變壓器局部放電檢測(cè)技術(shù)分析

習(xí)騰之

（山西省晉城乾泰安全技術(shù)有限責(zé)任公司，河北 行唐 048000）

1 概況

電力變壓器一般均存在局部放電現(xiàn)象，但這種局部放電現(xiàn)象很難通過絕緣試驗(yàn)來發(fā)現(xiàn)，而且采取一分鐘交流耐壓試驗(yàn)還會(huì)對(duì)變壓器絕緣產(chǎn)生一定的損傷，從而對(duì)變壓器日后運(yùn)行的性能產(chǎn)生影響。

局部放電在放電過程中產(chǎn)生的能量比較小，在短期內(nèi)并不會(huì)對(duì)變壓器的絕緣強(qiáng)度產(chǎn)生明顯的影響[1]。但變電器在運(yùn)行電壓下如果持續(xù)產(chǎn)生局部放電，其絕緣材料的介電性會(huì)不斷下降，導(dǎo)致材料缺陷不斷擴(kuò)大，最終將導(dǎo)致整個(gè)絕緣失效而破裂。

2 變壓器局部放電的檢測(cè)技術(shù)及定位技術(shù)

變壓器局部放電是普遍存在的一個(gè)問題，并且變壓器局部放電會(huì)對(duì)變壓器絕緣造成嚴(yán)重的損壞，從而導(dǎo)致變壓器內(nèi)部出現(xiàn)短路，甚至引發(fā)較大的安全事故。因此，針對(duì)變壓器局部放電應(yīng)該采取有效的檢測(cè)技術(shù)方法和定位技術(shù)方法，將變壓器局部放電問題進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)和定位，從而及時(shí)對(duì)其進(jìn)行處理解決，以保證電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。從當(dāng)前變壓器局部放電所應(yīng)用的檢測(cè)技術(shù)來看，主要包括如下主流檢測(cè)技術(shù)：

2.1 超高頻檢測(cè)法

這種檢測(cè)方式是通過在局部放電過程中產(chǎn)生的UHF 電磁波來實(shí)現(xiàn)探測(cè)，因此可以判斷出局部放電的位置，同時(shí)具有抗干擾能力。該方法需將超高頻傳感器提前布置于變壓器外殼處，當(dāng)發(fā)生局部放電時(shí)，傳感器即可實(shí)時(shí)采集該電磁信號(hào)并通過同軸電纜實(shí)時(shí)上傳，實(shí)現(xiàn)對(duì)局部放電的監(jiān)測(cè)。局部放電是一種電荷中和的過程，它會(huì)產(chǎn)生一種電流，并將電磁信號(hào)輻射到四周，如圖1 所示。

圖1 超高頻檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 超聲波檢測(cè)法

變壓器在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)局部放電的情況下，也會(huì)釋放出超聲波，并且還會(huì)向附近擴(kuò)散。依據(jù)該特點(diǎn)，可以在變壓器外部提前安裝專門接收超聲波的傳感器對(duì)超聲波進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)變壓器發(fā)生局部放電時(shí)，超聲波傳感器可將該超聲波信號(hào)進(jìn)行采集并轉(zhuǎn)化為上位機(jī)可識(shí)別的電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)局部放電的檢測(cè)。因超聲波傳播過程中會(huì)不斷的衰減，要求通過該法對(duì)局部放電進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，通常選擇超聲波衰減程度最小的超聲波當(dāng)做檢測(cè)對(duì)象，曲折傳播如圖2 所示。

圖2 超聲波直接和曲折兩種傳播方式的傳播途徑

從圖2 中可知，S 為局部放電源，SA 屬于直接傳播途徑，SBA 屬于曲折傳播途徑。超聲波檢測(cè)法的原理及實(shí)際操作均比較簡(jiǎn)單，在各電壓等級(jí)中均可適用，并且得出的檢測(cè)結(jié)果也較為精確，在實(shí)際電力變壓器局部放電檢測(cè)中已得到推廣應(yīng)用。

