基于超聲波檢測法的變壓器局部放電研究

華北電力大學 劉 洋

國網遼寧省電力有限公司營口供電公司 張園豐 盧 毅

1.引言

變壓器是電力系統重要的設備，通過幾十年的運行經驗，電力部門對變壓器的運行數據進行了大量的統計分析，結果發現在變壓器內部發生局部放電的時候，會出現聲、光和熱等物理現象，根據這些現象出現了相應的檢測方法，已經出現了相應的一些檢測方法[1,2]。由于超聲波檢測法是不受電氣回路上的影響，文章采用該方法對局部放電產生的超聲波進行檢測，進而對局部放電情況進行相應的分析。

2.超聲波檢測法及其原理

發生局部放電時，在放電的區域中，分子間產生劇烈的撞擊，宏觀上產生了聲波，我們把頻率大于20kHz的稱為超聲波。通過檢測局部放電產生的超聲波信號來判定局部放電的方法稱為局部放電的超聲波檢測法。開關柜的噪聲主要集中在低頻領域，大多在20kHz以下，采用超聲波法進行局部放電檢測，應避開干擾頻率范圍而以高頻率為對象，但頻率越高，聲波在傳送過程中的衰減越大，因此利用超聲波法進行局部放電檢測所采用的頻段一般在數十到數百kHz[3,4]。

當變壓器內部發生放電時，局部放電產生的聲波信號傳遞到其表面，超聲波傳感器將其轉換為電信號，通過放大器放大后傳到采集系統。超聲波檢測法最大的優點是不受電氣上的干擾，且可以實現放電源的準確定位。

綜上所述，將超聲波方法應用到變壓器局部放電檢測中，可以排除現場電磁環境的干擾，可以大大提高檢測系統的抗干擾性。

3.局部放電模式識別研究

準確的判斷變壓器內部局部放電的種類對于整個設備的維修是非常重要的，基于此，文章對其局部放電模式分類進行了相應的研究。

對于局部放電的模式識別，首先需要根據相應的檢測手段檢測到原始的局部放電信號，然后根據相應的理論提取原始特征，最后根據相應的分類器進行模式分類。目前的研究主要基于如下方面：

(1)PRPS模式

即脈沖序列相位分布分析模式[5]，這種模式實際上是關于局部放電一種最為基本的模式，包含有局部放電測量的全部信息。

(2)局部放電模式特征參數

目前局部放電模式特征提取常用的方法主要有統計特征參數法、分形特征參數法、數字圖像矩特征參數法、波形特征參數法、小波理論方法等[6,7]。

1)統計特征參數

針對PRPD模式，統計算子分為兩類：一類是描述φ-q、φ-n譜圖的形狀差異，包括偏斜度Sk、陡峭度Ku、局部峰點數Pe；另一類是描述φ-q譜圖正負半周的輪廓差異，包括互相關系數c、放電量因數Q、相位不對稱度φ以及修正的互相關系數mcc。

2)圖像矩特征參數

矩特征描述了一幅灰度圖象所有象素點的整體分布情況，廣泛應用于圖象處理和模式識別領域。將局部放電PRPD模式中的φ-q-n曲面投影在φ-q二維平面上，即為φ-q-n灰度圖象。

4.現場研究

根據上面的理論，在現場進行了相應的檢測，如下所示：

表1 最終的判斷結果

圖1 變壓器故障線圈局部放電檢測圖

圖2 檢測結果

圖3 放電分析結果

5.結論

文章采用超聲波檢測法對變壓器局部放電進行了檢測，并根據相應的分析得到了放電分類結果，對現場運行具有一定的指導意義。

[1]孫才新,陳偉根,李儉等.電氣設備油中氣體在線監測與故障診斷技術[M].北京:科學出版社,2003:1-188.

[2]朱德恒,嚴璋,談克雄等.電氣設備狀態監測與故障診斷技術[M].北京:中國電力出版社,2009:244-302.

[3]操郭奎,許維宗,阮國方.變壓器運行維護與故障分析處理[M].北京:中國電力出版社,2008:156-170.

[4]王夢云.110kV及以上變壓器事故統計分析[J].供用電,2006,23(1):1-4.

[5]王夢云.2004年度110kV及以上變壓器事故統計分析[J].電力設備,2006,6(11):31-37.

[6]王昌長,李福琪,高勝友.電氣設備的在線監測與故障診斷[M].北京:清華大學出版社,2006:137-163.