電力變壓器局部放電檢測(cè)方法探討

張振懷

[摘 要]電力變壓器的局部放電會(huì)造成絕緣性能老化，變壓器的絕緣老化已經(jīng)成為電力系統(tǒng)引發(fā)事故的主要原因，因此就需要研究變壓器的局部放電檢測(cè)技術(shù)。本文對(duì)電力變壓器局部放電檢測(cè)方法進(jìn)行了探討。

[關(guān)鍵詞]電力；變壓器；局部放電；檢測(cè)方法

中圖分類號(hào)：TM41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）14-0074-01

目前已有多種帶電測(cè)試方法應(yīng)用于電力變壓器局部放電的檢測(cè)，每種方法均有其優(yōu)缺點(diǎn)、適用范圍與條件，往往造成實(shí)測(cè)結(jié)果差異較大，難以比較，極大地限制了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。由于變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，對(duì)其內(nèi)部放電源進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的定位仍存在較大困難。

一、變壓器局部放電故障

局部放電是指在電壓的影響下，絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)部的油膜、氣隙以及導(dǎo)體等的邊緣發(fā)生放電的現(xiàn)象，并且這種現(xiàn)象是屬于非慣穿性的。充油電氣設(shè)備發(fā)生固體絕緣破壞的原因就是由其引起的。根據(jù)電場(chǎng)分布以及工作部位的不同情況，油紙絕緣設(shè)備中的局部放電會(huì)有不同程度的發(fā)展，而對(duì)于變壓器主絕緣中的局部放電，例如油紙絕緣中的紙版表面及內(nèi)部的樹枝狀放電，絕緣內(nèi)部空腔或氣泡中的局部放電，懸浮電位導(dǎo)體的油中放電等，工作電壓在正常的情況下，其發(fā)展過(guò)程的時(shí)間都比較長(zhǎng)，剛開始時(shí)是一種低能量的放電，但若是情況更加嚴(yán)重的話，局部放電就會(huì)在較短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生迅速的擊穿現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)諸如此類的一系列現(xiàn)象，任何診斷技術(shù)都無(wú)法在第一時(shí)間去應(yīng)對(duì)和解決。分析引發(fā)局部放電的因素，可以這樣進(jìn)行分析：因?yàn)闅怏w的介電常數(shù)小，而且所承受的場(chǎng)強(qiáng)比較高，所以當(dāng)固體絕緣材料出現(xiàn)空腔或者油中出現(xiàn)氣泡之時(shí)，其耐壓強(qiáng)度比相關(guān)的絕緣材料低，因此放電現(xiàn)象就容易在氣隙中出現(xiàn)。

二、電力變壓器局部放電檢測(cè)方法

1、非電測(cè)量法

（1）超聲波檢測(cè)法

超聲波檢測(cè)法主要是根據(jù)局部放電過(guò)程中產(chǎn)生的超聲波傳播的方向和時(shí)間來(lái)確定放電位置，包括電-聲定位和聲-聲定位。當(dāng)發(fā)生局部放電時(shí)，由于超聲波通過(guò)不同介質(zhì)向外傳播，到達(dá)油箱壁的時(shí)間不同。在變壓器油箱的外殼安裝多個(gè)超聲波傳感器，由于空間位置不同，檢測(cè)到局部放電產(chǎn)生的超聲波信號(hào)時(shí)間不同，通過(guò)測(cè)量超聲波傳播的延時(shí)時(shí)間可以確定局部放電源的空間位置。

（2）光檢測(cè)法

光檢測(cè)法的原理是將光電探測(cè)器接收的來(lái)自放電源的光脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)，再放大處理。不同類型局部放電產(chǎn)生的光波波長(zhǎng)不同，小電暈光波長(zhǎng)≤400nm呈紫色，大部分為紫外線；強(qiáng)火花放電光波長(zhǎng)介于400nm到700nm之間，呈桔紅色，大部分為可見光。固體、介質(zhì)表面放電光譜與放電區(qū)域的組成氣體、固體材料的性質(zhì)、表面狀態(tài)及電極材料等有關(guān)。普遍采用的有兩種光檢測(cè)法。一種是熒光光學(xué)檢測(cè)法，通過(guò)熒光光纖檢測(cè)局部放電所產(chǎn)生的熒光來(lái)檢測(cè)局部放電現(xiàn)象。另外的一種是超聲-光學(xué)檢測(cè)方法，通過(guò)提取局部放電超聲信號(hào)傳播到光纖上時(shí)光纖的形變信號(hào)來(lái)檢測(cè)局部放電。

