变压器局部放电检测技术及应用

变压器局部放电检测技术及应用

袁利伟

云南电网有限责任公司玉溪供电局 云南省玉溪市 653100

摘要：电力设备的安全运行是保证电网安全的第一道防线，变压器作为电能传输和配送过程中能量转换的核心，是电网安全运行中最重要和最关键的设备。其容量和电压等级也随着特高压电网的建设越来越高，其可靠运行关系着电力系统的安全、经济运行。而局部放电是造成电力变压器绝缘劣化的重要原因，因此需要对电力变压器的局部放电情况进行检测和定位，以避免绝缘故障的发生。

关键词：变压器；局部放电；检测技术；应用

1 局部放电机理

局部放电又称游离，也就是静电荷流动的意思。局部放电是电介质中的一部分原子或分子产生电离和去电离的运动形式。电离是从外施电场中吸取能量，生成正、负电荷，并使电荷运动。去电离是正、负电荷中和，释放能量，生成新的原子和分子。该过程会产生持续时间非常短的脉冲电流，发射电磁波，相应地会在电介质中出现发热、发光和振动 ( 声波和超声波 ) 等物理现象。由于电压和电流作用于电介质时可能引起局部放电，所以局部放电可以分为电场型放电和电流型放电。形成电场型局部放电的基本条件：作用在电介质上的电场强度，超过该电介质的耐受电场强度。形成电流型局部放电的基本条件：受到外力 ( 电动力或机械力 ) 的作用，导体中的电流被迫进入电介质。

2 电力变压器局部放电带电检测技术分析

2.1红外线检测法  　　红外热成像监测法即是通过热成像系统对电气设备的红外辐射强度进行测量，通过对电气设备外层温度的变化和差异间接判断出设备局部放电的位置和程度。辐射在穿透空气过程中其能量随着传输距离的增大成递减趋势，但由于大气中的不同成分（二氧化碳、臭氧、水蒸气）对不同波长辐射的吸收程度存在差异，通过实验室观察发现红外辐射在1μm-2.5μm、3μm-5μm、8μm-14μm这三个波长范围内被大气的吸收作用最弱，在这三个波长范围内对被测物体进行红外辐射检测收到的效果最好，这三个波长范围也被称为“大气窗口”。常用的红外检测设备选用的波段是3μm-5μm（短波）、8μm-14μm（长波）。目前变电、输电、检修等专业广泛使用的红外测温仪器，也叫做焦平面红外热像仪，其原理是通过高密度的半导体光电耦合元件（类似CCD或CMOS）将红外辐射信号转换成电信号，经信号处理系统输出到显示器。

2.2高频电流检测法

高频电流法是较为常见的检测方法，但检测的话只能检测两个地方：电缆本体和电缆接地线。当电缆内部发生局部放电现象时，会有部分电流通过外屏蔽层接地线流入大地。因此可以在接地线上安置高频电流传感器，以此来感应接地线上的局部放电电流，判断局部放电的发生。由于电缆本体相当于一根感应天线，因此这种检测方法会受到大量的广播干扰，需要做一定的数据处理才能够分辨电缆中的局部放电脉冲。

2.3超高频检测法

当电力系统发生局部放电现象时，系统会产生一种高频率电磁波。这种电磁波在自然空间中的衰减速度虽然相对正常，但是在金属箱中会变慢，进而逐渐从金属箱的缝隙部位传播出来。这种情况下，只要对这种电磁波进行带电检测，就可以判断电力变压器是否存在局部放电情况，并且有效诊断电力变压器的绝缘状态。超高频检测法进行带电检测主要是有效利用超高频传感器。这种传感器主要分为两种类型：一种是可以安装在设备内部的油阀式 UHF 传感器；另一种是可以安装在设备外部的外置式 UHF 传感器。超高频检测法的最大优势是灵敏度高、瞬态响应能力强，可直观表现出电流的强弱。电力变压器的结构复杂，超高频检测法并不能对不同位置的电流给予有效标定，因此在现实应用中存在局限性。

2.4超声波检测法

超声波也是变压器检测技术中最常用的检测方法，指电气设备内部放电时电荷的快速转移或释放，改变周围电场力，甚至使其不平衡，从而引起周围粒子的振荡运动，产生声音或振动信号，超声波是通过在设备室的外壁安装一个超声波传感器来测量局部放电信号，该方法的优点是传感器不与电力设备的电路连接，不受电气方面的干扰，但在现场使用时容易受到环境噪声或设备机械振动的影响（图1高频信号与超声波关联波形图）。由于超声波信号在电力设备常用绝缘材料中衰减较大，超声波检测方法的检测范围有限，但具有定位精度高的优点。

图1高频信号与超声波关联波形图

2.5光学检测法

当电力变压器出现局部放电现象时，变压器油中会伴随发热和发光等情况。如果检测热辐射信号或者光辐射信号，就能够正确判断局部放电情况。例如，在现实检测过程中，光学检测法能够有效接收紫外线、红外线、可见光等光信号，并且将光信号转化为电压信号，从而判断电力变压器局部放电的强弱情况。光学检测法存在一定的局限性，主要应用于外部检测，不能检测内部关键设备的运行状态。

2.6油中气体溶解检测法

电力变压器局部放电意味着液体绝缘油或者固定绝缘纸板老化，导致大量可溶解在油中的低分子烃类气体产生，如甲烷、乙烷、乙炔、乙烯、一氧化碳、二氧化碳和氢气等。如果检测油中的成分，即可判断电子变压器是否发生局部放电现象。在利用油中气体溶解分析检测法时，检测结果不仅不会受到磁场因素的干扰，还能实现离线检测，应用优势显著。这种检测法对经验判断有较强依赖性，影响检测结果的准确度。

3 局部放电定位的方法  　　 声电联合法、时差法、平分面法和幅值法是进行变压器局部放电定位的主要方法。在对局部放电定位过程中，需要借助UHF传感器和TEV传感器。与此同时，还应该明确其幅值，了解时间差。因此，在这一过程中，需要对声电联定位法的原理进行合理的应用，主要是基于该原理计算超声波信号和电信号的时间差，进而可为变压器局部放电提供有利条件，提升定位的效率与精准性。另外，还能及时发现存在缺陷或者异常变压器的具体位置。此外，在局部放电定位方面，暂态地电压原理的作用也是不可小视的，在开展一次定位分析工作中，需要对该原理进行合理的应用，并以特高频传感器为支撑，进而可以明确缺陷的大概位置。在开展二次定位分析工作中，需要注重超声波传感器作用的发挥，通对其信号进行检测，能够将现场的干扰因素及时排除，为局部放电定位创造良好的环境，不仅能够在整体上提升缺陷识别的准确度，而且对变压器备局部放电精准度的提高也具有重要意义。

4 结论

综上所述，针对电力变压器局部放电带电检测及定位技术的探究十分必要。为了解决局部放电问题，国内外涌现很多带电检测及定位技术，各自具有不同的优势和缺陷，应结合具体情况，发挥相关技术的最大作用。根据研究发现，联合使用多种带电检测及定位方法能够有效提升检测定位的准确度和效率。

参考文献

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