SE515387C2 - Övervakning av interna partiella urladdningar i en krafttransformator - Google Patents

Description

515 387 2 Förekomsten av partiella urladdningar i en högspänningsapparat är ofta en indikation på att ett fel är under utveckling.

En krafttransformator är vanligen en kritisk komponent i ett kraftnät. Ett omfattande fel i transformatorn kan orsaka långa avbrott och dyrbara reparationer. Det är därför önskvärt att upptäcka tillstånd som kan leda till fel så tidigt som möjligt. En krafttransformator är ofta utrustad med ett kapacitivt mätuttag vid sina högspänningsgenomföringar, vilket kan utnyttjas som kapacitiv avkopplare. Det är därför möjligt att utföra en konventionell mätning av partiella urladdningar också under normala driftsbetingelser.

Ett problem som tillkommer vid en mätning i en transformatorstation jämfört med en mätning i provrumsmiljö är de störningar som alstras av omgivande apparater och anslutningar. För att hantera dessa yttre störningar har olika lösningar föreslagits och prövats, exempelvis PRPDA och mönsterigenkänning med användning av neurala nätverk, se exempelvis redogörelser i IEE Proc.-Science Measurement and Technology, vol. 142, No. 1, Ian. 1995, pp. 22-28, B. A. Fruth, D. W. Gross: Partial discharge signal generation transmission and acquisition, och i IEE Proc.- Science Measurement and Technology, vol. 142, No. 1, Ian. 1995, pp. 69-74, H. Borsi, E. Gockenbach, D. Wenzel: Separation of partial discharges from pulse-shaped noise signals with the help of neural networks. Båda dessa metoder är baserade på inlärning av typiska signalmönster. Vid en analys enligt PRPDA-metoden insamlas data under en viss tidsperiod, varefter mönstret för dessa data jämförs med mönster för kända typer av urladdningar. Neurala nätverk lärs att igenkänna vågformen för vissa specifika typer av urladdningar. Vid båda dessa metoder utförs avkopplingen av de partiella urladdningarna på konventionellt sätt.

REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma ett förbättrat förfarande av inledningsvis angivet slag, vilket möjliggör ett särskiljande av interna partiella urladdningar i transformatorn från yttre störningar och som kan användas på såväl befintliga som nya transformatorer, samt en anordning för genomförande av förfarandet. 51 5 3:21? Vad som kännetecknar ett förfarande och en anordning enligt uppfinningen framgår av bifogade patentkrav.

Anordningen blir billig, tillförlitlig och enkel att tillämpa på såväl befintliga som nya transformatorer och kan också användas tillsammans med mera avancerade insamlingssystem, såsom PRPDA, och förbättrar dessas prestanda.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall närmare förklaras genom beskrivning av utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritningar, i vilka figur 1 visar schematiskt en del av en krafttransformator med en högspänningsgenomföring och en anordning enligt uppfinningen, figur 2-4 visar signalformer för utsignaler från en anordning enligt uppfinningen, figur 5 har utgått, figur 6-9 visar ytterligare signalformer för utsignaler från en anordning enligt uppfinningen, figur 10a visar schematiskt en del av en induktiv givare enligt uppfinningen, figur 10b visar schematiskt en sidovy av en högspänningsgenomföring med en placering av de induktiva givarna enligt uppfinningen, figur 10c visar schematiskt en ändvy av en högspänningsgenomföring enligt figur 10b, och figur 11 visar i blockschemaform en signalanpassningsenhet enligt uppfinningen. 51 5 38.1 BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Den följande beskrivningen avser såväl förfarandet som anordningen.

Figur 1 visar en del av en elektrisk krafttransformator 1 med en högspänningsgenomföring 2. En signalanpassningsenhet 3 är placerad på transformatorn invid högspänningsgenomföringen och är medelst en ledare 4 förbunden med ett kapacitivt mätuttag 5. En induktiv givare 6, vilken nedan skall närmre beskrivas, och som innefattar två spolar 6a, 6b, är likaså medelst ledare 7a, 7b förbundna med signalanpassningsenheten.

