變壓器局部放電在線監測方法

劉軍

摘要：變壓器的絕緣介質會因其表面或內部局部場強過高而產生局部擊穿，即發生局部放電現象。局部放電在線監測技術對變壓器內部絕緣狀態進行及時診斷，對電力系統安全穩定運行具有重要意義。本文從變壓器局部放電的角度出發，探析了變壓器局部放電在線監測的幾種方法，以期對變壓器局部放電在線監測的完善與發展提供一定的參考借鑒。

關鍵詞：變壓器;局部放電;在線監測

引言

電力變壓器作為電力系統中最為重要的電氣設備之一，它的運行狀況直接關系到電力系統安全穩定經濟運行，但與此同時它又是電力系統中絕緣強度相對薄弱的設備。變壓器局部放電的發生點可能是變壓器制造階段的瑕疵點，也可能是長期運行過程各種暫態過電壓造成的絕緣劣化，所以變壓器絕緣故障的初期表現通常是油紙絕緣間的局部放電。研究變壓器局部放電在線監測方法對電網在線監測和智能電網運行具有重要意義。

1 脈沖電流法

目前，局放監測中最為常用的一種就是脈沖電流法，對此有專門的規定。脈沖電流法是通過獲取變壓器套管末屏接地線或鐵芯接地線中由于局部放電產生的脈沖電流，獲得視在放電量。在線監測變壓器局部放電脈沖的電流傳感器通常用羅氏線圈制成，當變壓器內部發生局部放電時，在變壓器接地線上加裝的羅氏線圈就能檢測到電流脈沖，抑制干擾后進行模式識別，得到單位時間放電次數一放電電荷量一放電相位譜圖，然后與特征庫比對以判斷局部放電的類型。脈沖電流法監測的優點是實時性好、靈敏度高，而且可以獲取放電量、放電次數、平均電流以及放電能量等。缺點是電流傳感器輸出信噪比低，測試頻率低、頻帶窄、信息量少;易受外界噪聲干擾。

2 化學法

由于變壓器中的油紙絕緣材料在局部放電過程中受到熱、電等原因發生劣化，并會氧化產生不同種類的氣體，通過對生成氣體的組成成分和濃度進行分析，即可判斷出局部放電是否發生以及發生的大致部位，這種檢測方法稱為化學檢測法。局部放電產生的氣體主要包括CH4、C2H2、C2H4、C2H6、H2、CO、CO2等。離線化學檢測法的實質是在變壓器斷電的情況下，使用油色譜分析法對變壓器油中氣體進行定性定量分析。但所檢測到的氣體的成分和濃度是絕緣長期發生局部放電產生氣體不斷累積的結果，不能及時有效地發現變壓器內部的突發性故障。在線化學檢測法則是通過及時地對變壓器油中溶解的氣體進行油氣分離，根據分離出的氣體的組成成分和濃度對變壓器進行故障診斷，不同的氣體組成方式和不同的濃度，其反映的故障類型和故障程度也不同。因此，化學檢測法是只能對局部放電進行定性分析，由于對油中溶解氣體進行分離需要一定的時間，該方法不能反映突發性的故障以及早期潛伏故障和對容易造成變壓器絕緣擊穿的流注型放電。

3 超聲法

變壓器在運行中出現局部放電時，伴隨著爆裂狀的聲發射，并以機械振動波形式很快向四周介質傳播，通過安裝在變壓器油箱外壁上的超聲波探測器，將超聲波信號轉換為電信號，并進行模數轉換，對變壓器內部的局部放電進行測量，此即為變壓器超聲波局部放電測量法。超聲法監測的優點是抗干擾能力強，可定性地判斷局部放電信號的有無，以及結合電脈沖信號或者直接利用超聲信號對局部放電源進行物理定位。缺點是由于變壓器結構復雜性，局部放電所產生的超聲波信號在變壓器內需要經過多次折射、反射后才能捕捉到，隨著能量的不斷損耗造成信號失真，因此對于檢測發生在絕緣深處的局放效果欠佳。其次，超聲波難以標定放電量的大小，對于局部放電的嚴重程度也不易確定。再次，放電故障的類型很難通過超聲波信號進行鑒別，無法識別放電性質。故超聲波檢測法一般作為輔助監測手段與其他檢測方法結合使用。

4 光測法

由于局部放電時會產生的發光、發熱現象，通過光電傳感器測量變壓器中的紫外線、可見光、紅外線等光輻射信號的檢測方法稱為光測法。這些光信號經光電傳感器轉化為電信號，隨后將電信號進行放大濾波處理傳輸到監測系統中。光電傳感器測量的光信號不受現場電磁干擾的影響，即光測法具有抗干擾能力強的優點。采用光學檢測法，經光電信號轉換后，得出的電壓信號幅值與傳統脈沖電流法檢測到的放電量近似為線性關系，故可利用光學檢測法測得的電壓信號反映放電的強弱。利用光測法對電力變壓器進行局部放電帶電檢測是一種新的電力設備故障診斷思路，但還有很多技術和工程問題、針對透明外殼的使用的問題需要解決。因此光測法仍處于實驗室研究階段，將光測法應用到現場還有很多的工作要做。

5 超高頻法

局部放電都產生正負電荷中和，伴隨有一個陡的電流脈沖，并通過電磁波形式向周圍輻射。經驗證明：放電間隙的絕緣強度以及放電間隙與局部放電所輻射的電磁波的頻譜特性有關系。當放電間隙的絕緣強度比較高時或者放電間隙比較小時，放電時間短，電流脈沖的陡度比較大，高頻電磁波的輻射能力強，否則反之。由于變壓器油隔板結構的絕緣強度比較高，所以變壓器中的局部放電能夠輻射很高頻率的電磁波，最高頻率能夠達到數。因此，局放產生的電磁波中超高頻分量相當豐富，通過用電容傳感器或超高頻天線接收局放中的超高頻成分，可以進行局部放電分析。超高頻法在線監測的的特點是可有效地避開各種干擾信號，但由于變壓器內部構造復雜，局放產生的電磁波在內部的傳播將存在大量的散射、折反射以及衰減，造成靈敏度降低，并且也難以進行視在放電量的標定。超高頻傳感器可以在變壓器制造的過程中直接固定在變壓器箱壁上，也可以通過變壓器的事故放油閥裝入變壓器內。

結語

在線監測是在線獲取傳感器探測到的變壓器局部放電信息，再用計算機和相關信號處理技術對采集數據進行分析處理，包括去噪、提取脈沖特征并對放電類型進行分類識別或者預測，有助于評估變壓器絕緣劣化狀態。基于此，本文對變壓器局部放電在線監測方法進行了研究與探討，分析了脈沖電流法、化學法、超聲法、光測法、超高頻法這五種在線監測方法，以推動變壓器局部放電在線監測的完善與發展。

參考文獻

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