電力變壓器局部放電檢測技術的現狀和發展

鄒海濤 洪葉 侯鳳琛

摘要：電力變壓器是電力系統正常運行中必不可少的一個關鍵運行部件，運行狀況與設備質量直接關系到整個電力系統的安全與穩定性。同時，電力變壓器的絕緣狀態又直接影響到變壓器的整體運行狀況，其中局部放電產生大量的電、光、聲、熱等的物理、化學效應，是造成電力變壓器絕緣老化、變形的主要原因，進而可能由此造成不同程度的電力事故。為應對局部放電導致的變壓器運行問題，近年來相關專家結合這些效應研發出了各類放電監測技術，如電脈沖法、光檢測側法、超聲波法、超高頻法、氣相色譜法和紅外熱像法等，均有效地應用在了局部放電檢測工作中，幫助整個電力工程正常運行。

關鍵詞：電力變壓器;局部放電;檢測技術;現狀;發展

1電力變壓器的局部放電

1.1變壓器局部放電原因

變壓器的內部絕緣設計采用的是油-紙絕緣，這種材料在變壓器工作時，無可避免會產生一些氣泡或者是油隙，這樣就很容易引發局部放電現象，這種由于元件制造和生產中導致的絕緣薄弱點就成了變壓器設備故障的潛在風險，嚴重時將會因為重復擊穿導致變壓器無法正常運行。

1.2局部放電類型

絕緣介質的內部放電，變壓器內部存在著各種不同介質常數的物質，氣態物質的介質常數遠小于固態，且與場強排列成反比，當該區域電壓增大時，局部越遠薄弱點氣穴反應較大，產生放電現象;絕緣介質的沿面放電，電場中的某個場強分量平行于介質表面，當其高于耐受場強時，絕緣介質的彎曲處、邊沿和四角位置都會發生表面放電;尖端放電，交變電場下，導體曲率半徑較小的尖端位置會因為極不均勻的高強度電場產生電暈放電現象。

2變壓器局部放電檢測方法

2.1脈沖電流法

變壓器內部產生局部放電后，將會在接地線上產生一個脈沖電流信號，在接地線上加裝特制電流傳感器，來檢測此接地脈沖電流，進而轉化成視在放電量，能夠判斷變壓器內部局部放電量的大小。脈沖電流法是局部放電檢測法中研究應用最早、最廣泛的一種檢測方法。變壓器局放檢測常用羅戈夫斯基線圈（羅氏線圈）作為傳感器，此種方法的優點在于傳感器與被測設備僅存在磁耦合，不存在電氣連接，因此廣泛應用于變壓器出廠試驗及離線測試當中，且離線測試的靈敏度相對較高，并可以測得視在放電量。脈沖電流法也有其缺點：一是檢測結果易受現場各種干擾信號的影響，二是檢測儀器的靈敏度隨著被測設備的等效電容值的增加而下降，檢測頻率較低，頻帶范圍較窄，檢測結果包含的信息量較少。

2.2射頻檢測法

射頻檢測法的檢測頻段為3MHz～30MHz，由于脈沖電流法的檢測頻帶一般在1MHz范圍內，與很多干擾源處于同一頻率范圍，射頻檢測法將檢測信號的頻率進行了上移，在較高的頻率范圍內檢測局部放電脈沖電流信號。射頻檢測法的傳感器通常采用的也是羅戈夫斯基線圈，脈沖電流信號經過線圈耦合到放大器，經濾波器濾波處理，由數字系統進行采樣信號的量化處理。射頻檢測法雖然可避開現場環境中大量低頻、中頻干擾源，但在射頻檢測范圍內還存在很多其他干擾信號，利用硬件無法完全予以消除，所以干擾信號的抑制工作還須與數字算法相結合來進行。

2.3光測方法

局部放電發生后，會產生400nm到700nm不等的光波，在通過光電倍增管強度和的處理后，進而產生了光電流。有關人員對光電流中的強度和波長便可對局部放電進行定位和檢測。目前，光學測量方法在實驗室研究中取得了巨大的成就，但由于檢測設備成本較高，同時需要測量部件的透明性強一些，因此在實際應用中光學測量方法存在一些限制性因素，目前只適用于定性分析。在未來光測法的發展中，光纖技術的發展可作為進一步創新的基礎，主要是將光測法與聲學法結合起來，測量局部放電情況，將會得到一定程度的發展。

