变压器局部放电检测技术分析

习腾之

（山西省晋城乾泰安全技术有限责任公司，河北 行唐 048000）

1 概况

电力变压器一般均存在局部放电现象，但这种局部放电现象很难通过绝缘试验来发现，而且采取一分钟交流耐压试验还会对变压器绝缘产生一定的损伤，从而对变压器日后运行的性能产生影响。

局部放电在放电过程中产生的能量比较小，在短期内并不会对变压器的绝缘强度产生明显的影响[1]。但变电器在运行电压下如果持续产生局部放电，其绝缘材料的介电性会不断下降，导致材料缺陷不断扩大，最终将导致整个绝缘失效而破裂。

2 变压器局部放电的检测技术及定位技术

变压器局部放电是普遍存在的一个问题，并且变压器局部放电会对变压器绝缘造成严重的损坏，从而导致变压器内部出现短路，甚至引发较大的安全事故。因此，针对变压器局部放电应该采取有效的检测技术方法和定位技术方法，将变压器局部放电问题进行准确的检测和定位，从而及时对其进行处理解决，以保证电网运行的安全性和稳定性。从当前变压器局部放电所应用的检测技术来看，主要包括如下主流检测技术：

2.1 超高频检测法

这种检测方式是通过在局部放电过程中产生的UHF 电磁波来实现探测，因此可以判断出局部放电的位置，同时具有抗干扰能力。该方法需将超高频传感器提前布置于变压器外壳处，当发生局部放电时，传感器即可实时采集该电磁信号并通过同轴电缆实时上传，实现对局部放电的监测。局部放电是一种电荷中和的过程，它会产生一种电流，并将电磁信号辐射到四周，如图1 所示。

图1 超高频检测系统结构

2.2 超声波检测法

变压器在运行时出现局部放电的情况下，也会释放出超声波，并且还会向附近扩散。依据该特点，可以在变压器外部提前安装专门接收超声波的传感器对超声波进行实时监测。当变压器发生局部放电时，超声波传感器可将该超声波信号进行采集并转化为上位机可识别的电信号，从而实现对局部放电的检测。因超声波传播过程中会不断的衰减，要求通过该法对局部放电进行检测时，通常选择超声波衰减程度最小的超声波当做检测对象，曲折传播如图2 所示。

图2 超声波直接和曲折两种传播方式的传播途径

从图2 中可知，S 为局部放电源，SA 属于直接传播途径，SBA 属于曲折传播途径。超声波检测法的原理及实际操作均比较简单，在各电压等级中均可适用，并且得出的检测结果也较为精确，在实际电力变压器局部放电检测中已得到推广应用。

2.3 光检测法

当变压器发生局部放电时，会产生一种光辐射，因此可将光传感器提前布置于变压器上对光照射量进行实时监测。当变压器发生局部放电时，光传感器将采集该辐射信号并利用光放大器将其转换为电能，获得了光的电流，并进行了性能的分析，达到了对变压器的局部放电探测。现阶段，光检测法在局部放电光脉冲检测、光谱分析、绝缘老化检测以及电磁波传播特性等方面均得到了广泛应用，并且获得了非常好的效果。但因光电倍增管在阳光下无法长期暴露，所以这种检测法在变压器局部放电检测中无法直接应用，必须将传感器嵌入设备之中方可使用。

2.4 脉冲检测法

这种检测方法主要是对局部放电的阻抗、变压器、外壳的接地线等出现局部放电的情况下所形成的脉冲电流进行检测，从而获取局部放电的放电量。提前将脉冲电流采集仪安装在变压器外壳接地处，当发生局部放电时传感器即可对该信号进行采集，实现局部放电实时监测。这种检测方法具有非常高的检测灵敏度，同时具备非常强的抗干扰能力，还具有较高的脉冲分辨率，但这种检测方法信息量比较少，检测频率也相对较低。

