变压器局部放电检测方法的现场应用研究

何峰 胡进栋

摘要：绝缘缺陷是影响电力变压器正常运行的主要因素，局部放电检测法可有效发现变压器内部绝缘缺陷。本文对变压器局部放电现场检测常用方法进行介绍，并通过现场实例验证了超声波、特高频和DGA检测法的有效性，为变压器局部放电检测技术的现场应用打下了基础。

中图分类号：TM855

关键词：变压器;局部放电;故障诊断

1  引言

变压器作为电力系统中的枢纽性设备，它的正常运行影响着电力系统的安全性和稳定性。根据变压器绝缘故障统计分析结果[1]，变压器内部绝缘缺陷是影响其正常运行的主要因素。变压器在制造过程或者运行中会产生局部的缺陷，如绝缘内部气泡、裂纹、悬浮电位质点和金属尖端等。这些缺陷会导致变压器绝缘体内部或者绝缘表面场强分布不均，使局部区域场强高于平均值，当达到此类区域的击穿场强时，将会在这些局部区域发生先导放电，由于其他区域尚未达到击穿场强，仍能够保持绝缘性能，从而将会形成设备内部局部放电现象。因此，变压器内部局部放电是导致绝缘不断劣化的主要因素，更是绝缘发生劣化的先兆和具体表现形式[2]。进行变压器内部局部放电测试能够有效反映其绝缘状况，及时诊断出绝缘内部缺陷，防止主变产生突发性的绝缘事故。相关研究表明：局部放电检测对于设备产品质量的把关、运行中设备的绝缘预防性诊断都能够起到至关重要的作用。

2  变压器局部放电检测方法

变压器内部局部放电时会伴随产生声、光、电等现象，各类局部放电的检测方法就是以这些现象为依据，以描述声、光、电现象的相关物理量来表征设备内部局部放电，包括放电量的大小和局放源的定位。根據局部放电产生的电脉冲信号、电磁波、超声波及气体分解物等现象，相应有脉冲电流法、特高频法、超声波法、气相色谱法等一系列检测方法[3]。

2.1 脉冲电流法

变压器内部产生局部放电后，将会在接地线上产生一个脉冲电流信号，在接地线上加装特制电流传感器，来检测此接地脉冲电流，进而转化成视在放电量，能够判断变压器内部局部放电量的大小。脉冲电流法是局部放电检测法中研究应用最早、最广泛的一种检测方法。变压器局放检测常用罗戈夫斯基线圈（罗氏线圈）作为传感器，此种方法的优点在于传感器与被测设备仅存在磁耦合，不存在电气连接，因此广泛应用于变压器出厂试验及离线测试当中，且离线测试的灵敏度相对较高，并可以测得视在放电量。脉冲电流法也有其缺点[4]：一是检测结果易受现场各种干扰信号的影响，二是检测仪器的灵敏度随着被测设备的等效电容值的增加而下降，检测频率较低，频带范围较窄，检测结果包含的信息量较少。

2.2  射频检测法

射频检测法的检测频段为3MHz～30MHz，由于脉冲电流法的检测频带一般在1MHz范围内，与很多干扰源处于同一频率范围，射频检测法将检测信号的频率进行了上移，在较高的频率范围内检测局部放电脉冲电流信号。射频检测法的传感器通常采用的也是罗戈夫斯基线圈，脉冲电流信号经过线圈耦合到放大器，经滤波器滤波处理，由数字系统进行采样信号的量化处理。射频检测法虽然可避开现场环境中大量低频、中频干扰源，但在射频检测范围内还存在很多其他干扰信号，利用硬件无法完全予以消除，所以干扰信号的抑制工作还须与数字算法相结合来进行。

2.3  特高频检测法

特高频法（UHF法）是变压器内部局部放电信号检测的一种常用方法，该方法检测频段更高，大致在300MHz-3GHz之间，通过特高频天线作为传感器来接收局部放电辐射出的UHF电磁波信号，然后经过信号处理来实现变压器内部局部放电信号的检测。由于特高频法检测频率高，对于变压器本身存在的电晕以及主变周围开关操作等电气干扰可以有效避开，且具有较高的检测灵敏度，可以根据特高频法典型检测图谱进行故障类型的识别，并进行大致定位，近年来变压器特高频检测方法发展迅速，并得到了广泛的应用。此方法也存在其缺点，由于变压器箱体对电磁波信号有屏蔽作用，在变压器本体外进行检测有效程度较低，通常要求变压器制造厂配合安装内部预置式特高频传感器，此外，特高频法检测的是空间电磁波信号，无法对局部放电产生的放电量大小进行有效衡量，成为特高频检测技术应用方面的最大障碍。

2.4  超声波检测法

超声波检测法是根据声波在各种介质中的传播特性来检测变压器内部局部放电信号的方法，其检测频带范围为10k-200kHz。变压器内部发生局部放电时会产生超声波信号，将超声波信号传感器固定在变压器外壳的不同位置，能够对局部放电产生的超声波进行有效检测[5]。超声波检测法属于非电法，故抗电磁干扰能力强，可以方便地定位，但容易受到变压器振动的影响。由于变压器结构的复杂性，超声波信号在其内部的传播过程也是一个比较复杂的过程，声波信号在固体材料中衰减严重，所以信号到达变压器壳体比较微弱，通常利用此特点能够进行局放源的定位，而当局部放电信号比较微弱时往往也难以检测到有效信号，所以超声波法主要作为变压器局部放电检测的一种辅助方法，与电测法进行联合使用。