2.4超聲波檢測方法

變壓器的局部放電現象往往伴隨聲波的釋放，超聲波檢測就是利用傳感器接收釋放的超聲波來對局部放電的范圍和位置進行檢測和定位。超聲波檢測法具有一定的應用優勢，最大的優點便是工作原理簡單。但同時，檢測局部放電的超聲波傳感器還無法完全滿足超聲波檢測的需求，主要表現在抗電磁干擾性能差、靈敏度低方面，這就給超聲波檢測工作增加了難度。基于此，超聲波檢測大多對局部放電狀態進行定性判斷與數據采集，利用電脈沖信號或直接使用超聲波信號進行物理定位。有關機構已經利用超聲波法展開了大規模的檢測模擬工作，對110kV及以上類型的變壓器放電現象進行試驗。測試結果表明，超聲波檢測法具有準確診斷局部放電問題是否存在的能力。

2.5油中溶解氣體檢測法

操作簡單，成本較低，抗干擾性強，檢測原理是由于電力變壓器的絕緣部位老化，性能衰退，在局部放電時絕緣材料會生成可以溶解在油中的氣體，而通過一定檢測設備吸收、檢測、分析出其中的各種氣體類型和含量、比例，從而判斷出是否發生的放電現象。

2.6紅外檢測法

紅外熱成像監測法依據的是高壓設備在局部放電時某部位的溫度反應，若變壓器被測的部位溫度高于絕對溫度，可以熱成像系統來檢測熱能轉化出來的紅外輻射強度，由于大氣對不同波長的輻射吸收程度不同，因而可根據波長分段選擇合適的短波和長波進行檢測，當輻射信號轉換成電信號后會被處理成可以看懂的數據信息顯示給檢測設備控制人員，便可以判斷出設備局部放電的位置和程度。這項檢測技術不受電磁場干擾，并且可以在一定的距離內進行遙測，對于導體連接不良、變壓器套管這類外部故障的檢測效果較好。

3局部放電檢測技術未來發展分析

（1）聲學檢測法、光學測量法以及化學檢測等非電檢測方法的抗干擾性能力較強，同時對于環境的敏感性較低，能夠適應不同電氣特性，受到的影響較小，操作也相對方便，今后的發展空間也相對更加廣闊，潛力較大。目前，非電檢測方法作為主要輔助檢測手段，在對絕緣局部放電超聲進一步研究的基礎上，將對放電強度展開更加準確的定量分析，從而建立一個包含檢測、定位等工作的局部放電判斷標準。

（2）脈沖電流法是針對目前檢測類型來說，最為標準的局部放電檢測方法，形成了一個統一的檢測標準。但同時其仍然存在一些不足，如測量的頻帶窄、頻率低、參數數據收集規模較小等問題，需要進行深入研究，積極創新。射頻檢測法收取的放電信號遠高于傳統測量方法，能夠最大限度排除干擾因素，精確提取脈沖信號，為電力變壓器的診斷工作提供了一種新的思路。新興的超高頻檢測技術就是這一原理的創新和延伸。超高頻檢測技術彌補了傳統脈沖電流法存在的缺點，具有較高的潛在優勢，在未來將產生較高的應用價值，是今后新型檢測方法研究和開發的一個研究方向。

結論

電力變壓器對于電網的影響力不言而喻，在變電器長期的運行過程中，設備終將老化出現各種問題，由于絕緣強度的高低會加大用電安全事風險，對該問題進行分析發現主要是由于局部放電導致變壓器絕緣劣化，為此國內外涌現很多帶電檢測及定位技術，在實際應用過程中，要根據電力系統運行維護需要和質量管控目標，結合不同檢測和定位技術優勢和缺陷選擇最適用的方法，從而全面排除故障，保障電力電網穩定運行。

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