Givaren är anordnade vid nedre delen av högspänningsgenomföringen alldeles ovanför en fläns 8, genom vilken genomföringen passerar in i transformatorn.

Den induktiva givaren är baserad på principen för en Rogowski-spole, men har modifierats för att uppnå tillräcklig känslighet och för att göra installation och tillverkning enklare. Den induktiva givaren innefattar således (figur 10a, 10b och 10c) två förhållandevis korta spolar 6a, 6b, sinsemellan seriekopplade med en ledare 7c. Var och en av spolarna, av vilka figur 10a visar en, är lindad på en magnetisk kärna 61a, 61b och de två spolarna kopplas därefter i serie med varandra. Figur 10a visar ett utförande av spolarna och figurerna 10b och 10c en föredragen placering av dessa. För att undertrycka störningar monteras de två spolama på högspännings- genomföringen mitt emot varandra och fästes vid denna exempelvis medelst limning.

Som kapacitiv givare användes högspänningsgenomföringens kapacitiva mätuttag.

Signalanpassningsenheten (figur 11) påföres signaler från respektive den induktiva givaren 6 och från det kapacitiva mätuttaget 5. Signalanpassning- enheten innefattar två anpassningskretsar 91, 92 för anpassning av respektive signaler till varandras nivå och för förstärkning till en lämplig signalnivå. Anpassningen sker medelst passiva kretselement med resistiv, induktiv och kapacitiv impedans. Utsignalerna från respektive anpassningskretsar påföres därefter var sitt bandpassfilter 101, 102, vilka 51 5 3187 5 bandpassfilter är avstämda till spolarnas resonansfrekvens. Spolarnas resonansfrekvens har valts för att uppnå bästa signal / brusförhållande.

Utsignalerna från respektive bandpassfilter påföres var sitt förstärknings- organ 111, 112 och utsignalerna från dessa påföres ett multiplicerande organ 12, i vilket de båda signalerna multipliceras med varandra. Utsignalen från multiplikatorn är nu endera positiv eller negativ beroende på urladd- ningens ursprung.

Mätprincipen baseras på att en partiell urladdnings polaritet bestäms med hjälp av utsignalen från det det kapacitiva mätuttaget medan riktningen på den med urladdningen associerade strömpulsen bestäms med hjälp av utsignalen från den induktiva givaren. Genom att man således avkänner såväl det elektriska som det magnetiska fält som alstras av den partiella urladdningen kan riktningen för effektflödet av urladdningen bestämmas och utsignalen från det multiplicerande organet är endera positiv eller negativ beroende på var urladdningen alstras. Urladdningar utanför transformatorn kommer att motsvara negativa signaler och urladdningar i det inre av transformatorn kommer att motsvara positiva signaler, eller vice versa, beroende på hur spolarna i den induktiva givaren är lindade.

Gränslinjen för denna polaritetsväxling är det ställe på vilket spolarna är anbringade, vanligen vid genomföringens bas.

Utsignalen från det multiplicerande organet påföres en toppvärdesdetektor 13, vilken endast vidareför positiva signaler. Utsignalen från toppvärdes- detektorn påförs sedan en enveloppskrets 14, vilken förlänger avkling- ningstiden för sin insignal. Amplituden på utsignalen från envelopps- kretsen är relaterad till nivån på den interna urladdningen så att en ökande nivå av intern urladdning resulterar i ett ökande värde för envelopps- kretsens utsignal. Dennas utsignal påföres ett utanför signalanpassnings- enheten anordnat datainsamlingssystem 16 via en omvandlingskrets 15, vilken omvandlar utsignalen från enveloppskretsen till en motsvarande likström PDI. Likströmmen PDI från signalanpassningsenheten till datainsamlingssystemet kommer således att motsvara mängden av intern urladdning. Likströmmen jämföres i datainsamlingsenheten med en förvald larmnivå, inprogrammerad i datainsamlingsenheten, och ett larm anses vara en indikation på ett onormalt tillstånd i krafttransformatorn och 515 387 fl- 6 att en noggrannare undersökning bör göras. Ytterligare undersökningar kan exempelvis göras med något av de diagnosverktyg som finns tillgängliga, se exempelvis Proceedings of the 1995 Stockholm Power Tech Conference. C.

