探究電力變壓器局部放電帶電檢測及定位技術的思考

車濤 陳彥合

摘要：電力系統運行中出現的局部放電現象會使電力設備發生運行故障，因此本文對電力變壓器局部放電帶電檢測及定位技術進行了研究。

關鍵詞：電力變壓器;局部放電;帶電檢測;定位技術

隨著社會經濟發展水平的不斷提升，電力行業逐漸開始向自動化和智能化方向發展，智能電網的建設技術也逐漸成熟，以更好地保障電力系統運行的安全性和穩定性。從現實情況來看，電力變壓器局部放電問題導致電力設備時常出現運行故障。造成電力變壓器局部放電的原因比較復雜，因此有必要通過有效應用帶電檢測及定位技術對這一課題進行研究。

1電力變壓器局部放電的機理及分類

1.1絕緣介質的內部放電

變壓器內部層壓木、層壓紙板，內部或多或少的會有氣穴或介質不因數不同的物質。在交變的回路中，場強排列反比其介質常數，氣態的介質常數一般遠小于固態的，進而所受電磁場力大，所以該區域等電壓大到一定程度時，該絕緣件薄弱內部氣穴會最先產生局部放電。當外部施加的時直流電時，氣穴放電產生的電量，在電壓作用下挪到到氣穴邊沿上;這些電荷又聚集在一起形成與外加電壓方向相反的電荷，降低了氣穴中的電場，很可能使絕緣材料中的氣穴中放電消失。然而當施加交變的電壓，因為交流電壓的周期性，絕緣材料中的外施加電場方向周期變化，與氣穴中放電電荷形成的反電場方向相同，增強了氣穴中電場強度，使得氣穴能在較低的電壓下產生放電。因而交變的電壓下固體內部的局部放電要比直流回路中要大的多。

1.2絕緣介質的沿面放電

絕緣介質處于電場中，電場中的各個分量中有一個場強分量平行于介質表面，并且這個場強分量高于耐受場強時，就會出現局部放電現象。在絕緣介質的彎曲處，絕緣紙板的尖角處都會發生表面放電。絕緣介質的表面發生局放與電場的電極形狀有關，當發生局放的電極不對稱時，脈沖幅值的正負半周就會產生變化。如果固體件表面放電的電極位于大電壓時，此時放電零點坐標下的放電波形會較大、較稀;正半周的放電脈沖一般較小、很密。當施加電壓相反時，放電圖形也會相反。放電波形密集，一、三象限不對稱，放電小的象限波形更為密集。放電頻率類似油中放電。放電量較大時伴隨氣穴放電。放電量的大小隨勵磁升高而顯著增大。一般采用沿面放電的絕緣紙重新包扎，更換沿面放電的夾木等方式處理。

1.3尖端放電

在極不均勻的電場中，電場強度很高的部位通常都會發生放電，這種現象稱之為電暈放電。交變電場下，交變波形零坐標的電壓更容易產生電暈。在導體的曲率半徑小的位置，特別是尖端位置，場強集中并且更高，非常容易產生電暈現象。在正常進行局放測量時，一般都對變壓器佛手扣上均壓環或均壓冒，目的就是為了防止佛手產生電暈，造成對測量結果的誤判。特別是引線曲率半徑比較小的地方，此處由于電荷分布很密集，高電場比較強。會使得在導體和絕緣油或者絕緣紙等介質發生放電，也稱作尖端放電。不勻稱的場強中常會呈現，不勻稱的場強部位，像套管蘿卜頭附近，電場強度分布比較集中，易發生電暈放電，易采用加包絕緣，加大絕緣距離以及采用絕緣隔離等方式來減少此類放電。

2電力變壓器局部放電帶電檢測方法

2.1紅外線檢測法

紅外熱成像監測法即是通過熱成像系統對電氣設備的紅外輻射強度進行測量，通過對電氣設備外層溫度的變化和差異間接判斷出設備局部放電的位置和程度。輻射在穿透空氣過程中其能量隨著傳輸距離的增大成遞減趨勢，但由于大氣中的不同成分（二氧化碳、臭氧、水蒸氣）對不同波長輻射的吸收程度存在差異，通過實驗室觀察發現紅外輻射在1μm-2.5μm、3μm-5μm、8μm-14μm這三個波長范圍內被大氣的吸收作用最弱，在這三個波長范圍內對被測物體進行紅外輻射檢測收到的效果最好，這三個波長范圍也被稱為“大氣窗口”。常用的紅外檢測設備選用的波段是3μm-5μm（短波）、8μm-14μm（長波）。目前變電、輸電、檢修等專業廣泛使用的紅外測溫儀器，也叫做焦平面紅外熱像儀，其原理是通過高密度的半導體光電耦合元件（類似CCD或CMOS）將紅外輻射信號轉換成電信號，經信號處理系統輸出到顯示器。

