電力變壓器局部放電檢測(cè)技術(shù)分析

陳鵬

（中國(guó)電力科學(xué)研究院 湖北武漢 430000）

電力變壓器局部放電檢測(cè)技術(shù)分析

陳鵬

（中國(guó)電力科學(xué)研究院 湖北武漢 430000）

電力變壓器是電力系統(tǒng)中關(guān)鍵性的一次設(shè)備，變壓器正常運(yùn)行可以確保電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，如果變壓器發(fā)生故障，將會(huì)造成十分嚴(yán)重的后果，造成區(qū)域或者大規(guī)模停電事件，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)造成巨大影響，因此對(duì)變壓器局部放電進(jìn)行檢測(cè)非常重要。本文分析了局部放電造成的危害以及主要放電形式，提出了幾種常見(jiàn)的變壓器局部放電檢測(cè)方法。

電力變壓器；局部放電；檢測(cè)技術(shù)

引言

局部放電是變壓器的絕緣系統(tǒng)在中部區(qū)域所發(fā)生局部橋接的一種放電，不能直接進(jìn)行測(cè)量，為此需要借助于變壓器套管上的電容式外加電容分壓器耦合所得到的信號(hào)才能進(jìn)行檢測(cè)。經(jīng)過(guò)大量局部放電試驗(yàn)表明，局部放電事故主要發(fā)生于高壓引線，而在匝以及餅間較少。在進(jìn)行局部放電量測(cè)量中要求高壓套管的局部放電量處于較低水平，而一般測(cè)得的套管放電量較大，但是不屬于內(nèi)部絕緣放電量。

1 變壓器局部放電原因分析

變壓器內(nèi)部上的絕緣體、金屬體會(huì)有一些凸起，不平整表面，使得電荷在電場(chǎng)的作用下，會(huì)產(chǎn)生尖端放電現(xiàn)象。中于尖角或毛刺位置上，從而導(dǎo)致變壓器局部放電。變壓器絕緣體中一定程度上都會(huì)有空氣間隙這樣的情況發(fā)生，同時(shí)在變壓器的油中也存在一定數(shù)量細(xì)小氣泡，這些氣泡的介電系數(shù)同常會(huì)小于普通絕緣體，于是在絕緣體中氣泡周圍電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)比周圍相鄰絕緣材料數(shù)值要大很多，造成被擊穿現(xiàn)象，該現(xiàn)象發(fā)生時(shí)候氣泡會(huì)放電；有時(shí)候?qū)щ婓w相互之間電氣連接不良也能在一定程度上造成局部放電的情況，如果有金屬懸浮電位，且數(shù)值比較大時(shí)候，就十分明顯了。

2 局部放電的危害及主要放電形式

2.1 局部放電的危害

局部放電對(duì)絕緣設(shè)備會(huì)造成一定影響，但是這樣過(guò)程比較漫長(zhǎng)，內(nèi)部不斷的損壞，當(dāng)達(dá)到臨界點(diǎn)時(shí)候，就發(fā)生絕緣體穿透性損傷，造成嚴(yán)重?fù)p壞。如果局部放電存在時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，在特定的情況下會(huì)導(dǎo)致絕緣裝置的電氣強(qiáng)度下降，對(duì)于高壓電氣設(shè)備來(lái)講是一種隱患。

2.2 局部放電的表現(xiàn)形式

局部放電一般可以分為三種類型：①火花放電類型，這種情況屬于脈沖型放電，放電形式有湯遜型火花放電和似流注火花放電；②輝光放電類型，這種情況屬于非脈沖型放電；③為亞輝光放電類型，具有離散脈沖，但幅度比較微小，這種情況屬于前兩類的過(guò)渡形式。

3 變壓器局部放電試驗(yàn)技術(shù)

3.1 脈沖電流檢測(cè)技術(shù)

