电力变压器局部放电带电检测及定位技术的思考

电力变压器局部放电带电检测及定位技术的思考

徐波

国网山西省电力公司吕梁供电公司，山西吕梁 033000

摘要：变压器中绝缘部分的质量对变压器设备整体的使用性能和寿命都至关重要，因为绝缘劣化将产生局部放电现象，引发电力设备故障。这种情况是因为变压器内部各体制间的绝缘体为部分桥接，这样在一定范围内的导体会在绝缘体放电时产生带电反应。本文对电力变压器局部放电带电检测及定位技术的思考进行分析，以供参考。

关键词：电力变压器；局部放电；定位技术

引言

一般的局部放电可视作电力输送设备中的常规现象，不会对整个变压器系统造成过大的影响，由于电力强度较高会造成电弧击穿。若局部放电现象出现的较为频繁，发生点位较多时就会破坏电力变压器的完整性，电场强度越大，故障发生率越高，用电风险也会加大。

1电力变压器常见故障类型及原因分析

电力变压器主要由闭合磁路以及环绕在磁路周围的边缘电路构成，即通常所说的铁芯、线圈。此外还包含了油箱、多种附件、变压器油等，分别起到机械支撑、保护、冷却散热、冷却绝缘等作用。其中油箱作为电力变压器的主体部分存在，无论是从油箱主体构造、功能来看，还是单纯地从油箱的容纳变压器油的角度来看，油箱都是电力变压器故障的主要产生源。这主要是由于变压器油本身主要成分为环烷烃（约占80%），其他的为芳香烃和烷烃等。在无故障情况下变压器油中成分以氮气、氧气为主，这些气体不溶于油，不会对油质产生影响，一旦发生诸如局部放电、火花放电、高温过热等故障，迅速产生的热量会导致这些成分化学键断裂，从而在化学反应下产生低分子烃类气体，这些气体可溶于油并导致油体产生杂质，从而影响油箱性能导致故障的产生。因此，可以以油箱内外为界，对电力变压器故障进行范围划分。内部故障——绕组间短路、引出线外壳接地故障等；外部故障——油箱外绝缘套管故障、闪络短路故障、引出线相间故障。从性质上来讲，电力变压器内部故障主要以热故障、电故障为主。

2局部放电检测

局部放电检测方法包括脉冲电流法、超声波检测法、化学检测法、光学检测法、红外检测法等多种方法。这些方法通过检测局部放电过程中所产生的电脉冲、超声波、化学生成物等方法进行检测，可以对局部放电进行定量、定位检测等。但存在脉冲电流法测量频率低、频带较窄、信息量相对较少，抗干扰能力较弱；化学方法进行局部放电的检测灵敏度不如电测法和声测法、且对较短时间内发生的放电故障难以发现等各自的问题。近年来，数字化检测、特高频(UHF)检测等检测方法得到较快的发展。特高频检测在特高频频域内进行局部放电检测，可有效抑制外部干扰和提高信噪比，得到越来越多的应用。外置的特高频传感器在变压器箱体外部检测特高频信号。局部放电释放的特高频电磁波在变压器箱体内部传播、反射、折射，在检测点处释放出的特高频信号较原始信号峰值产生大幅衰减，导致检测灵敏度降低、准确度降低等。而内置的特高频传感器需要将特高频传感器伸入变压器油中进行局部放电的检测。因此，内置传感器对电力变压器的整体结构及安全运行产生一定的影响，对电力变压器的整体设计提出了更高的要求。对整体变压器进行建模计算，可知在变压器内部时铁芯、高压绕组、高压末屏在部分频带内时可作为特高频天线。在变压器内部施加激励，计算变压器铁芯、高压绕组、高压套管末屏等部件感知的电压信号，可知所选器件在可用频域内可对特高频信号进行良好的感知，且感知信号的频带集中于400~800MHz左右。

