電力變壓器局部放電帶電檢測及定位技術的思考

孟凡堯 杜健文 夏文華

【摘 要】隨著電力行業的不斷改革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。

【關鍵詞】電力變壓器；局部放電；帶電檢測；定位技術；思考

引言

電力變壓器是整個電力系統的關鍵設備，是輸變電系統的核心，一旦發生故障將會影響到整個電力系統的運行穩定，給社會帶來一定損失。目前電力變壓器大多數采用油紙復合絕緣，主要構成材料為絕緣油、絕緣紙板以及一些相關的固體絕緣材料。在理論上，油紙絕緣能夠達到相應的電氣強度以及力學性能的要求，但現實是其在生產過程中總是會由于一些外界的因素而出現這樣那樣的缺陷，從而導致在投入使用后設備發生故障。

1局部放電帶電檢測技術原理及特征

1.1高頻（射頻）電流法

高頻電流法是基于傳統脈沖電流法延伸出的一種非電接觸式的局部放電測量方法，采用高頻羅氏線圈來替代測量阻抗，從耦合回路中取得由局部放電產生的陡脈沖電流信號。由于該方法信號響應引入測量回路的等效阻抗極小（毫歐級），且可穿套于試品接地線或接地扁鐵上實現非電接觸式測量，對設備正常運行不構成影響。實際帶電檢測中，該方法多采用開環式結構的羅氏線圈進行檢測，其檢測原理如圖1所示。

圖1電力變壓器高頻局部放電檢測示意圖

高頻電流法與標準脈沖電流法類似，在條件允許情況下進行相位跟蹤測量（一般采用柔性工頻電流傳感器或電壓變換器得到），取得放電幅值、放電次數與電壓相位的關系，然后采用PRPS、PRPD、N-Φ、Q-Φ、Q-Φ-T等統計分析模式，分析被測變壓器設備的當前狀態和絕緣缺陷類型。另外，還可利用開窗技術對放電相位進行頻譜分析，利用時間頻域實時對照或聯合分析實現檢測過程中異常事件的頻域特征量的提取等。采用高頻電流法進行帶電檢測會因其信號耦合方式而受到現場復雜因素的影響，如背景噪聲、現場設備外部干擾、偏磁電流等，通過加裝濾波器、對干擾進行分離分類、對比多次測量幅值和趨勢分析等方法可以解決上述問題。

1.2超高頻法

油紙絕緣內部發生局部放電時，將激發頻率高達GHz的電磁波，此信號在金屬箱體內的衰減比在自由空間的慢，故可在設備內部傳播并通過箱體與套管連接縫隙傳出。基于此，可采用超高頻（UHF）傳感器對變壓器內部局部放電產生的超高頻電磁波信號進行檢測，獲得局部放電的相關信息，實現對變壓器絕緣狀態的診斷。根據安裝方式的不同，UHF傳感器可分為安裝于設備內部的內置型傳感器和安裝于外部的UHF外置傳感器兩種，如圖2所示。

圖2超高頻傳感器

超高頻法可檢測到頻率范圍為300～3000MHz的局部放電信號，經合理選帶，可有效避開現場干擾。另外，UHF傳感器還具有瞬態響應好、線性度高、靈敏度高等優勢。雖然實驗證明脈沖電流參數與超高頻參數有相同的變化趨勢，可用超高頻法參量（dB）近似反映放電的強弱，但變壓器內部結構相當復雜，超高頻測量機理與傳統脈沖電流法截然不同，不同位置和不同類型缺陷的局部放電電磁波強度、傳播路徑和衰減程度的差異對UHF放電量的標定帶來較大難度。

1.3超聲波檢測法

電力變壓器之所以產生局部放電現象，主要原因在于絕緣紙板或者油中氣泡存在縫隙。當發生局部放電現象時，氣體分子之間會發生猛烈撞擊，進而產生脈沖機械聲波。只要對這一種超聲波給予有效檢測，就能夠判斷局部放電的具體情況。在利用超聲波檢測法進行帶電檢測時，可以對20～200kHz范圍內的信號給予檢測。當局部放電量較大時，超聲波信號也相應較大。因此，超聲波帶電檢測法能夠有效判斷局部放電量的大小。

1.4光學檢測法

當電力變壓器出現局部放電現象時，變壓器油中會伴隨發熱和發光等情況。如果檢測熱輻射信號或者光輻射信號，就能夠正確判斷局部放電情況。例如，在現實檢測過程中，光學檢測法能夠有效接收紫外線、紅外線、可見光等光信號，并且將光信號轉化為電壓信號，從而判斷電力變壓器局部放電的強弱情況。光學檢測法存在一定的局限性，主要應用于外部檢測，不能檢測內部關鍵設備的運行狀態。

2變壓器局部放電帶電檢測定位措施

2.1超聲波檢測定位

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。

2.2特高頻檢測定位

在發生局部放電時，產生的特高頻電磁信號有較強的抗干擾能力，同時其傳播速度較快，能夠對放電位置進行快速準確的定位，但由于特高頻電磁波在金屬物質的傳播性能較差，變壓器內部結構復雜，所以影響了特高頻電磁波的傳播，因此必須對這些影響因素進行了解和掌握才能夠確保定位的準確。在油紙復合絕緣介質中，特高頻電磁波的傳播幾乎不受影響，但是在良導體中傳播的衰減程度較大。但定位的關鍵在于不同傳感器之間的時差估計以及算法，有很多學者對此進行了大量的研究，為了實現時差自動測量，還提出了一些方法，如互相關一位移一疊加一相關等，在很大程度上提高了定位的準確性，但是仍然與實際的放電位置有較大的偏差。

2.3聯合定位法

由于采用單一的方法進行定位，會受到較大的影響，從而導致定位不準確。所以，為了提高局部放電定位的準確性，越來越多的聯合定位方法被使用，如特高頻-聲聯合定位、特高頻-光聯合定位等。特高頻-聲聯合定位是超聲波與特高頻方法相結合的定位方法，特高頻-聲聯合定位彌補了單一特高頻定位和超聲波定位的缺陷，能夠對放電位置進行快速、準確的定位。特高頻-光聯合定位是特高頻定位與光學定位相結合的方法。光學定位由于受到塑料光纖的限制，只能對小范圍內的放電位置進行定位，所以需要特高頻進行初步定位，然后用光學檢測進行精確定位。特高頻信號具有干擾小、反應靈敏等優點，所以才采用特高頻進行初步定位，縮小范圍，然后采用光學進行精確定位，能夠讓局部放電定位更加準確。

結語

綜上所述，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.

（作者單位：國網棗莊供電公司變電運維室）