电力变压器局部放电检测方法探讨

[摘 要]电力变压器的局部放电会造成绝缘性能老化，变压器的绝缘老化已经成为电力系统引发事故的主要原因，因此就需要研究变压器的局部放电检测技术。本文对电力变压器局部放电检测方法进行了探讨。

[关键词]电力；变压器；局部放电；检测方法

中图分类号：TM41 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）14-0074-01

目前已有多种带电测试方法应用于电力变压器局部放电的检测，每种方法均有其优缺点、适用范围与条件，往往造成实测结果差异较大，难以比较，极大地限制了现场应用。由于变压器内部结构十分复杂，对其内部放电源进行快速、准确的定位仍存在较大困难。

一、变压器局部放电故障

局部放电是指在电压的影响下，绝缘结构内部的油膜、气隙以及导体等的边缘发生放电的现象，并且这种现象是属于非惯穿性的。充油电气设备发生固体绝缘破坏的原因就是由其引起的。根据电场分布以及工作部位的不同情况，油纸绝缘设备中的局部放电会有不同程度的发展，而对于变压器主绝缘中的局部放电，例如油纸绝缘中的纸版表面及内部的树枝状放电，绝缘内部空腔或气泡中的局部放电，悬浮电位导体的油中放电等，工作电压在正常的情况下，其发展过程的时间都比较长，刚开始时是一种低能量的放电，但若是情况更加严重的话，局部放电就会在较短的时间内发生迅速的击穿现象，一旦出现诸如此类的一系列现象，任何诊断技术都无法在第一时间去应对和解决。分析引发局部放电的因素，可以这样进行分析：因为气体的介电常数小，而且所承受的场强比较高，所以当固体绝缘材料出现空腔或者油中出现气泡之时，其耐压强度比相关的绝缘材料低，因此放电现象就容易在气隙中出现。

二、电力变压器局部放电检测方法

1、非电测量法

（1）超声波检测法

超声波检测法主要是根据局部放电过程中产生的超声波传播的方向和时间来确定放电位置，包括电-声定位和声-声定位。当发生局部放电时，由于超声波通过不同介质向外传播，到达油箱壁的时间不同。在变压器油箱的外壳安装多个超声波传感器，由于空间位置不同，检测到局部放电产生的超声波信号时间不同，通过测量超声波传播的延时时间可以确定局部放电源的空间位置。

（2）光检测法

光检测法的原理是将光电探测器接收的来自放电源的光脉冲信号转为电信号，再放大处理。不同类型局部放电产生的光波波长不同，小电晕光波长≤400nm呈紫色，大部分为紫外线；强火花放电光波长介于400nm到700nm之间，呈桔红色，大部分为可见光。固体、介质表面放电光谱与放电区域的组成气体、固体材料的性质、表面状态及电极材料等有关。普遍采用的有两种光检测法。一种是荧光光学检测法，通过荧光光纤检测局部放电所产生的荧光来检测局部放电现象。另外的一种是超声-光学检测方法，通过提取局部放电超声信号传播到光纤上时光纤的形变信号来检测局部放电。

（3）化学检测法

变压器局部放电可能会导致变压器中绝缘材料分解产生生成物，化学检测法就是通过检测生成物的成分和浓度来判断局部放电的状态。变压器因局部放电而产生的主要生成物包括H2，CH4，CO2，C2H2等。离线化学检验法通过实验室油色谱定期对油中的气体分析，但所获得的信息为长期异常现象产生气体的累加值，对于突发性故障预防较低。化学方法的在线检测技术正逐步推广，包括变压器油色在线检测、变压器油中氢气浓度在线检测、变压器油中乙炔在线检测等，它们可以反映不同气体的动态特性，从而提取出变压器内的局部放电信息。

（4）红外检测法

红外检测法是利用电力设备内部的局部放电产生的电热能量转换，检测局部放电区域的表面温度升高的变化。对于复杂的绝缘系统，红外检测法需要借助计算机进行辅助计算，可以得到一定的量化关系，但是红外检测法用于定量的研究还存在困难。

