电力变压器局部放电带电检测及定位技术的思考

孟凡尧 杜健文 夏文华

【摘 要】随着电力行业的不断改革向自动化和智能化方向发展，智能电网的建设技术也逐渐成熟，以更好地保障电力系统运行的安全性和稳定性。从现实情况来看，电力变压器局部放电问题导致电力设备时常出现运行故障。造成电力变压器局部放电的原因比较复杂，因此有必要通过有效应用带电检测及定位技术对这一课题进行研究。

【关键词】电力变压器；局部放电；带电检测；定位技术；思考

引言

电力变压器是整个电力系统的关键设备，是输变电系统的核心，一旦发生故障将会影响到整个电力系统的运行稳定，给社会带来一定损失。目前电力变压器大多数采用油纸复合绝缘，主要构成材料为绝缘油、绝缘纸板以及一些相关的固体绝缘材料。在理论上，油纸绝缘能够达到相应的电气强度以及力学性能的要求，但现实是其在生产过程中总是会由于一些外界的因素而出现这样那样的缺陷，从而导致在投入使用后设备发生故障。

1局部放电带电检测技术原理及特征

1.1高频（射频）电流法

高频电流法是基于传统脉冲电流法延伸出的一种非电接触式的局部放电测量方法，采用高频罗氏线圈来替代测量阻抗，从耦合回路中取得由局部放电产生的陡脉冲电流信号。由于该方法信号响应引入测量回路的等效阻抗极小（毫欧级），且可穿套于试品接地线或接地扁铁上实现非电接触式测量，对设备正常运行不构成影响。实际带电检测中，该方法多采用开环式结构的罗氏线圈进行检测，其检测原理如图1所示。

图1电力变压器高频局部放电检测示意图

高频电流法与标准脉冲电流法类似，在条件允许情况下进行相位跟踪测量（一般采用柔性工频电流传感器或电压变换器得到），取得放电幅值、放电次数与电压相位的关系，然后采用PRPS、PRPD、N-Φ、Q-Φ、Q-Φ-T等统计分析模式，分析被测变压器设备的当前状态和绝缘缺陷类型。另外，还可利用开窗技术对放电相位进行频谱分析，利用时间频域实时对照或联合分析实现检测过程中异常事件的频域特征量的提取等。采用高频电流法进行带电检测会因其信号耦合方式而受到现场复杂因素的影响，如背景噪声、现场设备外部干扰、偏磁电流等，通过加装滤波器、对干扰进行分离分类、对比多次测量幅值和趋势分析等方法可以解决上述问题。

1.2超高频法

油纸绝缘内部发生局部放电时，将激发频率高达GHz的电磁波，此信号在金属箱体内的衰减比在自由空间的慢，故可在设备内部传播并通过箱体与套管连接缝隙传出。基于此，可采用超高频（UHF）传感器对变压器内部局部放电产生的超高频电磁波信号进行检测，获得局部放电的相关信息，实现对变压器绝缘状态的诊断。根据安装方式的不同，UHF传感器可分为安装于设备内部的内置型传感器和安装于外部的UHF外置传感器两种，如图2所示。

图2超高频传感器

超高频法可检测到频率范围为300～3000MHz的局部放电信号，经合理選带，可有效避开现场干扰。另外，UHF传感器还具有瞬态响应好、线性度高、灵敏度高等优势。虽然实验证明脉冲电流参数与超高频参数有相同的变化趋势，可用超高频法参量（dB）近似反映放电的强弱，但变压器内部结构相当复杂，超高频测量机理与传统脉冲电流法截然不同，不同位置和不同类型缺陷的局部放电电磁波强度、传播路径和衰减程度的差异对UHF放电量的标定带来较大难度。

1.3超声波检测法

电力变压器之所以产生局部放电现象，主要原因在于绝缘纸板或者油中气泡存在缝隙。当发生局部放电现象时，气体分子之间会发生猛烈撞击，进而产生脉冲机械声波。只要对这一种超声波给予有效检测，就能够判断局部放电的具体情况。在利用超声波检测法进行带电检测时，可以对20～200kHz范围内的信号给予检测。当局部放电量较大时，超声波信号也相应较大。因此，超声波带电检测法能够有效判断局部放电量的大小。

1.4光学检测法

当电力变压器出现局部放电现象时，变压器油中会伴随发热和发光等情况。如果检测热辐射信号或者光辐射信号，就能够正确判断局部放电情况。例如，在现实检测过程中，光学检测法能够有效接收紫外线、红外线、可见光等光信号，并且将光信号转化为电压信号，从而判断电力变压器局部放电的强弱情况。光学检测法存在一定的局限性，主要应用于外部检测，不能检测内部关键设备的运行状态。

2变压器局部放电带电检测定位措施

2.1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。

2.2特高频检测定位

在发生局部放电时，产生的特高频电磁信号有较强的抗干扰能力，同时其传播速度较快，能够对放电位置进行快速准确的定位，但由于特高频电磁波在金属物质的传播性能较差，变压器内部结构复杂，所以影响了特高频电磁波的传播，因此必须对这些影响因素进行了解和掌握才能够确保定位的准确。在油纸复合绝缘介质中，特高频电磁波的传播几乎不受影响，但是在良导体中传播的衰减程度较大。但定位的关键在于不同传感器之间的时差估计以及算法，有很多学者对此进行了大量的研究，为了实现时差自动测量，还提出了一些方法，如互相关一位移一叠加一相关等，在很大程度上提高了定位的准确性，但是仍然与实际的放电位置有较大的偏差。

2.3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。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，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。特高频-光联合定位是特高频定位与光学定位相结合的方法。光学定位由于受到塑料光纤的限制，只能对小范围内的放电位置进行定位，所以需要特高频进行初步定位，然后用光学检测进行精确定位。特高频信号具有干扰小、反应灵敏等优点，所以才采用特高频进行初步定位，缩小范围，然后采用光学进行精确定位，能够让局部放电定位更加准确。

结语

综上所述，针对电力变压器局部放电带电检测及定位技术的探究十分必要。为了解决局部放电问题，国内外涌现很多带电检测及定位技术，各自具有不同的优势和缺陷，应结合具体情况，发挥相关技术的最大作用。根据研究发现，联合使用多种带电检测及定位方法能够有效提升检测定位的准确度和效率。

参考文献：

[1]范茜茜.电力变压器局部放电超高频检测仿真分析[J].电力大数据，2018，21（7）：80-87.

（作者单位：国网枣庄供电公司变电运维室）