脈沖電流法主要應(yīng)用于變壓器出廠時(shí)的型式試驗(yàn)以及其它離線測(cè)試中，具有較高的離線測(cè)量靈敏度。但是這一檢測(cè)方法存在一些不足，例如無(wú)法方便有效地應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)、抗干擾能力差、進(jìn)行具有繞組結(jié)構(gòu)的變壓器類在標(biāo)定過(guò)程中產(chǎn)生巨大誤差、測(cè)量頻帶窄、頻率低，所得到的信息少。此外由于監(jiān)測(cè)阻抗以及放大器的準(zhǔn)確度、靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍、分辨率等具有很大影響，為此在試樣電容較大時(shí)，測(cè)試儀器的靈敏度會(huì)在耦合阻抗的影響下受到限制。

3.2 超高頻檢測(cè)方法

超高頻局部放點(diǎn)檢測(cè)主要是針對(duì)以上方法的不足，通過(guò)檢測(cè)變壓器內(nèi)部的局部放電所產(chǎn)生的超高頻電磁信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)局部放電的定位以及檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)抗干擾的目的。超高頻檢測(cè)方法在每一次局部放電過(guò)程中都發(fā)生正負(fù)電荷中和，同時(shí)伴隨有一個(gè)陡的電流脈沖以及敷設(shè)電磁波。而局部放電所輻射的電磁波頻譜特性與局部放電的幾何形狀、放電間隙有關(guān)。當(dāng)放電間隙的絕緣強(qiáng)度較高時(shí)電脈沖的陡度較大時(shí)輻射脈沖的電磁波能力較強(qiáng)放電的時(shí)間短。由于變壓器油一隔板結(jié)構(gòu)可以輻射出GHz的電磁波，而一般現(xiàn)場(chǎng)干擾只有400MHz，為此有效地避免了干擾的發(fā)生。

3.3 氣相色譜檢測(cè)法

在變壓器出現(xiàn)局部放電后，絕緣材料會(huì)散發(fā)出許多氣體，根據(jù)檢測(cè)這些散發(fā)出的氣體的含量以及成分就可以確定相應(yīng)的故障類型，即氣相色譜檢測(cè)。在故障位置一般放出的氣體主要有乙炔、氫氣等。這種檢測(cè)方法經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單，同時(shí)避免了電氣干擾，同時(shí)可以進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，為此在變壓器的在線檢測(cè)中得到了極為廣泛的應(yīng)用這種方法的不足在于：首先油氣分析耗時(shí)較長(zhǎng)，對(duì)于早期潛伏的故障檢測(cè)靈敏，但是無(wú)法有效地應(yīng)對(duì)突發(fā)故障檢測(cè)，當(dāng)然也只能進(jìn)行定性分析；此外由于氣體傳感器對(duì)于所監(jiān)測(cè)的各種氣體較為敏感，為此導(dǎo)致測(cè)量精度不搞。最后氣體的提取也是一向有待完善的工作。

3.4 光檢測(cè)法

光檢測(cè)是借助于光電倍增管將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，然后再對(duì)其進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)局部放電的識(shí)別。由于光電倍增管不能長(zhǎng)期的暴露于強(qiáng)光下，為此要求檢測(cè)設(shè)備不透光，從而限制了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中的應(yīng)用。但是由于檢測(cè)直觀，在絕緣老化機(jī)理、局部放電光譜分析以及局部放電電磁波傳播特性中依然的得到了應(yīng)用。另外隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，光測(cè)法與聲測(cè)法的結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)局部放電的定位。

3.5 紅外熱像法

這種方法通過(guò)檢測(cè)區(qū)域表面的溫度升高來(lái)了解變壓器內(nèi)部的局部放電。但是這種方法需要借助于計(jì)算機(jī)進(jìn)行量化關(guān)系分析，為此定量研究尚需探索。

3.6 超聲波檢測(cè)技術(shù)

超聲波檢測(cè)法是運(yùn)用超聲換能器，用電氣信號(hào)替代超聲波信號(hào)，這種超聲波信號(hào)是檢測(cè)設(shè)備內(nèi)局部放電的情況下產(chǎn)生的。由于變壓器設(shè)備內(nèi)部的絕緣構(gòu)造相對(duì)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜，而且聲速所受到的各種聲介質(zhì)的影響也是不同的，所以這項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)植糠烹娛菈虼嬖谔峁┝己玫膮⒖迹⒔Y(jié)合電脈沖信號(hào)或直接利用超聲信號(hào)對(duì)放電源進(jìn)行定位，無(wú)法進(jìn)行定量檢測(cè)。