（5）温度检测法

变压器局部放电会导致变压器内部的温度发生异常，通过检测变压器内部的温度可以了解变压器内部的运行状况，为局部放电的检测提供参考。

2、电测法

（1）脉冲电流法

脉冲电流法是国际公认的，研究最早、应用最广泛的局放检测方法，国际电工委员会为其制定了专门的测量标准。该法主要是通过接入检测回路的检测阻抗或电流互感器获取变压器套管末屏接地线、外壳接地线、中性点接地线、铁心接地线及绕组中由局放引起的脉冲电流并结合数字化信号处理系统来得到局放的相关信息。

脉冲电流法离线测量灵敏度高，可以测量局部放电的视在放电量；同时，与超声波法结合可作为电―声定位法对局放点进行定位。但该法测局放时，对试验电源和环境都有很高的要求，无法在线测量，且频率低，频带窄，包含的信息量少，抗干扰能力差；另一方面，其灵敏度随着试品电容的增加而下降，有时甚至下降到无法进行检测。

针对这些不足，目前进行电脉冲法检测时主要采用由罗果夫斯基线圈制成的电流互感器来提取脉冲电流信号，使检测回路与被测变压器仅有磁耦合而无电气连接，在一定程度上削弱了电气干扰。

采用此法对变压器进行局放检测时应考虑不大于10MHz 的频率分量；若测量目的仅为获得脉冲信号的幅值信息和基本特征，则带宽可选为约8～10MHz 即可；若要从被测信号中获得尽可能多的放电信号，则截止频率可选为20MHz。

近年来，还出现了宽频带脉冲电流法的研究，并研制了基于甚宽带脉冲电流法检测系统，该系统在脉冲定量上与传统脉冲电流法相当的前提下，提高了该法的灵敏度和抗干扰能力，同时还能在复杂的背景干扰下分离并识别放电信号和类型。

（2）超高频检测法

超高频局部放电检测是针对传统检测方法的不足，近几年出现的一种新的检测方法。超高频法通过检测变压器内部局部放电所产生的超高频（300～3 000 MHz）电磁波信号，实现局部放电的检测和定位，并实现抗干扰。

此方法的检测原理：每一次局部放电都发生正负电荷中和，伴随有一个陡的电流脉冲，并向周围辐射电磁波。局部放电所辐射的电磁波的频谱特性与局部放电源的几何形状以及放电间隙的绝缘强度有关。当放电间隙比较小或放电间隙的绝缘强度比较高时时，放电过程的时间比较短，电流脉冲的陡度比较大，辐射高频电磁波的能力比较强。变压器油―隔板结构一般能辐射出达到数GHz 的电磁波。而一般现场干扰的频率不高于400MHz，因此超高频检测法能有效避免各种电磁干扰。超高频检测过程中最重要的组成部分是传感器。传感器的灵敏度直接影响系统检测结果的精确度。UHF 法检测局放信号的超高频天线主要分为内置和外置两大类。但目前大多数天线需要工程人员自行设计，以配合各种超高频检测系统的工作。由于电磁波主要在变压器箱体内部传播，只有少量通过接缝及出线端口散出，因此如何使天线更有效地接收到电磁波是超高频检测法目前需要研究的问题。

针对超高频接收影响因素的研究表明：内置式天线的接收能力和抗干扰能力都高于外置式天线。但是内置式的天线需要在变压器生产过程中加入到侧边或者经过专门机构由事故放油阀伸入到变压器箱体内部，但这在操作上限制了超高频的应用。

总之，不管是哪一种方法都有它的优点以及缺点，不可能达到完美，掌握好其应用需要注意它的事项和应用范围，用合适的方法，达到最大的好处。局部放电检测技术具有很大的发展潜力，目前还存在许多的缺点，需要继续进行深入的研究。

参考文献

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