电力变压器局部放电检测技术现状与发展趋势

程重，石惠承

（嘉兴电力局，浙江嘉兴314033）

电力变压器局部放电检测技术现状与发展趋势

程重，石惠承

（嘉兴电力局，浙江嘉兴314033）

概述电力变压器局部放电检测技术现状，介绍超高频（UHF）法的测试原理、系统构成、标定方法及测量影响因素，指出UHF检测将是电力变压器局部放电检测的发展方向。

电力变压器；局部放电；超高频；检测

目前，局部放电（简称局放）的检测和评价已成为变压器绝缘状况监测的重要手段，检测方法有脉冲电流法、超声波法、光测法、化学检测法等多种。近年来，超高频检测（UHF）技术也逐步应用于变压器局放检测。与传统方法相比，UHF技术具有检测频率高、抗干扰性强、灵敏度高等优点，更适合局放在线检测[1]。

1 变压器局部放电检测研究现状[1，2]

1.1 超声波检测法

局部放电常伴有声波释放，超声波检测法是利用传感器接收局放产生的超声波，由此确定局放的大小及位置。目前，用于检测局放的超声波传感器抗电磁干扰性能较差，灵敏度也不够高，从而增加了超声波检测的难度。因此，超声波检测多用于对局放作定性判断，并结合电脉冲信号或直接利用超声波信号对局放进行物理定位。

1.2 光测法

光测法是将局放产生的光辐射经光电转换后检测光电流的特性以实现局放的识别。但光测法的设备复杂且昂贵、灵敏度低，在实际应用中受到限制。近年来，随着光纤技术的发展，将光纤技术和声测法相结合后提出了声-光测法。该技术利用声波压迫使光纤性质改变并导致光纤输出信号的特性改变，从而测得放电。

1.3 化学检测法

化学检测法是一种通过测定绝缘材料分解生成物的组成和浓度来判断局部放电状态的方法，目前已广泛应用于变压器在线故障诊断。该方法存在检测准确度不高的缺点，对发现早期潜伏性故障较灵敏，但不能反映突发故障。

1.4 脉冲电流法

脉冲电流法是研究最早、应用最广泛的检测方法。它是将变压器等效成一个电容，局放时其两端会产生瞬间电压变化，经耦合电容引至检测阻抗上可获得脉冲电流，与局部放电对应，经处理后可获得变压器局放参数。其缺点是：当试品电容量较大时，受耦合阻抗的限制，灵敏度降低；检测频率低于1 MHz，包含信息量少；离线状态灵敏度较高，但现场检测易受外界干扰影响。

1.5 射频检测法

利用罗可夫斯基线圈从变压器中性点处测取信号，但无法分辨三相变压器局放所处相别，且信号易受外界干扰。随着数字滤波技术的发展，射频法在局放检测中已得到较广泛的应用。

1.6 超高频检测法

超高频检测法即UHF技术是近年来发展迅速的局放检测技术，它通过传感器获取变压器局放超高频（300～3 000 MHz）信号，实现对局放的检测和定位。

2 变压器局部放电超高频检测法

2.1 UHF检测原理

变压器发生局部放电时必将发生正负电荷中和，伴随着陡电流脉冲，并向周围辐射电磁波[1]。研究结果表明[3]：局放辐射电磁波的频谱特性与局放源的几何形状以及放电间隙的绝缘强度有关。变压器油-隔板结构的绝缘强度较高，局放能够辐射很高频率的电磁波，且放电脉冲上升沿基本为1～2 ns，因此，其发射的电磁波中的超高频分量相当丰富，可用电容传感器或超高频天线来接收[4]。

目前常用的脉冲电流法的检测频率不超过1 MHz，而UHF可检测300～3 000 MHz的电磁波。另外，UHF传感器所起作用也并非电容耦合，而是作为接收超高频信号的天线。

2.2 超高频局放在线监测系统的构成

变压器局放UHF在线监测系统主要包括超高频传感器、信号传输电缆、信号调理单元、数据采集卡、便携式工控机和相关控制单元。变压器内部局放产生的电磁波被UHF传感器接收后转换为电压信号，经同轴电缆传输至信号调理单元，调理后送入数据采集卡进行采集、存储等处理。其系统结构如图1所示。