3电测法

超高频检测方法是一种新的放电检测手段，在对传统检测方法中存在缺陷的改进与优化的基础上衍生出来，极大地弥补了传统检测法的一些不足。变压器的局部放电可产生的高频信号，利用超高频检测法可对电力变压器部分绝缘放电进行准确检测和定位，并且减少干扰因素的影响。通过超高频检测法来对变压器局部放电进行检测的优势在于：①局部放电脉冲产生的能量和频带宽几乎成正向比例，仅考虑热噪声在灵敏度方面的影响程度时，超频宽带检测具有更高的灵敏性；②宽频法可以有效抑制电晕引起的电磁干扰频率，可以看出，合适的超高频传感器能够对变压器绝缘中局部放电的性质和物理信息展开准确测量。

4非电测法

4.1光测方法

局部放电发生后，会产生400nm到700nm不等的光波，在通过光电倍增管强度和的处理后，进而产生了光电流。有关人员对光电流中的强度和波长便可对局部放电进行定位和检测。目前，光学测量方法在实验室研究中取得了巨大的成就，但由于检测设备成本较高，同时需要测量部件的透明性强一些，因此在实际应用中光学测量方法存在一些限制性因素，目前只适用于定性分析。在未来光测法的发展中，光纤技术的发展可作为进一步创新的基础，主要是将光测法与声学法结合起来，测量局部放电情况，将会得到一定程度的发展。

4.2化学检测方法

电力变压器发生局部放电时，其中的大部分绝缘体会被分解和破坏，同时形成新的物质。化学检测方法就是通过对生成物质的成分和浓度进行检测来达到检测目的，判断局部放电的状态。化学检测方法现阶段应用到变压器在线故障的诊断工作当中，其具有的模式识别系统能够对故障展开自动识别，但目前并没有对这种故障识别形式建立一个统一的判断标准。并且，由于其对于潜在故障的灵敏性较高，但对突发故障的检测不够及时，因此无法准确识别到突发性故障。

5电力变压器局部放电定位技术

5.1超声波检测定位

该定位方法是利用超声波信号和电脉冲信号之间的时差进行定位。具有抗干扰能力强、携带方便等优点，是目外比较常用的定位方法。在进行定位时，以变压器箱体上贴附的一路传感器为参考点，测试放电信号参考点与其他传感器之间的时差，然后利用双曲面法计算放电的位置。然而在计算的过程中，经常会将声速假设为以个固定的等值，但实际情况是由于放电部位等的差异，超声波传播的速度并不一样，所以会对定位的精确性造成比较大的误差，所以在使用超声波定位的过程中必须要注意，采用声速变量以及增加探头的方式进行优化。此外，影响超声波定位准确的因素还有计算方法、时差估计等。

5.2联合定位法

由于采用单一的方法进行定位，会受到较大的影响，从而导致定位不准确，如脉冲电流容易受到噪音等影响，且抗干扰能力较低。所以，为了提高局部放电定位的准确性，越来越多的联合定位方法被使用，如特高频-声联合定位、特高频-光联合定位等。特高频-声联合定位是超声波与特高频方法相结合的定位方法，定位时，在变压器充油阀附近安置特高频传感器，能够避免特高频电磁波的衰减问题，然后通过获取的特高频信号初步判断放电位置；然后在距离较近的俩个充油阀附近分别安置超声波传感器，采用获取到的超声信号时差与高频电磁波时差相比较，选取相近的时差作为参考时差，从而能够更准确地对放电位置进行定位。特高频-声联合定位弥补了单一特高频定位和超声波定位的缺陷，能够对放电位置进行快速、准确的定位。

结束语

综上所述，超声波检测、光学测量和化学检测等非电检测方法的应用优点是具有较强的抗干扰性，因此在局部放电的性能检测方面具有较高的应用价值与较广阔的发展潜力。不论是电测法还是非电测法，都需要积极不断实现创新化发展，推动电力变压器甚至电力系统中的其他部分的运转性能，提高故障诊断的准确性和可靠性，为电力工程运行提供可靠的技术支撑。

参考文献

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