2.5 化学检测法

这种检测方法也称为气相色谱法。该方法一般是对变压器局部放电过程中各种绝缘物质进行分解时形成的生成物进行检测，主要是对生成物中包含的成分以及浓度来进行检测分析，从而对变压器出现的故障特征进行判断。例如，判断变压器是出现过热还是局部放电。该方法需将气体传感器提前布置于变压器油箱中，当发生局部放电时，气体传感器即可检测到局部放电所产生的CO等气体，实现对局部放电进行实时监测。这种检测方法通常应用于变压器故障类型及程度的检测，因故障类型及程度存在差异，导致产生的气体浓度和构成也存在差异，所以通过二者之间的关系能够构建模式识别系统，从而对变压器故障实现自动诊断。

3 变压器局部放电检测技术的应用案例

3.1 案例简介

2020 年6 月，某供电公司对其管辖的110 kV变电站所使用的变压器进行局部放电检测。本次检测所用技术为基于超声波检测法的电脑超声波发射检测系统，具体检测结果如图4 所示。2020 年8 月6 日，该公司对220 kV 的某变电站实施检测过程中发现，经过多次试验，发现变压器的检测结果表明，变压器的中心部分有明显的局部放电现象，而且信号很强烈，在接近C 相位的低电压一侧检测到的局部放电信号强度是最大的。为确保判别的精确度，对变压器油进行了分析，结果表明，变压器油的含量也超过了正常值，并对其进行了追踪，化验结果显示变压器内部出现了局部放电。

3.2 案例分析

该方法采用上述仪器对部分放电进行了超声探测，经探测发现，在变压器的中间部位有若干个探测部位存在着较大的局部放电，其中最大的一个特征如图3 所示。

图3 局部放电最强信号图谱

从图3 中可以观察到，a 图中声脉冲对声脉冲特征指数之间的相关性比较明显，峰值集中时的特征指数是1，并且声脉冲数量也比较多，这种情况下图像中走势凸起；而b 图中，显示存在较高幅度，并且局部放电在不间断地发生，这正是存在较高局部放电量；c 图中显示的波形也能够明确表现出局部放电的特性；d 图中显示声脉冲特征指数是1，这说明检测时已经出现比较明显的局部放电。以上四幅图同局部放电严重时的特征图谱相近，因此判定变压器局部放电比较严重，为了对此判断进一步确认，本次研究对变压器油色谱化验数据进行查看，数据结果如表1 所示。

表1 变压器油色谱化验数据汇总

从表1 中可以发现，氢气、总烃等均在注意值之上。为了排除氢含量升高是受绝缘油水分所致，对油样实施微水试验和耐压试验，经试验结果显示微水达到13.48 ug，耐压达到62.2 kV，这与相关规程要求相符，故将此情况排除。从表1 中还可发现，乙烷、甲烷以及氢气的含量均比较大，而乙炔的含量则相对比较小，判定变压器中出现低能量放电。此外，从表1 中还可观察到各气体组分均出现显著增加，并且增幅较高，说明气体组分含量存在异常情况，说明变压器存在局部放电。

3.3 结果处理

通过本案例可以了解到，超声波检测法能够对处于运行状态的变压器进行实时监测，可及时发现变压器出现的局部放电问题，能够为变压器的安全运行提供保障。在变压器局部放电检测中，不仅需要应用超声检测法来进行检测，而且还应该综合利用各种辅助检测方法来提升检测的准确度，从而为电网安全运行提供保障。

4 结语

综上所述，变压器局部放电发生的机制比较复杂，必须采取科学有效的检测技术对变压器局部放电问题进行及时检测。这不仅需要相关检测人员能够熟练运用变电器局部放电检测技术，而且还应该使之掌握变压器局部放电的原理、类型等基础知识，并了解变压器局部放电对变压器以及整个电网造成的危害，从而加强对日常局部放电检测工作的重视，合理有效地根据实际情况选用合适的检测技术对变压器局部放电进行有效检测，最终保证变压器乃至整个电网运行的安全与稳定。