2.5  气相色谱法

气相色谱法DGA（Dissolved Gas Analysis）原理如下，当变压器发生局部放电时，变压器油、纸等绝缘材料会在电弧下进行分解，产生各类特征气体并溶解于油中，通过检测变压器油中溶解气体各组分的浓度，可以有效判断绝缘缺陷类型和严重程度。目前，气相色谱法主要应用于变压器的油气分析。该方法不受外界电磁干扰的影响，但是不能有效反映突发性故障。

3  典型案例

3.1  案例经过

在对平岘35kV变电站进行例行试验中，发现其1号主变油中溶解气体数据存在异常，C2H2含量超出注意值，外观检查无异常，且无异常声响。对平岘站1号主变进行连续跟踪测试，分析色谱数据，发现C2H2含量稳定存在，且有一定的增长趋势。并通过局部放电检测装置检测到了明显的特高频、超声波局部放电信号，通过超声波传感器进行定位，判断出变压器有载分接开关底部存在局部放电信号。对平岘1号主变压器进行停电、吊芯，发现主变有载分接开关处由于B相引线与C相引线线鼻处形成搭接，从而造成的局部放电，检修人员对故障部位进行了处理，对主变本体进行滤油，重新投入运行后进行油中溶解气体分析，发现特征气体含量消失，且本体及周围均无异常局部放电信号。

3.2 检测分析方法

（1）油中溶解气体分析

2014年9月19日、23日、25日分别对1号主变进行取油样、油中溶解气体分析，结果如下：表1 油中溶解气体分析结果

从测试结果可以看出，三次测试结果乙炔含量都超出规程规定的标准，且有一定的增长趋势，三比值编码为：0，2，2，據此，初步推断变压器内部存在电弧放电故障。

（2）局部放电检测

9月25日，采用上海华乘PDS-T90型局部放电检测仪对平岘1号主变进行超声波、特高频法局部放电测试，结果如下：

根据以上测试结果，特高频法检测幅值为58dB，根据PRPS谱图，放电信号在工频相位的正负半周对称分布，且幅值较大，间隔时间较密集，根据PRPD谱图，在图的下半部放电散点分布比较稀疏，越往上分布越密集。

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利用超声波法进行局部放电缺陷定位，选择多个测试点，分别在变压器外壳不同部位放置超声波探头进行检测，对比分析各部位检测结果，发现主变本体电磁振动对测试结果影响较小，基本可以忽略，背景噪声检测未见明显干扰信号。而在检测有载分接开关底部壳体时，在超声波法连续模式下检测到了明显的局放信号，如图2，信号有效值为17.2dB，周期峰值为24.5dB，50Hz频率相关性为-10.5dB，100Hz频率相关性为7.2dB。综合特高频与超声波局部放电检测结果，判定变压器内部存在局部放电，放电类型为由于螺丝松动、金属异物等导致的悬浮电位放电，或者由于绕组间局部绝缘损坏造成的绕组对地以及绕组间的放电。

3.3 解体检查

根据上述分析，检修人员对该变压器进行停电检查，发现有载分接开关B相引线与C相引线线鼻处搭接造成局部放电。图3中可以看到解体后的引线及线鼻处明显的电蚀痕迹。

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3.4 缺陷处理

确定缺陷性质及部位后，立即对缺陷进行处理。首先将绝缘损坏部分导线去除，再以金属续接管进行连接、压接，再进行打磨处理，除去尖角和毛刺，如图4所示。

4  经验体会

（1）油中溶解气体分析技术是检测和诊断油浸式变压器内部绝缘缺陷行之有效的方法，可以检测变压器内部潜伏性缺陷隐患，并对缺陷隐患的性质进行粗略分析，因此应成为重点开展的项目。

（2）特高频局部放电检测技术能够灵敏地反应变压器内局部放电信号，且抗干扰能力强，具有较好的安全性、有效性及实时性。

（3）超声波局部放电检测技术能够检测到变压器内部局部放电信号，并能够实现故障点的定位。

（4）对于现场存在潜在缺陷的设备，应综合运用多种检测手段进行分析诊断，有利于设备缺陷的正确分析和运行状态的准确评价。

参  考  文  献

[1] 陈刚.电力变压器绝缘故障的动态分析.东北电力技术，2002，6（4）：11-13.

[2] [苏]Γ.C.库钦斯基著，徐永禧，胡维新译.高压电气设备局部放电.北京：水利电力出版社，1984.

[3 ]王国利，郝艳捧，李彦明.电力变压器局部放电检测技术的现状和发展.电工电能新技术，2001，20（2）：52-57.

[4] S.A.Boggs，G.C.Stone. Fundamental limitations in measurement of corona and partial discharge.IEEE Trans.On Electrical insulation，1982，17（2）：143-150.

[5] 胡琳琳.油中局部放电超声波信号特性的试验研究：[硕士学位论文].北京：华北电力大学，2005.

作者简介：

何峰（1986-），男，籍贯甘肃白银，硕士研究生，工程师，毕业于华北电力大学，工作单位国网兰州供电公司，从事电气设备带电检测与故障诊断技术的研究。