基于超声波与UHF超高频的变压器局放重症检测系统研究

李广华

（许继集团有限公司，河南许昌 461000）

基于超声波与UHF超高频的变压器局放重症检测系统研究

李广华

（许继集团有限公司，河南许昌 461000）

变压器是电力系统中重要的组成部分，在其运行的过程中，其内部的绝缘系统会发生局部放电，并产生脉冲，影响变压器的运行。传统检测变压器局放的方法为油气分析法和脉冲电流法，但检测效果并不理想，近年来，变压器局放重症检测中越来越多的采用超声波与UHF超高频检测，具有良好的检测效果，本文在介绍常用的变压器局放检测方法基础上，分析了基于超声波与UHF超高频的变压器局放重症检测系统设计方法。

超声波 UHF超高频 变压器 局放检测

变压器局部放电会对其内部的绝缘系统产生一定的损害，严重时，降低绝缘系统的性能，引发变压器故障。通常，变压器局放产生时持续的时间比较短，检测局部放电时，通过对局放信号的检测，了解局部放电情况，进而采取相应的措施避免局放的危害，保证变压器的正常运行。超声波与UHF超高频联合检测法为近年来兴起的方法，具备比较强的抗电磁干扰能力，灵敏度及精度都比较高，可准确的定位故障并识别故障类型。

1 变压器局放检测常用方法

1.1 脉冲电流法

变压器局部放电时，会产生脉冲电流，此种方法中，即是利用电流传感器对脉冲电流进行检测，或者是检测阻抗确定脉冲电流，从而将具体的放电量确定。脉冲电流法为传统方法中的一种，使用的范围比较广泛，不过在使用脉冲电流法进行检测时，测量的灵敏度、准确度等会受到检测阻抗及放大器的影响，降低检测结果的正确性，同时，测试的频率通常在1MHz以下，因此，检测结果中的信息量比较少，实验室检测环境下，具备较好的灵敏度，但在现场环境中时，检测结果受到的外界干扰程度比较大。

1.2 超声波检测法

变压器局部放电时，会超声波，在邮箱壁上固定超声传感器后，可实现超声波的接收，依据超声波的波形，将局部放电的位置、电流大小确定出来。电气对超声波的干扰比较小，在一定程度上保证了检测结果的准确定，因此变压器局部放电检测中，越来越多的应用超声波检测法［1］。不过，变压器内部绝缘系统结构的复杂性比较高，声波的衰减、声速的变化都会受到声介质的影响，限制了超声波检测法的应用，同时，电磁对超声传感器产生的干扰比较大，降低超声波检测的灵敏度，还需在应用过程中进一步的研究。

1.3 射频检测法

在此种方法中，以变压器中性点为测量点，通过罗哥夫斯基线圈完成信号的测取。射频检测法的信号频率接近30MHz，测量频率大幅度的得到提升，提升了局部放电检测的准确性，同时，按照测试系统时，比较简单，可在现有的电力系统运行方式基础上实现监测设备的安装，不过在检测的过程中，外界干扰对其影响比较大。

2 基于超声波与超高频的变压器局放重症检测系统设计

2.1 检测方案

在设计的检测系统中，包含的组成部分比较多，比如现场传感器单元、现场信号调理单元等，各个单元共同作用，完成变压器局放重症的检测。现场传感器单元包含两个部分，一部分为UHF超高频单元，设置2路，另一部分为超声波单元，设置6路，信号调理单元设置在每路传感器中［2］。在信号调理单元中，包含比较多的信号处理功能电路，比如现场控制电路、光电转换电路等。采集信号时，相互触发脉冲信号后，超高速采集系统与低速采集系统同步运转。检测系统在采集超声波信号时，为了保证准确性及可靠性，在屏蔽金属套内设置超声波传感器、滤波电路等。超声波传感器检测时，将频带设置为80～300kHz，此时检测结果最佳。选择的超声波传感器型号为AE-PD型，此型号具备较高的灵敏度，设置频带宽度时，确定为80～150kHz。变压器在运行的过程中，各种干扰所产生的频率均低于400MHz，而在UHF超高频传感器中，信号均高于400MHz，在400MHz～1500MHz之间，布置超高频天线时，选择内置的方式，降低电磁信号对其的干扰。

2.2 调理与采集电路设计

第一，缓冲放大电路设计。变压器局放类型不同时，信号幅值特性也存在一定的差异，而在程控增益放大器中，以具体的信号幅值特性为基础，动态的调节反馈电阻网络，实现闭环增益［3］。设计缓冲放大电路时，即采用程控增益放大器，以便于自动的切换局放信号电压幅值量程测量范围，将信号幅值特性波动引起的检测不准确问题有效的解决。集成运算放大器在运行的过程中，运算结果会受到电子开关运行噪声的影响，基于此，电子开关选择为继电器，从而将局放信号方法处理的准确性及可靠性提升。

第二，超高速同步采集电路。光电信号转换完成后，整理电路处理变压器的局放信号和工频信号，计算机“采样启动”信号传输到待检测系统后，控制逻辑对信号进行运算和分析，形成调控命令，数据采样卡接收到局放信号后，同步采集信号。

第三，同步低速采集电路。超声波信号、同步电压信号由多路同步低速采集系统负责，在该系统中，选择的同步采样多功能DAQ型号为N1/PXI-6133，可同步实现8路输入，同时，依照采集的需求，可完成采集、分析及存储。

2.3 变压器局放定位方法设计

定位变压器局部放电位置时，应用超声波与超高频传感器同时进行，超声波信号为6通道AE-PD，放大器检测带宽设置为80～150kHz，超高频信号为2通道UHF-PD，放大器检测带宽设置为500～1500MHz。定位时，采用的设备为超声波传感器和超声阵列传感器，将局部放电信号接收后，利用FODA算法，完成定位。具体的定位流程如图1所示。

3 结语

以超声波和UHF超高频技术为基础，通过变压器局放重症检测系统的设计，可有效的检测变压器局部放电的部位及电流的大小，进而科学的对其进行处理，保证绝缘系统的可靠运行。

［1］李辉，陈江波，张曦，等.变压器局放用UHF传感器的校准方法研究［J］.高压电器，2014，50（01）∶7-13.

［2］侯慧娟，盛 戈皞 ，苗培青，等.基于超高频电磁波的变电站局部放电空间定位［J］.高电压技术，2012，38（06）∶1334-1340.

［3］刘嘉林，董明，安珊，等.电力变压器局部放电带电检测及定位技术综述［J］.绝缘材料，2015，48（08）∶1-7.