16所示)，進行局部放電 測量，可有效辨識繞組內部局部放電源區域位置。
[0029] 如圖2所示，是本實用新型提供的適用于特高壓換流變壓器繞組內部局部放電定 位裝置結構原理圖。本實用新型的特高壓換流變壓器繞組內部局部放電定位裝置包括：DFB 激光器102、光纖起偏器集成模塊103、單相三柱并聯結構傳播電路101、光纖檢偏器集成模 塊104、PIN光電探測器及處理模塊105、16通道局部放電同步檢測系統106、特高壓換流變 壓器繞組內部局部放電定位系統107。
[0030] 本實用新型采用適用于脈沖電流測量，且絕緣特性良好的全光纖電流傳感器對各 繞組傳播的局部放電高頻脈沖電流信號進行監測，即通過DFB激光器102輻射出光束，經光 纖起偏器集成模塊103后，成為偏振光，分別進入1、2……、16路傳感光纖，其偏振態經局部 放電脈沖電流產生磁場的調制后，經光纖檢偏器集成模塊104形成與起偏器偏振方向同向 和傾斜45°夾角的兩束光信號，通過PIN光電探測器及處理模塊105檢測，并處理相應通道 同向與異向光束轉換的電信號，獲取1~16路待測脈沖電流信號，經同軸屏蔽電纜傳輸至16 通道局部放電同步檢測系統106,初步分析局部放電特征信息，按照診斷結果選擇傳輸至特 高壓換流變壓器繞組內部局部放電定位系統107。
[0031] 其中，16通道局部放電同步檢測系統106中脈沖信號幅值記為，鐵心接地監 測點夂?Α 2+Α3+Α4，閥側套管監測點：Α5+Α6?Α 7+Α8+Α9，網側套管監測點：A1Q?Αη+Α 12+Α13。
[0032] 初步對特高壓換流變單相三柱并聯結構的最大幅值局部放電源位置進行確定：
[0033] 1)鐵心接地監測點&存在明顯脈沖信號，通過Α2、Α3和Α 4脈沖幅值大小判別放電 鐵心柱：
[0034] 若A2 ~ Ai，則放電源位于第一鐵心柱；
[0035] 若A3。Ai，則放電源位于第二鐵心柱；
[0036] 若A4 ^ Ai，則放電源位于第三鐵心柱；
[0037] 若A2、A3和A4之和接近背景，則判定為外界干擾信號。
[0038] 2)閥側套管監測點、和A6存在明顯脈沖信號，通過A7、^和?脈沖幅值大小判 別放電鐵心柱：
[0039] 若A7 ~ A5+A6，則放電源位于第一鐵心柱；
[0040] 若A8。A5+A6，則放電源位于第二鐵心柱；
[0041] 若A9 ^ A5+A6，則放電源位于第三鐵心柱；
[0042] 若A7、A8和A9之和接近背景，則判定為外界干擾信號。
[0043] 3)網側套管監測點A1(l存在明顯脈沖信號，通過An、A 12和A13脈沖幅值大小判別放 電鐵心柱：
[0044] 若An。A1(l，則放電源位于第一鐵心柱；
[0045] 若A12 ^ A1(l，則放電源位于第二鐵心柱；
[0046] 若A13 ~ A1(l，則放電源位于第三鐵心柱；
[0047] 若An、A12和A13之和接近背景，則判定為外界干擾信號。
[0048] 1、等效電容計算
[0049] 特高壓換流變壓器長時感應耐壓帶局部放電試驗中，試品電流呈容性。由于各繞 組之間感應電壓不同，同一繞組電壓（對地）按匝數分配，繞組之間及繞組對地電容呈分布 參數，電容電流分布較復雜，可以用一個集中參數來表示繞組之間或繞組對地的等值電容， 其數值與各繞組之間及繞組對地的幾何電容、變壓器勵磁時各繞組之間及繞組對地的電壓 有關。
[0050] 1)變壓器幾何電容計算。
[0051] 如圖3所示，各電容幾何電容計算公式如下：
[0052]
【權利要求】
1. 一種適用于特高壓換流變壓器繞組內部局部放電定位裝置，其特征在于，按數據流 向連接順序依次包括：DFB激光器、光纖起偏器集成模塊、單相三柱并聯結構傳播電路、光 纖檢偏器集成模塊、PIN光電探測器及處理模塊、16通道局部放電同步檢測系統、特高壓換 流變壓器繞組內部局部放電定位系統；其中在單相三柱并聯結構傳播電路中，分別在鐵心 接地、閥側套管、閥側繞組、網側套管、網側繞組和調壓繞組出線內置全光纖電流傳感單元 16個，并分別編號為1~16,各傳感單元其具體位置如下：1為外接鐵心接地光纖電流傳感單 元；2、3和4為三柱鐵心接地出線內置光纖電流傳感單元；5和6為外接閥側套管末屏接地 光纖電流傳感單元；7、8和9為三柱閥側繞組上端部出線內置光纖電流傳感單元；10為外 接網側套管末屏接地光纖電流傳感單元；11、12和13為三柱網側繞組上端部出線內置光纖 電流傳感單元；14、15和16為三柱調壓繞組上端部出線內置光纖電流傳感單元；DFB激光 器用于輻射出光束；光纖起偏器集成模塊用于將光束變成偏振光，分別進入1至16路傳感 單元，其偏振態經局部放電脈沖電流產生磁場的調制后，經光纖檢偏器集成模塊形成與起 偏器偏振方向同向和傾斜45°夾角的兩束光信號，通過PIN光電探測器及處理模塊檢測，并 處理相應通道同向與異向光束轉換的電信號，獲取1~16路待測脈沖電流信號，經同軸屏蔽 電纜傳輸至16通道局部放電同步檢測系統，經初步分析并將結果傳輸至特高壓換流變壓 器繞組內部局部放電定位系統。
【文檔編號】G01R31/12GK203849360SQ201420063797
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年2月13日 優先權日:2014年2月13日
【發明者】汪濤, 聶德鑫, 鄧建鋼, 謝齊家, 張連星, 饒文峰, 劉詣, 鄢陽, 全江華 申請人:國家電網公司, 南京南瑞集團公司, 國網電力科學研究院武漢南瑞有限責任公司, 國網湖北省電力公司電力科學研究院