电力变压器局部放电检测技术的现状和发展

邹海涛 洪叶 侯凤琛

摘要：电力变压器是电力系统正常运行中必不可少的一个关键运行部件，运行状况与设备质量直接关系到整个电力系统的安全与稳定性。同时，电力变压器的绝缘状态又直接影响到变压器的整体运行状况，其中局部放电产生大量的电、光、声、热等的物理、化学效应，是造成电力变压器绝缘老化、变形的主要原因，进而可能由此造成不同程度的电力事故。为应对局部放电导致的变压器运行问题，近年来相关专家结合这些效应研发出了各类放电监测技术，如电脉冲法、光检测侧法、超声波法、超高频法、气相色谱法和红外热像法等，均有效地应用在了局部放电检测工作中，帮助整个电力工程正常运行。

关键词：电力变压器;局部放电;检测技术;现状;发展

1电力变压器的局部放电

1.1变压器局部放电原因

变压器的内部绝缘设计采用的是油-纸绝缘，这种材料在变压器工作时，无可避免会产生一些气泡或者是油隙，这样就很容易引发局部放电现象，这种由于元件制造和生产中导致的绝缘薄弱点就成了变压器设备故障的潜在风险，严重时将会因为重复击穿导致变压器无法正常运行。

1.2局部放电类型

绝缘介质的内部放电，变压器内部存在着各种不同介质常数的物质，气态物质的介质常数远小于固态，且与场强排列成反比，当该区域电压增大时，局部越远薄弱点气穴反应较大，产生放电现象;绝缘介质的沿面放电，电场中的某个场强分量平行于介质表面，当其高于耐受场强时，绝缘介质的弯曲处、边沿和四角位置都会发生表面放电;尖端放电，交变电场下，导体曲率半径较小的尖端位置会因为极不均匀的高强度电场产生电晕放电现象。

2变压器局部放电检测方法

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：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。

2.4超声波检测方法

变压器的局部放电现象往往伴随声波的释放，超声波检测就是利用传感器接收释放的超声波来对局部放电的范围和位置进行检测和定位。超声波检测法具有一定的应用优势，最大的优点便是工作原理简单。但同时，检测局部放电的超声波传感器还无法完全满足超声波检测的需求，主要表现在抗电磁干扰性能差、灵敏度低方面，这就给超声波检测工作增加了难度。基于此，超声波檢测大多对局部放电状态进行定性判断与数据采集，利用电脉冲信号或直接使用超声波信号进行物理定位。有关机构已经利用超声波法展开了大规模的检测模拟工作，对110kV及以上类型的变压器放电现象进行试验。测试结果表明，超声波检测法具有准确诊断局部放电问题是否存在的能力。

2.5油中溶解气体检测法

操作简单，成本较低，抗干扰性强，检测原理是由于电力变压器的绝缘部位老化，性能衰退，在局部放电时绝缘材料会生成可以溶解在油中的气体，而通过一定检测设备吸收、检测、分析出其中的各种气体类型和含量、比例，从而判断出是否发生的放电现象。

2.6红外检测法

红外热成像监测法依据的是高压设备在局部放电时某部位的温度反应，若变压器被测的部位温度高于绝对温度，可以热成像系统来检测热能转化出来的红外辐射强度，由于大气对不同波长的辐射吸收程度不同，因而可根据波长分段选择合适的短波和长波进行检测，当辐射信号转换成电信号后会被处理成可以看懂的数据信息显示给检测设备控制人员，便可以判断出设备局部放电的位置和程度。这项检测技术不受电磁场干扰，并且可以在一定的距离内进行遥测，对于导体连接不良、变压器套管这类外部故障的检测效果较好。

3局部放电检测技术未来发展分析

（1）声学检测法、光学测量法以及化学检测等非电检测方法的抗干扰性能力较强，同时对于环境的敏感性较低，能够适应不同电气特性，受到的影响较小，操作也相对方便，今后的发展空间也相对更加广阔，潜力较大。目前，非电检测方法作为主要辅助检测手段，在对绝缘局部放电超声进一步研究的基础上，将对放电强度展开更加准确的定量分析，从而建立一个包含检测、定位等工作的局部放电判断标准。

（2）脉冲电流法是针对目前检测类型来说，最为标准的局部放电检测方法，形成了一个统一的检测标准。但同时其仍然存在一些不足，如测量的频带窄、频率低、参数数据收集规模较小等问题，需要进行深入研究，积极创新。射频检测法收取的放电信号远高于传统测量方法，能够最大限度排除干扰因素，精确提取脉冲信号，为电力变压器的诊断工作提供了一种新的思路。新兴的超高频检测技术就是这一原理的创新和延伸。超高频检测技术弥补了传统脉冲电流法存在的缺点，具有较高的潜在优势，在未来将产生较高的应用价值，是今后新型检测方法研究和开发的一个研究方向。

结论

电力变压器对于电网的影响力不言而喻，在变电器长期的运行过程中，设备终将老化出现各种问题，由于绝缘强度的高低会加大用电安全事风险，对该问题进行分析发现主要是由于局部放电导致变压器绝缘劣化，为此国内外涌现很多带电检测及定位技术，在实际应用过程中，要根据电力系统运行维护需要和质量管控目标，结合不同检测和定位技术优势和缺陷选择最适用的方法，从而全面排除故障，保障电力电网稳定运行。

参考文献：

[1]车辙.变压器故障诊断方法设计与研究[D].陕西：西安科技大学，2019.

[2]张杰，付泉泳，袁野.变压器局部放电带电检测技术应用研究[J].变压器，2018，55（08）：66-71.

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