2.3 光檢測(cè)法

當(dāng)變壓器發(fā)生局部放電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種光輻射，因此可將光傳感器提前布置于變壓器上對(duì)光照射量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)變壓器發(fā)生局部放電時(shí)，光傳感器將采集該輻射信號(hào)并利用光放大器將其轉(zhuǎn)換為電能，獲得了光的電流，并進(jìn)行了性能的分析，達(dá)到了對(duì)變壓器的局部放電探測(cè)?，F(xiàn)階段，光檢測(cè)法在局部放電光脈沖檢測(cè)、光譜分析、絕緣老化檢測(cè)以及電磁波傳播特性等方面均得到了廣泛應(yīng)用，并且獲得了非常好的效果。但因光電倍增管在陽(yáng)光下無(wú)法長(zhǎng)期暴露，所以這種檢測(cè)法在變壓器局部放電檢測(cè)中無(wú)法直接應(yīng)用，必須將傳感器嵌入設(shè)備之中方可使用。

2.4 脈沖檢測(cè)法

這種檢測(cè)方法主要是對(duì)局部放電的阻抗、變壓器、外殼的接地線等出現(xiàn)局部放電的情況下所形成的脈沖電流進(jìn)行檢測(cè)，從而獲取局部放電的放電量。提前將脈沖電流采集儀安裝在變壓器外殼接地處，當(dāng)發(fā)生局部放電時(shí)傳感器即可對(duì)該信號(hào)進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)局部放電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。這種檢測(cè)方法具有非常高的檢測(cè)靈敏度，同時(shí)具備非常強(qiáng)的抗干擾能力，還具有較高的脈沖分辨率，但這種檢測(cè)方法信息量比較少，檢測(cè)頻率也相對(duì)較低。

2.5 化學(xué)檢測(cè)法

這種檢測(cè)方法也稱為氣相色譜法。該方法一般是對(duì)變壓器局部放電過程中各種絕緣物質(zhì)進(jìn)行分解時(shí)形成的生成物進(jìn)行檢測(cè)，主要是對(duì)生成物中包含的成分以及濃度來進(jìn)行檢測(cè)分析，從而對(duì)變壓器出現(xiàn)的故障特征進(jìn)行判斷。例如，判斷變壓器是出現(xiàn)過熱還是局部放電。該方法需將氣體傳感器提前布置于變壓器油箱中，當(dāng)發(fā)生局部放電時(shí)，氣體傳感器即可檢測(cè)到局部放電所產(chǎn)生的CO等氣體，實(shí)現(xiàn)對(duì)局部放電進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。這種檢測(cè)方法通常應(yīng)用于變壓器故障類型及程度的檢測(cè)，因故障類型及程度存在差異，導(dǎo)致產(chǎn)生的氣體濃度和構(gòu)成也存在差異，所以通過二者之間的關(guān)系能夠構(gòu)建模式識(shí)別系統(tǒng)，從而對(duì)變壓器故障實(shí)現(xiàn)自動(dòng)診斷。

3 變壓器局部放電檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用案例

3.1 案例簡(jiǎn)介

2020 年6 月，某供電公司對(duì)其管轄的110 kV變電站所使用的變壓器進(jìn)行局部放電檢測(cè)。本次檢測(cè)所用技術(shù)為基于超聲波檢測(cè)法的電腦超聲波發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，具體檢測(cè)結(jié)果如圖4 所示。2020 年8 月6 日，該公司對(duì)220 kV 的某變電站實(shí)施檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過多次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)變壓器的檢測(cè)結(jié)果表明，變壓器的中心部分有明顯的局部放電現(xiàn)象，而且信號(hào)很強(qiáng)烈，在接近C 相位的低電壓一側(cè)檢測(cè)到的局部放電信號(hào)強(qiáng)度是最大的。為確保判別的精確度，對(duì)變壓器油進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，變壓器油的含量也超過了正常值，并對(duì)其進(jìn)行了追蹤，化驗(yàn)結(jié)果顯示變壓器內(nèi)部出現(xiàn)了局部放電。