Bengtsson: Status and trends in Transformer Monitoring, för en översikt.

Det beskrivna givarsystemet kan också förbättra exempelvis PRPDA diagnostiska mätningar.

Det beskrivna riktningskänsliga tvågivarsystemet för avkänning av partiella urladdningar har under laboratorieprov visat god förmåga att skilja interna urladdningar från yttre. Detta har också verifierats vid en fältmätning utförd på en 100 MVA transformator.

Figurerna 2-4 och 6-9 visar typiska signalformer för utsignaler från signalanpassningsenheten med tiden t avsatt på den horisontella axeln och utsignalens amplitud PDI på den vertikala axeln.

Figurema 2-3 visar signalformer iakttagna i provrumsmiljö med givama applicerade på en med ett kapacitivt mätuttag försedd separat högspänningsgenomföring. Urladdningarna simulerades genom att såväl positiva som negativa kalibreringspulser enligt IEC Publication 270 påfördes på båda sidor av genomföringen. Figur 2 visar utsignalen vid en utifrån pâförd kalibreringspuls och figur 3 utsignalen vid en internt påförd kalibreringspuls. Som framgår av figurerna kan systemet tydligt skilja interna urladdningar från yttre i det att yttre urladdningar resulterar i en negativ utsignal och en intern urladdning resulterar i en positiv utsignal.

Denna teckenkonvention gäller även för figurerna 4 och 6-9.

Figur 4 visar signalformer iakttagna med givarna applicerade på en laboratorietransformator. Yttre störningar simulerades medelst ett stångplattegap anslutet till högspänningsnivå och figuren visar en yttre störning (corona) såväl för en halv period (undre horisontella axeln) som med tidsmässigt högre upplösning (övre horisontella axeln).

Figurerna 6-9 visar signalformer iakttagna i fält med givarna applicerade på en med kapacitiva mätuttag på högspänningsgenomföringarna försedd 515 5:87 7 130/50 kV 100 MVA transformator. Transformatorn hade inte tidigare visat någon indikation på partiella urladdningar.

Figur 6 visar signalformer iakttagna med givarna applicerade på fas 1 och fas 2 och med en extern kalibreringspuls påförd fas 2. Som framgår av figuren iakttas en utsignal med negativ polaritet (undre horisontella axeln). På grund av den kapacitiva kopplingen mellan faserna resulterar kalibreringspulsen i en utsignal också i fas 1 (övre horisontella axeln).

Figurerna 7-9 visar signalformer iakttagna med transformatorn ansluten till en 130 kV linje och med 50 kV sidan öppen.

Figur 7 visar med tidsmässigt hög upplösning typiska signalformer iakttagna i fas 2 med ett antal urladdningar.

Figur 8 visar typiska signalformer iakttagna över en hel period, i fas 2 (övre horisontella axeln) och fas l (undre horisontella axeln).

Urladdningsprofilen är för båda faserna helt likartad och endast negativa signaler detekteras. Detta tyder på att inga interna urladdningar förekommer och det får antas att de iaktagna utsignalerna orsakas av yttre störningar (huvudsakligen corona) från anslutningar och det anslutna ställverket.

En akustisk mätning av partiella urladdningar PD genomfördes parallellt med den elektriska. Inga akustiska signaler indikerande interna defekter iakttogs.

Figur 9 visar typiska signalformer iakttagna under manövrering av transforrnatorns lindningskopplare. De positiva delarna av utsignalen tyder på interna transienter. Signalerna orsakade av lindningskopplarmanövern är flera storleksordningar större än de signaler från partiella urladdningar anorclningen skall avkänna. Därför mättas förstärkarna och en tillhörande fasvridning uppträder. Detta är anledningen till utsignalens negativa värden i figur 9.