（3）化學(xué)檢測(cè)法

變壓器局部放電可能會(huì)導(dǎo)致變壓器中絕緣材料分解產(chǎn)生生成物，化學(xué)檢測(cè)法就是通過(guò)檢測(cè)生成物的成分和濃度來(lái)判斷局部放電的狀態(tài)。變壓器因局部放電而產(chǎn)生的主要生成物包括H2，CH4，CO2，C2H2等。離線化學(xué)檢驗(yàn)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)室油色譜定期對(duì)油中的氣體分析，但所獲得的信息為長(zhǎng)期異?，F(xiàn)象產(chǎn)生氣體的累加值，對(duì)于突發(fā)性故障預(yù)防較低?；瘜W(xué)方法的在線檢測(cè)技術(shù)正逐步推廣，包括變壓器油色在線檢測(cè)、變壓器油中氫氣濃度在線檢測(cè)、變壓器油中乙炔在線檢測(cè)等，它們可以反映不同氣體的動(dòng)態(tài)特性，從而提取出變壓器內(nèi)的局部放電信息。

（4）紅外檢測(cè)法

紅外檢測(cè)法是利用電力設(shè)備內(nèi)部的局部放電產(chǎn)生的電熱能量轉(zhuǎn)換，檢測(cè)局部放電區(qū)域的表面溫度升高的變化。對(duì)于復(fù)雜的絕緣系統(tǒng)，紅外檢測(cè)法需要借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助計(jì)算，可以得到一定的量化關(guān)系，但是紅外檢測(cè)法用于定量的研究還存在困難。

（5）溫度檢測(cè)法

變壓器局部放電會(huì)導(dǎo)致變壓器內(nèi)部的溫度發(fā)生異常，通過(guò)檢測(cè)變壓器內(nèi)部的溫度可以了解變壓器內(nèi)部的運(yùn)行狀況，為局部放電的檢測(cè)提供參考。

2、電測(cè)法

（1）脈沖電流法

脈沖電流法是國(guó)際公認(rèn)的，研究最早、應(yīng)用最廣泛的局放檢測(cè)方法，國(guó)際電工委員會(huì)為其制定了專門的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。該法主要是通過(guò)接入檢測(cè)回路的檢測(cè)阻抗或電流互感器獲取變壓器套管末屏接地線、外殼接地線、中性點(diǎn)接地線、鐵心接地線及繞組中由局放引起的脈沖電流并結(jié)合數(shù)字化信號(hào)處理系統(tǒng)來(lái)得到局放的相關(guān)信息。

脈沖電流法離線測(cè)量靈敏度高，可以測(cè)量局部放電的視在放電量；同時(shí)，與超聲波法結(jié)合可作為電—聲定位法對(duì)局放點(diǎn)進(jìn)行定位。但該法測(cè)局放時(shí)，對(duì)試驗(yàn)電源和環(huán)境都有很高的要求，無(wú)法在線測(cè)量，且頻率低，頻帶窄，包含的信息量少，抗干擾能力差；另一方面，其靈敏度隨著試品電容的增加而下降，有時(shí)甚至下降到無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)。

針對(duì)這些不足，目前進(jìn)行電脈沖法檢測(cè)時(shí)主要采用由羅果夫斯基線圈制成的電流互感器來(lái)提取脈沖電流信號(hào)，使檢測(cè)回路與被測(cè)變壓器僅有磁耦合而無(wú)電氣連接，在一定程度上削弱了電氣干擾。

