分析电力变压器局部放电带电检测及定位技术

分析电力变压器局部放电带电检测及定位技术

赵明陈倩周敬坤吕强任毅

（国网新疆电力有限公司巴州供电公司新疆库尔勒841000）

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。

关键词：局部放电；带电检测；定位技术

一、电力变压器局部放电及放电定位的重要性分析

目前在大型电力变压器行业，最为通用的绝缘方式是使用油纸复合绝缘，该方式主要用绝缘油、绝缘纸和其他绝缘材料对变压器线圈绕组进行包裹绝缘。在电力变压器的生产、组装、运输、工作过程中，各种因素会导致油纸绝缘被破坏，引发变压器绝缘劣化，产生局部放电，最终导致设备故障。

局部放电是在电气元件中，绝缘体内的电气强度较高电场向电气强度较低电场发生的放电现象，这种现象在电气件外观的表现为绝缘体被击穿。局部放电与绝缘劣化是互为起因和结果的，只要一方出现，就会相互影响，并出现逐步变坏的趋势，所以基于局部放电和绝缘劣化的相互影响关系，可以依据局部放电的程度对电力变压器绝缘优劣进行评估，有助于对电力变压器的维护保养，保证设备安全稳定运行。

经过分析国内外研究得出，绝缘劣化不仅与局部放电互相影响，而且绝缘劣化程度与局部放电电量的大小密切相关，与放电位置密切相关。由于变压器结构复杂，为便于分析判断其内部放电的严重性，有必要对变压器局部放电位置予以确认。另外，在对电力变压器局部放电进行故障检修时，确定局部放电源的位置，对缩短检修周期，提高检修效率有极大帮助。

二、变压器局部放电带电检测方法

2.1变压器铁心接地在线监测技术

该技术相对比较成熟，可以及时发现铁心及夹件多点接地，防止局部过热。当铁心上沉淀有油泥或金属碎屑时，会出现多点接地，进而形成闭合回路。因为变压器在强磁场下运行，主磁通穿过上述回路时，会形成感应电流，危及电压器的运行。单点接地时，电流非常小，接近于零；当多点接地时，绕组匝间内将有环流流通，通常可达几十安。该法中，使用钳形电流表测试接地电流时，要注意排除干扰，一般采用钳形电流表紧靠接地线，测得一个电流值，再将地线钳入，测得第二次电流值，两次电流值之差则为实际接地电流。

2.2局部放电的电测法

2.2.1脉冲电流法

脉冲电流法的检测方式是最早也是研究地最为广泛的检测方法。在检测时，将变压器变成一个电容，在局部放电时，就会在变压器的两端产生电压差，用耦合电容将此电压差引出就会产生脉冲电流，这个脉冲电流的产生是由局部放电的大小决定的，根据信号转化就可以检测出变压器内部的局部参数的变化。脉冲检测法的灵敏度高，能够检测变压器的局部放电量，而且因为收集到的是电信号便于计算机的后期处理，因此得到了广泛的应用。但是此法容易受到电流的干扰，因此对环境的要求较高，而且测得的频率较窄，信息量低，灵敏度不稳定，会随着电容的增大灵敏度降低，抗干扰能力也很弱，因此这一系列的缺点限制了脉冲电流法的发展。

2.2.2超高频检测法

近年来针对传统的电测法的不足，研发出了一种新型的利用电测法来检测局放的方法。超高频检测法也叫做无线电干扰电压法。该法接受的是局放所产生的信号中的超高频信号（300-3000MHz），这样就检测到的信号能够起到很好的抗干扰能力，接收到的超高电磁波经过处理以后就可以找到局放所在的位置和程度。但是此法还是存在缺点，就是在局放比较强的时候测得的信号比较准，但是在局放变弱以后就会受到环境的干扰。

2.3非电测法

2.3.1超声波检测法

超声波检测法主要是通过对电力变压器在局部放电过程中所产生超声波信号进行检测的方式，从而对局部放电的具体位置以及放电量大小做出准确的判断。在局部放电检测的过程当中，可以将绝缘材料看做是声能所对应的低级滤波器。这样一来，放电源的性质会直接决定超声波声频率的大小以及声能幅度的变化情况，利用这一原理，能够实现对局部放电的超声波定位。