Figurerna 6-9 visar att systemet förmår skilja mellan interna och yttre urladdning även under fältförhållanden.

Uppfinningen är inte begränsad till de visade utföringsexemplen utan ett flertal av fackmannen lätt insedda modifieringar är tänkbara inom uppfinningstankens ram. Således behöver inte nödvändigtvis den induktiva givaren utföras i form av två seriekopplade spolar utan kan utföras som en enda spole. Som kapacitiv givare kan företrädesvis transformatorns högspänningsgenomföringars kapacitiva mätuttag användas men även andra givare för avkänning av det med den partiella urladdningen associerade elektriska fältet kan användas.

Provresultaten tillsammans med enkelheten, den låga kostnaden och lättheten att installera givarsystemet visar att uppfinningen är lämpligt för direktansluten övervakning av både nya och befintliga krafttransformatorer.

Claims (7)

51 5 3873" PATENTKRAV

1. Förfarande för övervakning av partiella urladdningar i en elektrisk krafttransformator (1) under normala driftsbetingelser, k ä n n e t e c k n a t a v att det magnetiska fältet vid en högspänningsgenomföring (2) på krafttransformatorn avkännes med en induktiv givare (6), innefattande åtminstone en spole (6a, 6b) anordnad vid genomföringen, det elektriska fältet vid genomföringen avkännes med en kapacitiv givare (5), utsignalerna från nämnda givare påföres en signalbehandlingsenhet (3) i vilken var och en av utsignalerna filtreras i var sitt bandpassfilter (101, 102), de filtrerade utsignalerna från nämnda givare multipliceras med varandra, och en utsignal (PDI) från signalbehandlingsenheten bildas i beroende av resultatet av nämnda multiplikation i syfte att detektera interna partiella urladdningar i transformatorn.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att det elektriska fältet avkänns med en kapacitiv givare som innefattar ett kapacitiva mätuttag (5) på högspänningsgenomföringen,

3. Anordning för övervakning av partiella urladdningar i en elektrisk krafttransformator (1) under normala driftsbetingelser, k ä n n e t e c k n a d a v att den innefattar en induktiv givare (6), innefattande åtminstone en spole (6a, 6b) anordnad vid en högspänningsgenomföring (2) på krafttransformatorn, en kapacitiv givare (5) anordnad vid genomföringen och en signalanpassningsenhet (3), vilken påföres utsignaler från nämnda givare, signalbehandlingsenheten innefattande bandpassfilter (101, 102) för filtrering av respektive utsignaler från givarna och ett multiplicerande organ (12), vilket multiplicerar signaler härrörande från respektive bandpassfilter med varandra, signalbehandlingsenheten bildande en utsignal (PDI) i beroende av utsignalen från det multiplicerande organet i syfte att detektera interna partiella urladdningar i transformatorn. -u-...u 5 125 3 8 7 10

4. Anordning enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a d a v att den induktiva givaren innefattar två sinsemellan seriekopplade spolar (6a, 6b), anordnade mitt emot varandra på högspänningsgenomföringen.

5. Anordning enligt något av patentkraven 3-4, k ä n n e t e c k n a d a v att den kapacitiv givaren innefattar ett kapacitiva mätuttag (5) på högspänningsgenomföringen,

6. Anordning enligt något av patentkraven 3-5, k ä n n e t e c k n a d a v att signalanpassningsenheten innefattar en toppvärdesdetektor (13), vilken påföres en utsignal härrörande från det multiplicerande organet och endast vidareför signaler med en förvald pQlaritet.

7. Anordning enligt något av patentkraven 3-6, k ä n n e t e c k n a d a v att signalanpassningsenheten innefattar en omvandlingskrets (15), vilken omvandlar en signal härrörande från det multiplicerande organet till en mot nämnda signal svarande likström (PDI). -a-..~.