变压器局部放电在线监测技术研究

变压器局部放电在线监测技术研究

于鹏坤

关键词：变压器局部放电；在线监测；电脉冲法

引言

变压器是用来转换电流电压的电力设备，在电力系统中发挥着重要作用，其工作状态直接关乎是否能够安全稳定地供电。在实际运行中，由于电压等级越来越高，电流越来越大，变压器自身绝缘薄弱处很容易受到影响，但并非一定会出现绝缘击穿现象，大多时候会表现为局部放电。尽管如此，局部放电的危害性也不容忽视，如不及时处理，很可能从局部逐渐过渡到整体，从局部绝缘损坏发展到整体绝缘击穿，使得变压器寿命缩短。因此，应加强在线监测技术研究，对变压器的局部放电现象进行实时掌控。

一、局部放电的概念、原因及危害

局部放电又称游离，也就是静电荷流动的意思。在一定的外施电压作用下，在电场较强的区域，静电荷在绝缘较弱的位置首先发生静电游离，但并不形成绝缘击穿。这种静电荷流动的现象称为局部放电。对于被气体包围的导体附近发生的局部放电，称为电晕。局部放电的原因大致有，金属接地部件之间、导电体之间电气连接不良，变压器内部的金属件、绝缘件不圆整化，有尖角和毛刺，绝缘件内部存在着气隙(气泡)，变压器内有灰尘、杂物、特别是金属粉尘和纸末纤维等，变压器绝缘纸中的含水量大于0.5%等。局部放电的危害主要是，气泡放电、悬浮电位放电、绝缘表面和夹层放电及尖角放电等，各种局部放电对绝缘都有一定的破坏作用。在变压器内部绝缘结构中，引线的布置及端部绝缘电场分布不均匀的薄弱部位，由于场强集中或各种原因造成的场强畸变，使在高场强作用下发生局部放电，其放电质点对绝缘的直接轰击造成局部绝缘破坏。同时放电产生的热和活性气体，有的使局部绝缘腐蚀、电导增加，导致了绝缘性能下降，在严重的长期局放作用下，有时会造成绝缘击穿。

二、局部放电监测技术

1脉冲电流法

脉冲电流法又叫电脉冲法，是一种常用的局部放电测试法。当变压器出现局部放电情况后，在其两端会有一个短暂的电压变化，利用耦合电容将其耦合到检测阻抗，在线路回路中会有一个新的电流出现，即脉冲电流。与普通电流相比，脉冲电流的方向不变，电流强度随着时间周期性的变化会有所变化。脉冲电流经过检测阻抗会产生相应的电压值，采集相关信息，予以放大，在工作站屏幕上显示出来，然后工作人员可根据此分析推算出局部的放电基本量，并制成报表图谱等，技术人员依次决定是否需要维修。整个监测过程，需要用到高压电源、耦合电容、检测阻抗、滤波器等装置，其中滤波器和检测阻抗非常重要，如果质量和性能比较有保障，可提高检测效果。而且，除了监测到脉冲信号，还具有局部放电定位功能，对故障诊断和解决有着很大帮助。该方法虽然应用较广，但也有弱点，比如抗干扰性较差，容易受外界影响，导致检测结果准确度下降。如果电容量很大，灵敏度和精确度也会受到影响。

2超声波检测法

超声波是指频率高于20000HZ的声波，具有很强的穿透力，易于获得比较集中的声能，在诸多领域都有应用。利用超声波检测变压器局部放电，有着很多优势，相比脉冲电流法，超声波具有良好的抗干扰性，而且应用比较方便，在耐压试验中或者变压器运行时都能进行检测。脉冲电流法的原理是利用放电时产生的电脉冲，超声波检测法则是利用局部放电时声发射形成的超声波，且这种声发射是向四周传播的。在变压器外部安装超声波探测器，便能监测到内部的超声波，并转换为电信号，传输至监控中心。监测人员根据提供的信号可对变压器的运行状态加以分析，实时掌握其变化。该方法的应用很多，但同样也有局限，即超声波探测器所接收到的信号多是来自表层，如果放电部位位于深层，会增加探测器监测信号的难度。另外，如果多个位置同时发生放电现象，如何根据声波强度及其他特点区分，提高定位的准确性，是今后研究的重要问题之一。

3超高频检测法

脉冲电流法所测量的频率通常较低,而超高频检测法所测量的频率在500—1500MHz之间。变压器局部放电时，也会释放出一定的超高频电磁波，利用传感接收器接收后，可获取其放电情况。现在的变压器大都采用油、纸、纸板等复合绝缘结构，以满足不同电压等级下的绝缘需求，所以内部的油隔板结构具有很强的绝缘性，发生局部放电时，会辐射出高频率电磁波，利用超高频检测法能够避开频谱较小的干扰信号。与超声波探测器安置在外侧不同，超高频检测法一般是在变压器内安装信号传感器，变压器可作为传感器的一层保护。今后的重点方向是超高频传感器的研发，频宽和采样率都必须提高，否则在具体定位时容易出现偏差。

4气体色谱检测法

变压器的运行离不开电力以及自身的元件，比如绝缘油，作为变压器中重要的电介质，起着冷却散热、提高绝缘性能等作用。在运行中，绝缘油会消耗分解，随之产生CO、CO2等气体，且经常会溶解在绝缘油中。一旦发生局部放电现象，会加快产气速度，在绝缘油中越来越多，检测的气体有CO、CO2、H2、CH4等。放电程度是否严重，与气体的组成和产生量有关，正常运行时产生的主要是CO、CO2，温度稍高时会产生CH4。如果温度不断升高，则会产生气体C2H4、C2H6；当温度超过1000摄氏度后，绝缘油会分解出大量的C2H2.气体色谱检测法便是在三比值法的基础上形成的，对三比值进行编码，根据故障性质查找相对应的编码。该方法当前使用较多，但只能定性分析，而不能定位。

5结束语

变压器局部放电现象不容忽视，如果置之不理，其危害性会越来越大，所以必须对其进行实时监测。就目前来看，相关研究不断增多，很多在线监测技术应运而生，使用也很广泛，除了本文提到的几种，还有光测法、射频检测法等。无论是哪种方法，都要正确操作，并不断弥补弱处。

参考文献：

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