變壓器超聲波局部放電檢測案例分析

汪正剛 周 明 胡芬麗

（國網新疆阿克蘇供電有限責任公司，新疆 阿克蘇 843000）

傳統的變壓器局放檢測技術是在變壓器停電的情況進行，采用傳統方法固然可以有效的檢測出變壓器的局部放電缺陷，但是必須停電進行，達不到供電可靠性的要求。超聲波技術可以在變壓器正常運行的情況下檢測變壓器內部的局部放電現象，檢測效果較為明顯。

1 超聲技術應用于局放檢測簡介

當油浸式變壓器內部存在局部放電時，在放電過程中，隨著放電的發生，將伴隨著爆裂狀的聲發射，產生超聲波，并很快向四周介質傳播。如果這時在變壓器油箱外壁上安裝一個超聲波傳感器，將超聲波信號轉換成電信號，就能對變壓器內部的局部放電水平進行測量。這種方法即為超聲波局部放電檢測法。

超聲波具有很強的穿透能力，但是它在穿透各種介質時都會使波形發生某種程度的畸變，而這種畸變主要變現為幅值的衰減，表1時超聲波在不同介質中的傳播速度和相對衰減率。

從表1可以看出，變壓器油的相對衰減率為零，如果變壓器內部發生發電，其超聲信號就能夠較強地傳輸到變壓器油箱上的傳感器。而將傳感器分別布置在油箱的不同位置上，就可以接收到不同的聲波信號。

對變壓器進行局放測試時，為保證檢測的準確性，最好要避開干擾頻率范圍，通常局部放電在氣體中產生的聲波頻率約為幾kHz，在液體和固體中產生的聲波頻率約幾十到幾百kHz，因此變壓器的超聲波局部放電檢測的頻率應采用高頻率，但頻率越高，聲波在傳送過程中的衰減就越大，因此超聲波局部放電檢測頻率一般在數十到數百kHz。阿克蘇供電公司使用的檢測工具是PocketAE手持式放電巡檢儀，它是用于變壓器上局部放電（PD）檢測的絕佳篩選工具，該設備內部有完整的雙通道18位A/D聲發射子系統，配備兩個超聲傳感器，低頻（20—100kHz）傳感器適合GIS檢測，高頻（大于100kHz）傳感器適用于變壓器檢測，本次案例便是使用高頻傳感器進行的帶電檢測。

2 案例簡介

圖1 局放信號最強烈位置示意圖

表1 超聲波的傳播速度和相對衰減率

表2 絕緣油色譜分析數據

2013年3月，阿克蘇供電公司對所轄的110kV及以上變電站開展變壓器局部放電普測工作，使用的是三泰電力技術公司的便攜式高性能計算機化聲發射系統（PocketAE），5月28日阿克蘇供電公司對220kV阿拉爾變電站35kV一號站用變進行超聲波局部放電檢測，發現一號站用變內部存在嚴重的局部放電現象，多次反復測試，確定變壓器的油箱中部位置有強烈的局部放電信號，其中在低壓側靠近C相的位置測得的信號最強烈（見圖1），為了確定判斷的正確性，查找出此變壓器的油色譜化驗數據，發現油色譜數據也超標，并且對其絕緣油進行跟蹤化驗，其發展趨勢也證實變壓器內部存在嚴重的局部放電現象。變壓器局放信號最強的位置見圖1。

3 案例分析

圖2 局放信號最強的圖譜

表3 產氣速率計算數據

采用PocketAE超聲波局部放電檢測儀，發現變壓器油箱中部多個測試點都存在嚴重的局部放電現象，最強烈的測試點圖譜如圖2。

分析圖2，可知：在圖a聲脈沖數對特征指數圖中，聲脈沖對特征指數有明顯的相關性，峰值集中于特征指數為1，同時聲脈沖的數量也較多，此時的圖像顯示為一個尖尖的凸起；圖b幅度對時間圖譜中，顯示有較高的幅度（大于50dB），且局放連續發生，說明有較高的局放量；圖c電壓對時間的波形也呈現明顯的局放特性；圖d聲脈沖特征指數對時間，散點圖隨時間聚類于聲脈沖特征指數為1，表明已發生明顯的局放。該四幅圖與嚴重局放時的特征圖譜極為相似，初步判斷變壓器內部存在嚴重局放，為確定判斷的正確性，查看該變壓器的油色譜化驗數據，如表2。

通過表2中的數據發現投運后氫氣、總烴都明顯超過注意值（氫氣、總烴的注意值是150uL/L），為排除氫含量是由絕緣油中水分引起，分別對油樣做了耐壓試驗和微水試驗，試驗結果：耐壓62.2kV，微水13.5ug，均滿足規程要求，由此排除了變壓器進水受潮導致氫含量升高。通過表1的試驗數據，發現氫氣、甲烷、乙烷含量較大，乙炔含量較小，初步確定本體內部存在低能量放電。另外表1發現各氣體組分都在明顯增，且增長幅度大，通過比較最近的兩次試驗數據，計算出產氣速率，如表3：

表3可發現相對產氣速率較大，總烴的相對產氣速率高達318.67%/月，遠高于注意值10%/月，絕對產氣速率氫氣超標，高達240.85mL/d，高于注意值10mL/d，總烴的絕對產氣速率34.33mL/d，高于注意值12mL/d。由此可發現不僅氣體各組分含量不正常，且增長趨勢較大，可通過三比值法來判斷可能存在的故障類型，通過4月28日的數據計算得到的三比值編碼為110，5月22日和5月29日的數據計算得到的三比值編碼均為100，對照三比值法故障類型判斷方法，再次證明屬于低能量的局部放電。根據現場測試及分析判斷結果，試驗人員對該變壓器進行跟蹤監測，發現局放信號持續強烈，目前試驗結果已上報上級公司運維部，并且已聯系廠家人員，對該變壓器進行更換處理。

結語

超聲檢測法可以在設備不停電的情況下實現在運設備的狀態監測，提高電網供電的可靠性，可以很好的發現設備早期局放，方便設備運行單位更好的了解設備的運行狀況。對設備故障診斷，在采用某種儀器不能完全確定診斷結論的情況下，可以再借助其他儀器或者試驗方法綜合診斷，并且應采取持續跟蹤監測，根據檢測信號幅值判斷故障發展趨勢制定檢修策略。

[1]王風雷，等.電力設備狀態監測新技術應用案例精選[M].北京：中國電力出版社，2009

[1]陳志勇，閻春雨，陳志敏，謝津波.變壓器超聲波局部放電測試在電網中的應用[J]，河北電力技術，2004，23（03）.