2.3 标定方法与故障诊断判据的研究

目前，有关UHF标定的研究主要集中在3个方面：检测结果标定、系统灵敏度标定和UHF传感器标定。

2.3.1 检测结果标定

UHF检测结果标定主要是与传统方法（IEC 60270法）的结果进行校核，试图在UHF测量结果与局部放电量之间建立联系。有学者[5]尝试以GIS为对象，首先根据GIS局放图形识别缺陷类型，然后根据灵敏度曲线（UHF法和IEC 60270标准方法同时测量得到）来标定每一类缺陷的视在放电量。然而，这种校核方法需注意不同缺陷需对应不同的灵敏度曲线[6]。此外，王国利等人研制了变压器局放超高频校正装置，探讨了放电脉冲幅值与接收天线耦合信号幅值之间的量化关系[7]。结果表明，信号值与放电脉冲幅值成线性关系，在一定范围内，放电方位的变化对耦合信号的影响并不明显。该研究有一定的参考意义，但如何将其应用于现场校正还有待研究。

2.3.2 UHF灵敏度标定

由于UHF传感器测得信号的幅值取决于诸多因素，因而不能确定总的传递函数[8]，类似于IEC 60270的灵敏度校核方法对UHF并不适用。国际大电网会议建议采用两步骤的灵敏度校核方法[9]，如图2所示。

第1步，在实验室试验确定发射超高频信号的人工脉冲参数（上升时间、半峰值时间、脉冲幅值等）。加压使传感器C1处的真实缺陷发生局部放电（放电量约5 pC），在C2处用UHF法检测该缺陷放电产生的超高频信号A，见图2（a）。然后在C1处注入幅值可调的脉冲，在C2处得到超高频信号B，见图2（b）。调节注入脉冲的幅值，使信号B与A的偏差在±20%以内[9]。

第2步，在GIS设备相邻的传感器之间进行现场试验。将实验室得到的人工脉冲注入其中一处，如能在另一处测得上述超高频信号，则认为UHF检测灵敏度为某一水平[9]（CIGRE标准建议5 pC）。目前，国外已用该方法对GIS进行灵敏度标定，用于变压器的尝试也已取得一定成果[10]。

2.3.3 UHF传感器标定

UHF传感器的标定是对超高频信号检测传感器本身的校准。有研究者[11]提出用一种平行板TEM传输线标定方法对GIS中UHF传感器进行评价，TEM传输线产生类似于GIS中传感器受到的电场，通过定义标准的测试条件，对不同的传感器进行比较。而变压器UHF传感器标定研究还没有相关报道。

2.3.4 缺陷类型识别

识别局放类型可采用放电指纹放电谱图分析法。目前，对绕组绝缘油间隙放电、绕组端部油隙放电及纸板沿面闪络放电等产生的超高频信号进行研究，发现了一些新现象，将有助于判断局放危害的程度[14]。另外，通过对变压器实施长期局放在线监测，可积累有关故障诊断的经验。

2.4 超高频检测的影响因素分析

2.4.1 传感器安装位置

传感器放置位置对UHF法检测灵敏度的影响很大。若将传感器放在变压器内部，不仅可以提高检测灵敏度，还能减少变压器的外部干扰。据文献[12-15]介绍，将宽带阿基米德平面螺旋天线插入油阀中，天线面与油箱内壁处于同一平面，电磁波到达传感器时衰减较少，同时波导结构有利于电磁波的无损传输，从而提高了UHF检测灵敏度。其安装原理如图3所示。

2.4.2 变压器油

由于变压器油和空气的相对介电常数差别较大，油中电磁波的传播速度变小，使得相同频率的电磁波由长变短，从而改变了天线的谐振频率。

2.4.3 球形放油阀

球形放油阀可近似认为是一个空心的金属圆柱，具有一定的电磁屏蔽效果，天线安装于此会影响其接收性能。

3 结语

超声波检测法、光测法和化学检测法等非电检测法均具有抗干扰性好等优点，因而在局放检测中将会进一步发展。脉冲电流法虽然测量频率低、频带窄，但其所得数据具有可比性，目前仍不可替代。射频法能检测远高于传统测量频率的局放信号，可消除干扰的影响，从而实现局放信号的精确提取。

UHF法具有测量频带宽、抗干扰能力强等优点，并且满足变压器局部放电在线监测的要求，因此将成为变压器局放在线检测的主流技术。

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（本文编辑：龚皓）

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Current Situation and Development Trend of Partial Discharge Detection Technologies for Transformers

CHENG Zhong，SHI Hui-cheng
（Jiaxing Electric Power Bureau，Jiaxing Zhejiang 314033，China）

This paper introduces the current situation of Partial Discharge（PD）detection technologies for transformers.The measuring principles，system composition，calibration methods，influence factors in measurement of Ultra High Frequency（UHF）method are described.Moreover，it points out that UHF will be the development trend of PD detection for transformers.

transformer；partial discharge；ultra high frequency；detection

TM855+.1

：B

：1007-1881（2012）04-0032-04

2011-12-16

程重（1975-），男，浙江嘉兴人，高级技师，从事高压电力设备电气试验工作。