论大型矿用变压器的局部放电检测诊断技术

[摘 要] 矿用变压器是矿山供电系统中十分重要的部分，其运行安全直接关系到矿山供电的安全。文章首先介绍了大型矿用变压器的运行原理，接着介绍了几种局部放电检测技术，最后构建了基于局部放电检测技术的矿用变压器故障诊断体系。

[关键词]局部放电检测；矿用变压器；诊断

中图分类号：TM712 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）18-0367-01

0前言

局部出现放电现象在高压电气设备中最常出现，而且出现放电的因素也比较多。通过研究发展，最主要的原因是电气设备内部的绝缘体组成材料比较薄。例如，固体设备中被一些杂质掺杂，还有在液体绝缘中它的场强度比较大，另外，绝缘气体内出现小区域击穿，这些原因也是导致局部放电出现之根源。在电力运行中，如果绝缘材料掺杂了一些气泡或者是杂质，如果还受到场强强力作用，会在这些物质表层形成电荷积累区域，该电荷越积累越多，最终积累到一定负荷时，将会出现夹层式极化。从实验中发现，一般的局部放电最容易出现在电气设备中，如果该设备等级越高，那么相应的放电频率越高，出现的危害越严重，造成的经济损失越大。这些薄弱的位置，虽然它产生的能量比较小，但是这些能量的存在将危害绝缘介质性质，使得绝缘介质性能越来越低，最终完全恶化。这些情况得不到改善，随着时间推移，它会渐渐的具有贯通性，最后可以随意穿击每个设备，使得设备出现严重破损。所以说，保证变压器设备安全运行的关键之处就是经常性地检测变压器的局部放电情况。本文为此探讨了局部放电检测技术在矿用变压器故障诊断中的应用情况。

1 大型矿用变压器的运行原理

电磁感应是变压器的基本原理。通常情况下，变压器的组成部分是2个绕组和1个铁芯，普通的变压器铁芯由硅钢片进行重叠所组成的。它的线圈通常情况下是用绝缘扁铜线或者是圆铜线在绕线模上进行绕制的，主要有一次和二次这两组。它用到的材料主要有各种绝缘材料和变压器油等等。油箱里面装有绝缘与冷却用变压器油，箱体用钢板加工而成的，它的主要性能是比较高的机械强度、变形比较小，还有它的焊接之处不容易渗漏。它的附件部分主要是：分接开关、套管、引线、气体继电器压与释放阀等。

2 局部放电检测技术

2.1 超声波法局部放电测试原理

人耳所能听到的频率在20Hz～20kHz范围内，频率低压20Hz称为次声波。超声波就是一种振荡频率比人耳可听见声波频率高的一种波，特性与声波的特性比较接近。超声波的传播特性为一种疏密变化的机械波，传播媒质为气体、液体和固体等。当超声波通过两种不同物质的界面时，由于两种物质有不同波阻抗，会产生入射和反射，若把入射波和反射波的振幅之比设为A0，设第一种物质的声波阻抗为ρ1c1，第二种物质的波阻抗为ρ2c2，则入射波和反射波的振幅之比A0可表示为：

2.2 局部放电超声测量

用超声探头获得由局部放电引起的超声信号（如图1所示），并用数字式局放仪或波形记录仪记录波形做定位测试。

2.3 分解物分析法

气相色谱分析就是通过分析油中气体成分来反映变压器运行状态方法，分析放电产生的化学生成物，例如用色谱分析仪测量可燃性气体，从而推断局部放电程度，判断故障类型。此方法已被广泛应用，并取得较好效果。

2.4 热检测法

由于在发生放电时产生能量的释放与损耗，放电点会有发热现象。故障较严重时，由于局放的热效应，可通过对事先埋设的热电偶对各关键测量点的温度或温升进行检测，因而确定局部放电的具体部位。但这种方法存在不灵敏、不能定量以及不能及时发现故障点的缺陷，现场一般很少采用。

2.5 光检测法

设备内部放电只有透明介质才宜用光检测法，如常见的聚乙烯绝缘电缆的导线线芯在进行水介质扫描后，即可采用光电倍增管的方法进行局放检测。缺点是灵敏度相对低，且易受各项条件的限制，局限性较大，适宜于暴露在外表面的放电类型，如电晕放电。

3 基于局部放电检测法的矿用变压器故障诊断体系

在检测体系中，它具有很多强化功能，比如说人工神经网络的非线性逼近能力，并且是目前应用比较广泛的神经网络模型之一。人工神经网络与局部放电检测技术的结合有效地改善了传统监测分析法的适用性与准确性。

3.1 人工神经网络模型

人工神经网络通常情况下是多层前馈神经性的网络，其节点主要是由输入层、输出层以及隐层所组成的。图2的结构示意图主要是一个3层人工神经网络图。

3.2 确定输入输出模式

作为人工神经网络来说，缓冲存储器是它的输入层的主要的作用，它的节点数主要是由输入矢量的维数所决定的。把变压器所产生的故障进行分类：高温过热、中低温过热、高能量放电以及低能量放电，也就是N=4。

3.3 检测过程

局部放电检测技术在矿用变压器故障诊断中的运用以电声综合监测的方式，可以准确将被监测设备局部瞬时所变化的放电情形进行定位，以及将放电所变化的各种趋势、将放电位置进行精确的监测等，并且进行不断的跟踪和记录。移动式主要是指

系统的安装方面以及维护方面都比较简单化，所有的监控主机以及传感器均以特有的安装技术所进行的，被监测的设备处于稳定运行态势下，所需要的安装时间为2～3h，并且也能够处于长期的室外运行状态下。如果退出这种监测模式，则在任意时间都是允许的。完整的联网报警系统是此项系统的功能，能够达到实现不同种系统共用1个平台的功能，能够将远程后台的管理以及本地远程后台管理进行双重性的支持。此外，它还具有其他功能，比如提供手机和短信报警等多项功能，还能够实现一些异地数据的传输，进行实时诊断和分析。

3.4 检测效果

该系统在工作状态后，用户能够方便地在线监测现场设备的绝缘状态，从而极大提高设备的安全可靠性，保证设备的安全稳定性运行的同时也保证了高压电气设备的寿命和周期使用率。同时它具有简单化的人工神经网络，具有较快的收敛速度，同等状况下，它还具有网络结构的自适应性，输出与初始权值无关，简单易实现各种操作，伴随着不断积累的经验，它能够不断的完善，保证诊断的准确性。

4 结语

矿用变压器故障诊断中的运用是一个比较复杂性的模式识别现象，有着优越的非线性逼近能力的局部放电检测技术与人工神经网络获得了广泛的应用，保证了电力系统经济性和可靠性运行，具有重要的意义。

参考文献

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[2] 孔凡祥，孙志明.基于局部放电检测技术在变压器故障诊断中的应用[J].中国高新技术企业，2013（2）.

[3] 邓世聪，朱正国.110kVXLPE电缆GIS终端局部放电检测技术综合应用[J].南方电网技术，2012（3）.

作者简介

余松，男，现为安徽理工大学电气与信息工程学院在职研究生。