采用此法對(duì)變壓器進(jìn)行局放檢測(cè)時(shí)應(yīng)考慮不大于10MHz 的頻率分量；若測(cè)量目的僅為獲得脈沖信號(hào)的幅值信息和基本特征，則帶寬可選為約8～10MHz 即可；若要從被測(cè)信號(hào)中獲得盡可能多的放電信號(hào)，則截止頻率可選為20MHz。

近年來(lái)，還出現(xiàn)了寬頻帶脈沖電流法的研究，并研制了基于甚寬帶脈沖電流法檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在脈沖定量上與傳統(tǒng)脈沖電流法相當(dāng)?shù)那疤嵯?，提高了該法的靈敏度和抗干擾能力，同時(shí)還能在復(fù)雜的背景干擾下分離并識(shí)別放電信號(hào)和類型。

（2）超高頻檢測(cè)法

超高頻局部放電檢測(cè)是針對(duì)傳統(tǒng)檢測(cè)方法的不足，近幾年出現(xiàn)的一種新的檢測(cè)方法。超高頻法通過(guò)檢測(cè)變壓器內(nèi)部局部放電所產(chǎn)生的超高頻（300～3 000 MHz）電磁波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)局部放電的檢測(cè)和定位，并實(shí)現(xiàn)抗干擾。

此方法的檢測(cè)原理：每一次局部放電都發(fā)生正負(fù)電荷中和，伴隨有一個(gè)陡的電流脈沖，并向周圍輻射電磁波。局部放電所輻射的電磁波的頻譜特性與局部放電源的幾何形狀以及放電間隙的絕緣強(qiáng)度有關(guān)。當(dāng)放電間隙比較小或放電間隙的絕緣強(qiáng)度比較高時(shí)時(shí)，放電過(guò)程的時(shí)間比較短，電流脈沖的陡度比較大，輻射高頻電磁波的能力比較強(qiáng)。變壓器油—隔板結(jié)構(gòu)一般能輻射出達(dá)到數(shù)GHz 的電磁波。而一般現(xiàn)場(chǎng)干擾的頻率不高于400MHz，因此超高頻檢測(cè)法能有效避免各種電磁干擾。超高頻檢測(cè)過(guò)程中最重要的組成部分是傳感器。傳感器的靈敏度直接影響系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果的精確度。UHF 法檢測(cè)局放信號(hào)的超高頻天線主要分為內(nèi)置和外置兩大類。但目前大多數(shù)天線需要工程人員自行設(shè)計(jì)，以配合各種超高頻檢測(cè)系統(tǒng)的工作。由于電磁波主要在變壓器箱體內(nèi)部傳播，只有少量通過(guò)接縫及出線端口散出，因此如何使天線更有效地接收到電磁波是超高頻檢測(cè)法目前需要研究的問(wèn)題。

針對(duì)超高頻接收影響因素的研究表明：內(nèi)置式天線的接收能力和抗干擾能力都高于外置式天線。但是內(nèi)置式的天線需要在變壓器生產(chǎn)過(guò)程中加入到側(cè)邊或者經(jīng)過(guò)專門機(jī)構(gòu)由事故放油閥伸入到變壓器箱體內(nèi)部，但這在操作上限制了超高頻的應(yīng)用。

總之，不管是哪一種方法都有它的優(yōu)點(diǎn)以及缺點(diǎn)，不可能達(dá)到完美，掌握好其應(yīng)用需要注意它的事項(xiàng)和應(yīng)用范圍，用合適的方法，達(dá)到最大的好處。局部放電檢測(cè)技術(shù)具有很大的發(fā)展?jié)摿?，目前還存在許多的缺點(diǎn)，需要繼續(xù)進(jìn)行深入的研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 王治.關(guān)于電力變壓器局部放電檢測(cè)方法探討[J].科技傳播. 2011（15）.

[2] 李永生.變壓器局部放電測(cè)試技術(shù)探析[J]. 科技與企業(yè).2011（07）.

[3] 谷小博.變壓器現(xiàn)場(chǎng)局部放電試驗(yàn)有關(guān)問(wèn)題的分析[J].浙江電力.2011（05）.

[4] 童軍心，陳智，萬(wàn)軍彪.主變壓器局部放電異常分析與處理[J].江西電力. 2011（02）.