3.2 案例分析

該方法采用上述儀器對(duì)部分放電進(jìn)行了超聲探測(cè)，經(jīng)探測(cè)發(fā)現(xiàn)，在變壓器的中間部位有若干個(gè)探測(cè)部位存在著較大的局部放電，其中最大的一個(gè)特征如圖3 所示。

圖3 局部放電最強(qiáng)信號(hào)圖譜

從圖3 中可以觀察到，a 圖中聲脈沖對(duì)聲脈沖特征指數(shù)之間的相關(guān)性比較明顯，峰值集中時(shí)的特征指數(shù)是1，并且聲脈沖數(shù)量也比較多，這種情況下圖像中走勢(shì)凸起；而b 圖中，顯示存在較高幅度，并且局部放電在不間斷地發(fā)生，這正是存在較高局部放電量；c 圖中顯示的波形也能夠明確表現(xiàn)出局部放電的特性；d 圖中顯示聲脈沖特征指數(shù)是1，這說明檢測(cè)時(shí)已經(jīng)出現(xiàn)比較明顯的局部放電。以上四幅圖同局部放電嚴(yán)重時(shí)的特征圖譜相近，因此判定變壓器局部放電比較嚴(yán)重，為了對(duì)此判斷進(jìn)一步確認(rèn)，本次研究對(duì)變壓器油色譜化驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行查看，數(shù)據(jù)結(jié)果如表1 所示。

表1 變壓器油色譜化驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總

從表1 中可以發(fā)現(xiàn)，氫氣、總烴等均在注意值之上。為了排除氫含量升高是受絕緣油水分所致，對(duì)油樣實(shí)施微水試驗(yàn)和耐壓試驗(yàn)，經(jīng)試驗(yàn)結(jié)果顯示微水達(dá)到13.48 ug，耐壓達(dá)到62.2 kV，這與相關(guān)規(guī)程要求相符，故將此情況排除。從表1 中還可發(fā)現(xiàn)，乙烷、甲烷以及氫氣的含量均比較大，而乙炔的含量則相對(duì)比較小，判定變壓器中出現(xiàn)低能量放電。此外，從表1 中還可觀察到各氣體組分均出現(xiàn)顯著增加，并且增幅較高，說明氣體組分含量存在異常情況，說明變壓器存在局部放電。

3.3 結(jié)果處理

通過本案例可以了解到，超聲波檢測(cè)法能夠?qū)μ幱谶\(yùn)行狀態(tài)的變壓器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器出現(xiàn)的局部放電問題，能夠?yàn)樽儔浩鞯陌踩\(yùn)行提供保障。在變壓器局部放電檢測(cè)中，不僅需要應(yīng)用超聲檢測(cè)法來進(jìn)行檢測(cè)，而且還應(yīng)該綜合利用各種輔助檢測(cè)方法來提升檢測(cè)的準(zhǔn)確度，從而為電網(wǎng)安全運(yùn)行提供保障。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，變壓器局部放電發(fā)生的機(jī)制比較復(fù)雜，必須采取科學(xué)有效的檢測(cè)技術(shù)對(duì)變壓器局部放電問題進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)。這不僅需要相關(guān)檢測(cè)人員能夠熟練運(yùn)用變電器局部放電檢測(cè)技術(shù)，而且還應(yīng)該使之掌握變壓器局部放電的原理、類型等基礎(chǔ)知識(shí)，并了解變壓器局部放電對(duì)變壓器以及整個(gè)電網(wǎng)造成的危害，從而加強(qiáng)對(duì)日常局部放電檢測(cè)工作的重視，合理有效地根據(jù)實(shí)際情況選用合適的檢測(cè)技術(shù)對(duì)變壓器局部放電進(jìn)行有效檢測(cè)，最終保證變壓器乃至整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行的安全與穩(wěn)定。