2.2高頻電流法

該方法是由傳統脈沖電流法演變而來的，屬于非電接觸式測量法，測量抗阻為高頻羅氏線圈，局部放電產生的脈沖電流信號又耦合回路中獲取。高頻電流法的信號應引入測量回路的等效阻抗非常小，而且能夠在不影響設備運行的情況下進行非電接觸式測量，以開環式結構羅氏線圈較為常見。

2.3超聲波檢測法

高壓電氣設備內部發生局部放電時，會產生大量超聲波信號。超聲信號從局部放電源沿絕緣介質和金屬構件傳遞到電力設備外殼，并通過介質和縫隙向周圍空氣中傳播。超聲波具有頻率高、波長短、方向性強、能量集中的特點，因此檢測較容易。通常若檢測值超過7dB，則環網柜很可能出現了局部放電現象。

2.4超高頻檢測法

利用紅外測溫傳感器和熒光屏發現設備缺陷問題后，可以進一步使用超高頻局放檢測技術對主變壓器周圍放電情況進行檢測，確定局部放電特點。從現場檢測情況來看，主變壓器10kV低壓側放電信號較為明顯，而且越接近低壓側放電信號越強。同樣利用超高頻傳感器和熒光屏自動獲得超高頻檢測圖譜，通過對圖譜進行觀察，可以看出主變壓器的兩側放電信號都開始減弱，而且高頻側幾乎檢測不到異常的放電信號。這說明放電信號不是干擾信號，而是由于紅外測溫檢測中設備熱度異常升高部分存在局部放電缺陷導致的。接下來可以根據超高頻圖譜特點，確定放電波形幅值較為密集、具有對稱性、存在于正半周，且相鄰放電信號的時間間隔基本一致，具有較為典型的懸浮放電特征。

3電力變壓器局部放電檢測定位技術分析

3.1超聲波定位

該定位方法是利用超聲波信號和電脈沖信號之間的時差進行定位。具有抗干擾能力強、攜帶方便等優點，是目外比較常用的定位方法。在進行定位時，以變壓器箱體上貼附的一路傳感器為參考點，測試放電信號參考點與其他傳感器之間的時差，然后利用雙曲面法計算放電的位置。然而在計算的過程中，經常會將聲速假設為以個固定的等值，但實際情況是由于放電部位等的差異，超聲波傳播的速度并不一樣，所以會對定位的精確性造成比較大的誤差，所以在使用超聲波定位的過程中必須要注意，采用聲速變量以及增加探頭的方式進行優化。此外，影響超聲波定位準確的因素還有計算方法、時差估計等。

3.2特高頻定位技術

特高頻定位技術的最大優勢是抗干擾能力強、定位速度快，因此在現實中得到了有效應用。這種定位技術的缺陷非常明顯，即穿透能力較弱，且電力變壓器的內部構成相對復雜，因此在現實應用中存在局限性。為了解決這一問題，必須對特高頻定位技術的影響因素給予有效分析。當電力變壓器發生局部放電現象時，電磁波會從設備內部傳播出來。在面對實體金屬時，電磁波信號會發生劇烈衰減。為了保障帶電測量定位的準確度，必須計算出不同傳感器之間的時延，同時定位計算局部放電的電源，具體可應用復數域內牛頓迭代算法。

4結論

針對電力變壓器局部放電帶電檢測及定位技術的探究十分必要，為了解決局部放電問題，國內外涌現很多帶電檢測及定位技術，各自具有不同的優勢和缺陷，應結合具體情況，發揮相關技術的最大作用。根據研究發現，聯合使用多種帶電檢測及定位方法能夠有效提升檢測定位的準確度和效率。

參考文獻：

[1]范茜茜.電力變壓器局部放電超高頻檢測仿真分析[J].電力大數據，2018，21（7）：80-87.

[2]臧其賢，熱孜萬古麗·托呼提.電力變壓器局部放電帶電檢測及定位技術研究[J].科技經濟導刊，2017，（20）：