4 現(xiàn)場(chǎng)試檢干擾的抑制及注意事項(xiàng)

4.1 現(xiàn)場(chǎng)試檢干擾的抑制

（1）試驗(yàn)供電網(wǎng)絡(luò)中干擾的抑制。在試驗(yàn)變壓器的初級(jí)設(shè)置低通濾波器，低通濾波器的截止頻率應(yīng)盡可能低，并設(shè)計(jì)成能抑制來(lái)自相線、中線的干擾在試驗(yàn)電源和儀器用電源間設(shè)置屏蔽式隔離變壓器，屏蔽式隔離變壓器和低壓電源濾波器同時(shí)使用抑制干擾效果更好；在試驗(yàn)變壓器的高壓端設(shè)置高壓低通濾波器，濾波器的阻塞頻率應(yīng)與局部放電檢測(cè)儀的頻帶相匹配。

（2）高壓端部電暈放電及高壓連接導(dǎo)線電暈放電的抑制。選用合適的均壓帽將套管頂部罩上，以避免或減少套管端部電暈放電的影響，采用截面積較大的高壓連接導(dǎo)線。

（3）周圍物體感應(yīng)電放電干擾的抑制。高空引線應(yīng)盡量拉開(kāi)距離并在靠近被試變壓器側(cè)可靠接地；將鄰近被試品的設(shè)備短路接地：在最近的電氣設(shè)備上裝設(shè)均壓環(huán)；有條件時(shí)應(yīng)使用金屬屏蔽網(wǎng)將建筑物屏蔽接地等方法減少周圍物體產(chǎn)生的局放量對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)注意事項(xiàng)

（1）合理擺放試驗(yàn)設(shè)備。試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)盡量擺放在離被試變壓器較近的空曠地帶，補(bǔ)償電抗器放在靠近被試變壓器一側(cè)變頻電源裝置放在試驗(yàn)控制設(shè)備一側(cè)，中間變壓器放在電抗器和變頻柜之間，電抗器與變壓器之間保留一定距離，便于更改試驗(yàn)接線方式：中間變壓器與變頻柜之間應(yīng)保留較大的距離以滿足安全距離要求和避免因感應(yīng)電壓過(guò)高影響變頻電源裝置性能及輸出電壓波形畸變。

（2）試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)被試變壓器進(jìn)行充分放氣。試驗(yàn)時(shí)油中的氣泡承受的電場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)較高很容易發(fā)生放電過(guò)多的氣泡產(chǎn)生的局部放電量將影響對(duì)測(cè)試結(jié)果的判斷。

（3）方波發(fā)生器的校準(zhǔn)。從校準(zhǔn)電容到變壓器的引線應(yīng)盡可能短直校準(zhǔn)電容與校準(zhǔn)方波發(fā)生器之間的連線最好選用同軸電纜，以免造成校準(zhǔn)方波的波形畸變：更換試品或改變?cè)囼?yàn)回路參數(shù)時(shí)必須重新校準(zhǔn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，做好現(xiàn)場(chǎng)變壓器局部放電試驗(yàn)主要應(yīng)控制好主要的幾個(gè)環(huán)節(jié)，合理選擇試驗(yàn)設(shè)備、采取有效方法抑制干擾、減少現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。控制好這幾個(gè)環(huán)節(jié)能提高局部放電試驗(yàn)的效率及對(duì)試驗(yàn)結(jié)果判斷的準(zhǔn)確性，對(duì)今后電力變壓器的局部放電檢測(cè)起到積極的作用。

[1]劉偉，劉宏亮，高樹(shù)國(guó)，等.電力變壓器局部放電檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用分析[J].河北電力技術(shù)，2013（6）：36～39.

[2]劉嘉林，董明，安珊，等.電力變壓器局部放電帶電檢測(cè)及定位技術(shù)綜述[J].絕緣材料，2015（8）：21～23.

[3]程巖.電力變壓器局部放電檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].消費(fèi)電子，2014（8）：68～69.

TM855

A

1004-7344（2016）36-0100-02

2016-12-13

陳 鵬（1980-），男，助理工程師，主要從事電力設(shè)備質(zhì)量檢驗(yàn)、電氣試驗(yàn)工作。