電力變壓器局部放電超聲—光纖監(jiān)測方法研究

曹亮

摘 要：變壓器局部放電現(xiàn)象有可能引發(fā)電力事故，給電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來嚴(yán)重威脅，深入研究局部放電監(jiān)測方法對于保證電能的正常輸送具有重要意義。本文綜述了目前關(guān)于電力變壓器局部放電在線監(jiān)測的常用方法，并且針對其中超聲波監(jiān)測方法的不足之處，闡述了一種超聲-光纖監(jiān)測方法。該方法利用光纖傳感器接收測量信息，具有較好的抗干擾性和較高的可靠性。

關(guān)鍵詞：電力變壓器；局部放電；超聲波監(jiān)測；光纖傳感器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.124

1 引言

根據(jù)我國能源資源分布特點(diǎn)，電力系統(tǒng)向著高電壓、高容量、大規(guī)模互聯(lián)的趨勢不斷發(fā)展，系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大對電網(wǎng)元件的可靠運(yùn)行提出了更高的要求。電力變壓器作為電網(wǎng)中電能傳輸?shù)臉屑~器件，其運(yùn)行可靠性直接決定了電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平，因此保證電力變壓器的正常運(yùn)行至關(guān)重要。但是電力變壓器由眾多復(fù)雜部件組成，其中不乏存在一些安全隱患，比如局部放電現(xiàn)象便可能導(dǎo)致變壓器壽命縮短甚至出現(xiàn)燒損[1]。電力變壓器局部放電現(xiàn)象的存在極大影響了其正常運(yùn)行，開展對電力變壓器局部放電的在線監(jiān)測工作具有重要意義。

2 局部放電在線監(jiān)測方法

電力變壓器局部放電在線監(jiān)測可以通過識別放電時(shí)產(chǎn)生的化學(xué)、物理及電氣變化來判別。常見的在線監(jiān)測方法如下：

變壓器油色譜在線監(jiān)測方法通過鑒別局放產(chǎn)生的故障氣體的組分來判斷變壓器是否發(fā)生了局放現(xiàn)象并且判別故障的類型[2]。變壓器油色譜分析方法已經(jīng)形成了較為完善的油色譜判別標(biāo)準(zhǔn)，并且在實(shí)踐中取得了較好效果。但是，由于氣體傳感器容易受干擾，所以故障氣體的準(zhǔn)確提取存在很大問題。另外，由于脫氣環(huán)節(jié)占用時(shí)間較長，因此，油色譜分析方法在線實(shí)時(shí)監(jiān)測能力相對較弱。

脈沖電流法通過檢測變壓器局部放電時(shí)檢測回路中的脈沖電流信息來獲得局放相關(guān)信息[3]。脈沖電流法的優(yōu)點(diǎn)是可以通過定量測定放電量來快速判定變壓器局部放電的嚴(yán)重程度，并且具有很高的靈敏度。但是脈沖電流法對脈沖電流的檢測環(huán)境相當(dāng)苛刻，且抗干擾能力差，因此在實(shí)際中應(yīng)用效果較差。

超聲波監(jiān)測法的基本原理是通過截取故障時(shí)產(chǎn)生的超聲波來判斷局放的發(fā)生，并且通過不同傳感器接收到超聲波時(shí)間的不同來定位放電源[4]。超聲波監(jiān)測方法屬于一種物理監(jiān)測方法，具有簡單有效、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)為超聲波在電力變壓器內(nèi)的傳播路徑不能確定，這便可能造成放電源定位不準(zhǔn)。另外，超聲波監(jiān)測方法受環(huán)境噪聲、電磁干擾的影響存在精度不夠的缺點(diǎn)。

3 超聲-光纖監(jiān)測法

超聲波監(jiān)測方法的主要弊端在于變壓器內(nèi)部的多路徑問題和受環(huán)境噪聲影響嚴(yán)重。近年來，一種可安裝在變壓器內(nèi)部并且不受環(huán)境噪聲影響的光纖傳感器的問世給超聲波監(jiān)測方法注入了新的活力。

3.1 光纖傳感器及其原理

光纖傳感器是一種可以將聲信號轉(zhuǎn)換為光信號，再轉(zhuǎn)換為電信號的裝置。光纖傳感器具有穩(wěn)定的化學(xué)性能和良好的絕緣性能并且可以直接安裝在變壓器油內(nèi)對局部放電超聲波信號進(jìn)行測量，這樣便有效解決了超聲波信號在變壓器內(nèi)部傳輸?shù)亩嗦窂絾栴}。因?yàn)楣饫w傳感器將聲信號轉(zhuǎn)化為了光信號，因此光纖傳感器不受環(huán)境噪聲和電磁波干擾的影響。

光纖傳感器根據(jù)光敏元件的不同可以分為兩類，一類是功能型光纖傳感器，另一類是非功能型光纖傳感器。

3.2 超聲-光監(jiān)測法在電力變壓器中的應(yīng)用

電力變壓器發(fā)生局放現(xiàn)象時(shí)，放電源如同一個(gè)聲源向四周發(fā)射超聲波。超聲-光監(jiān)測方法通過光纖本身或者光敏元件可以將放電源發(fā)射的聲信號首先轉(zhuǎn)換為光信號，再由光敏元件轉(zhuǎn)換為電信號。通過分析電信號便可以解調(diào)出聲信號所包含的信息，從而判別局部放電是否發(fā)生并可以根據(jù)不同傳感器接收信號的時(shí)間差來定位放電源。

超聲-光監(jiān)測的基本原理可以通過Fabry—Perot光纖傳感器實(shí)例來進(jìn)行具體說明。F-P光纖傳感器示意圖如圖1所示。

F-P光纖傳感器的工作原理：由SLED驅(qū)動器發(fā)射的光經(jīng)過隔離器、連接器、光纖到達(dá)局放傳感器，并且在局放傳感器的空氣間隙上發(fā)生衍射現(xiàn)象。局放傳感器平時(shí)放于變壓器油內(nèi)，用于感知變壓器內(nèi)聲波信號的變化。變壓器內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)，放電源產(chǎn)生的聲波便以油為介質(zhì)向四周傳播。利用變壓器油內(nèi)不同位置的局放傳感器接收聲波信號的時(shí)間差可以進(jìn)行放電源的準(zhǔn)確定位。

由上述工作原理可以發(fā)現(xiàn)，光纖傳感器不但具有不受電磁干擾影響、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，而且由于傳感器直接安置在變壓器油里，還可以避免超聲波多路徑傳輸?shù)谋锥耍虼顺?光纖監(jiān)測方法相比超聲波監(jiān)測法更加準(zhǔn)確。

4 總結(jié)

本文首先概括介紹了電力變壓器局部放電監(jiān)測的幾種方法并且分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，然后針對超聲波監(jiān)測方法的一些不足之處，闡述了一種超聲-光纖監(jiān)測方法。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，該方法可以有效避免超聲波多路徑傳輸問題，并且不受電磁干擾的影響，準(zhǔn)確度更高。

參考文獻(xiàn)：

[1]李書，金鑫，戴舒.變壓器局部放電在線監(jiān)測綜述[J].東北電力技術(shù)，2009（08）：37.

[2]張言蒼，張毅剛，徐大可.變壓器局部放電在線監(jiān)測的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].繼電器，2004（22）：32.