2.3.2光检测法

局放发生以后会产生光波（400-700nm），光波经过光电倍增管处理以后就会产生光电流，然后对光电流的强度和波长进行检测后就可以对局放的程度进行鉴别。光测法目前在实验室的研究中取得了很大的成果，但是在实际应用之中，由于设备昂贵且对测量物的透明程度要求要高，因此限制了光测法的实际应用。在光纤技术迅猛发展以后，光检测法有了一定程度的发展。在未来光测法的发展上，主要就是将光测法和声测法结合起来对局放进行测定。目前，光测法仅适用于定性分析。

2.3.3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。

三、电气定位方法

3.1改进电容分量法

变压器只是在某一个频率范围内等效为一个电容梯形网络，在改进的电容分量法中，该频率范围的确定就显得尤为重要。一般而言，该频率范围的确定是由试验获得。将一个函数发生器接到绕组的一端，并提供频率可变的电压，另一端接地，同时测量输入电压和绕组电压。当在此等效频率范围时，会出现最小电压相位移，即输入波形和输出波形相似。而后采用数字滤波将此频率范围以外的信号去掉，采用上述方程进行计算。

改进电容分量法利用数字滤波技术，能够获得沿变压器绕组脉冲的电容传输分量；该方法对干扰信号完全抑制，频带选择灵活，且频率补偿容易，与新的直线内插法结合可以解决一些实际问题，能够得到较高的定位精度。

3.2端点电流脉冲频谱分析法

在0.01MHz～0.1MHz这个中间频率范围内，变压器绕组的传输特性表现为振荡传播即发生在绕组中的局部放电脉冲以振荡形式传输。此时，在变压器测量端点所得到的局部放电电流脉冲因局放源位置不同，其频谱有较大的差异。对连续饼式绕组（以84饼为例），从不同位置注入放电脉冲，从而模拟了绕组中不同位置的局部放电，用绕组的简化等效电路计算出相应放电注入电流对应的传递函数，从而根据频谱分析来确定放电点的位置。在此基础上，采用建立仿真模型并结合试验的方法，研究了不同的局部放电脉冲传播路径的传递函数，在分析传递函数频谱特性的基础上，提出了根据相应信号高频分量和能量的局部放电电气定位方法。

结语

尽管人们对变压器绕组特性的研究较多，相应的也出现了一些电气定位方法，但由于各种电气定位法现场操作复杂，使用范围限制较大，且由于变压器内部结构复杂及放电部位的不同，使得放电脉冲的波过程也会出现不同程度的振荡，而对放电信号的检测却只能在变压器的测量端点进行，因而精度不高，所以目前在实际定位中很少采用。

参考文献：

[1]张强，李成榕，刘齐，郑书生，高强，于在明.变压器升高座内部套管局部放电特高频信号传播特征[J].电网技术，2017.

[2]肖天为，张强，黄炎光，印海洋，王勇，郑书生，李成榕.特高频方法用于套管局部放电检测的可行性研究[J].电网技术，2016.

作者简介：

赵明（1977.12.07），性别：男；籍贯：河南商丘；民族：汉；学历：高中；职称：高级技师；职务：班长；研究方向：电气试验，油务检测，带电检测

陈倩（1992.06.11），性别：女；籍贯：甘肃和政；民族：汉；学历：本科、学士；职称：中级工；职务：试验化验助手；研究方向：电气试验，油务检测，带电检测

周敬坤（1992.05.23），性别：男；籍贯：陕西汉中；民族：满族；学历：本科、学士；职称：助理工程师；职务：试验化验工；研究方向：电气试验，油务检测，带电检测；

吕强（1978.05.26），性别：男；籍贯：库尔勒；民族：汉；学历：高中；职称：技师；职务：试验化验负责人；研究方向：电气试验，油务检测，带电检测；

任毅（1989.08.24），性别：男；籍贯：陕西；民族：回；学历：本科；职称：助理工程师；职务：技术员；研究方向：电气试验，油务检测，带电检测；