电力设备局部放电定位技术评术

电力设备局部放电定位技术评术

王忠军

（国网辽宁省电力有限公司沈阳市苏家屯区供电分公司辽宁省沈阳市110101）

摘要：随着我国智能电网快速建设与发展，电网运行的可靠性和安全性逐步提高，电力变压器作为输变电关键设备之一，其运行状态直接影响到整个电网的稳定运行。目前，油纸复合绝缘是大型电力变压器通用的绝缘方式，其主要由绝缘油、绝缘纸板和其他固体绝缘材料等构成。油纸绝缘虽在设计时要求具有足够的电气强度和力学性能，但不可避免在生产制造、装备和运行过程中的偶发因素引起绝缘系统形成缺陷，进而导致设备出现故障。

关键词：电力设备；局部放电；特高频；超声波；相控阵

引言

电力设备的运行状态直接影响着整个电网的稳定运行。现有的电力设备在生产、装配及运行过程中很容易产生绝缘缺陷，导致设备故障。局部放电不仅是绝缘故障产生的重要原因，也是绝缘劣化程度的主要评估手段，因此对于现场的电力设备，获得局放源的具体位置将有助于提高电网运行效率及安全性。

1局部放电带电检测技术原理及特征

1.1高频（射频）电流法

高频电流法是基于传统脉冲电流法延伸出的一种非电接触式的局部放电测量方法，采用高频罗氏线圈来替代测量阻抗，从耦合回路中取得由局部放电产生的陡脉冲电流信号。由于该方法信号响应引入测量回路的等效阻抗极小（毫欧级），且可穿套于试品接地线或接地扁铁上实现非电接触式测量，对设备正常运行不构成影响。实际带电检测中，该方法多采用开环式结构的罗氏线圈进行检测。

1.2超高频法

油纸绝缘内部发生局部放电时，将激发频率高达GHz的电磁波，此信号在金属箱体内的衰减比在自由空间的慢，故可在设备内部传播并通过箱体与套管连接缝隙传出。基于此，可采用超高频（UHF）传感器对变压器内部局部放电产生的超高频电磁波信号进行检测，获得局部放电的相关信息，实现对变压器绝缘状态的诊断。根据安装方式的不同，UHF传感器可分为安装于设备内部的内置型传感器和安装于外部的UHF外置传感器两种。超高频法可检测到频率范围为300~3000MHz的局部放电信号，经合理选带，可有效避开现场干扰。另外，UHF传感器还具有瞬态响应好、线性度高、灵敏度高等优势。虽然实验证明脉冲电流参数与超高频参数有相同的变化趋势，可用超高频法参量（dB）近似反映放电的强弱，但变压器内部结构相当复杂，超高频测量机理与传统脉冲电流法截然不同，不同位置和不同类型缺陷的局部放电电磁波强度、传播路径和衰减程度的差异对UHF放电量的标定带来较大难度。

2电力设备局部放电单一放电点定位

2.1局部放电光定位技术

利用光检测法可以进行局放定位，SBiswas等利用光纤列阵传感器通过数字编码的形式在局部的固体绝缘表面进行了定位，但此法很难对体积庞大的设备进行局放定位。为此，CHelmig等利用干涉仪对设备的局放点进行测量，并成功研制了在线监测系统。唐炬等研制出用于局放信号强度检测的光纤传感系统，并与特高频法的油中针-板间隙局放实验进行了对比，发现局放源信号在正负半周期放电相位区具有较大的相似度。光定位法具有一定的优越性，但须提前与厂家沟通，预先将光纤埋入高压电气设备，因而对于已投入使用的电力设备改造难度很大。而且由于现场电力设备结构复杂，当所用材料的光透性较差时，需要大量的光纤布置才能进行设备的全面检测，而大量的光纤布置也将影响本身结构，因此光检测法的研究还处于起步阶段。

2.2局部放电超声波定位技术

针对电力设备局部放电定位中的“噪声”影响，文献分析了超声波在变压器设备内的传播路径及声压分布规律，指出仅声波入射的最前沿部分能用于时延计算，反射及折射后的信号不能直接利用。因此时延值常常存在一些伪点，在进行局放定位时需要剔除。一般超声波定位法需要4个传感器、3个时延值构造3个时延方程，解出一个三维坐标值。因此，对于信号在用电设备中存在可能的折返射、绕射问题，可以放置大于4个的超声波传感器甚至更多，利用聚类算法将偏离值剔除。有时为简化计算，常常将声速等效为一个固定值。对于变压器设备，通过研究超声波传播规律，按均匀传播介质考虑，认为超声波平均速度取1.43mm/μs较为合适。但是实际上超声波传播过程中波速并不是固定的。文献通过研究不同声介质对超声信号等值波速和频谱影响，提出了一种基于频谱分析的波速修正方案，能有效减少波速估计导致的定位误差。传统的超声波定位算法主要是球面法和双曲面法，但两者都存在非线性特性，很容易出现无解情况。因此学者们先后提出遗传算法、粒子群算法、模式识别算法及一些混合算法等。文献提出将小波降噪和能量判据相结合的方法，实测数据证实了判据的有效性。文献提出一种带混沌搜索的粒子群算法，能防止结果陷入局部最优，扩大了搜索范围。

2.3单一局部放电检测定位技术比较

虽然超声波与特高频检测定位技术原理相近，但由于超声波与电磁波的物理性质存在较大差异，分别应用这两种方法对变压器内放电源进行定位时，各有其检测技术特点：①超声波检测定位时，往往利用变压器内部超声波的等效声速获得放电源与传感器之间的距离，等效声速的选取与定位精度紧密相关，而电磁波在变压器内部的传播速度为定值，对定位效果的影响较小。②超声波与电磁波在不同媒介中的传播路径特性有很大差异。超声波可直接到达超声探头也可沿钢壁传播，且沿钢壁的传播速度远大于在油中的传播速度，但超声波在油纸复合绝缘介质中衰减较大，而电磁波在金属和油中的传播速度几乎相同，在油纸复合介质中传播损耗很小，因此放电源和传感器实际距离相近时，超声波定位效果较好。

结束语

综合国内外目前的研究现状，虽然局放源的定位在实验室取得了大量理论成果，但在工程实践中的应用效果仍有待加强。在软、硬件技术方面，随着计算机及数字信号处理技术的发展，将其引入局放源的定位，能够促进定位精度的提高，提供一些改进的新思路；小型化、高灵敏度及抗干扰能力强的传感器有待进一步研究，特别对于多局放源的定位问题，不同传感器阵列形式对定位效果有很大影响，且阵列传感器的制作过程复杂，对灵敏度、精度、抗干扰性等要求更高，因此下一步需加快对新型传感器结构、材料等方面的研究。

参考文献：

[1]齐波，李成榕，耿弼博，等.GIS设备绝缘子高压电极故障局部放电严重程度的诊断与评估[J].高电压技术，2011，37（7）：1719-1727.

[2]郑重，黄智伟，陈校芸.电力设备局部放电检测技术综述[J].电源技术应用，2013（6）：225-226.