变压器局部放电产生原因及检测技术探讨

变压器局部放电产生原因及 检 测技术 探讨

林志鹏

广东电网有限责任 公司汕头供电局 广东汕头 515041

摘要：本文主要对变压器局部放电产生原因及检测技术进行了论述，并结合实例进行了应用探讨，以供同仁参考。

关键词：变压器局部放电；产生原因；检测技术；检测实例

一、前言

变压设施是电气系统运行的一个关键核心设备，是一切电气设施运行的基础保障，其运行是否平稳直接关系到人们的生活质量。如果变压设施损坏或者运行不好，必将对整个电气供应系统的输送能力产生极大的影响，降低其传输效能，

更有甚者对人的生命安全造成威胁，给人民的生产生活带来重大的损失。而在变电系统中，变压器局部放电是重要的故障原因之一，针对这一现象，本文主要对变压器局部放电产生原因及检测技术进行了论述，并结合实例进行了应用探讨，以供同仁参考。

2. 变压器局部放电产生原因

1. ）变压器内的电极不对称。在进行变压器生产时，变压器内部的一些金属构建存在凸出以及尖角问题，在实际工作过程中，会导致电荷异常聚集，发生电场混乱，进而会造成放电现象。

2. 电流不通畅。变压器与接地部件之间的电流传递存在阻碍，这种阻碍有可能是因为裂缝，也有可能是因为焊接，这些问题也会导致放电现象。

3. 绝缘体内部不均匀。绝缘体根据材质不同有气体、液体还有固体三种，由于液体和固体需要的击穿场很强，一般民用电力达不到此标准，因此一般发生局部放电现象主要是出现在气体介质当中。

（4）内部出现杂质。在运行过程或者后期维护工作中未做好防护措施，导致内部出现杂质，这些杂质可能是灰尘、金属末还有纸片等，在强大电场影响下，会成为电导体，进而引发局部放电。

三、变压器局部放电检测方法

（1）电测法。在变压器局部放电电测方面的检验方法，主要有三种：一、气象色谱检测方法；二、超声波检测方法；三、红外热像检测方法。为了满足人们的用电需求，下面就这三方面进行具体的分析：1）气象色谱检测方法。这种检测方法的应用原理为：当电力变压器的某个位置产生局部放电现象时，电压器本身的绝缘材料会被该现象分解，并产生一些气体。通过对所产生气体含量以及成分的确定，可以将电力变压器的局部故障问题确定出来并得出相应的处理措施。当局部放电现象产生之后，电力变压器绝缘材料产生的气体主要是乙炔和氢气。气相色谱法可以通过对这两种气体的检测实现对变压器存在问题的确定。相对于其他检测方法而言，气相色谱法的劣势表现在以下几方面：①气相色谱法对绝缘材料变化产生的所有气体都具有较强的敏感性，因此，运用这种检测方法进行检测可以获得的检测精度相对较低。②该方法对变压器绝缘材料变化产生气体的分析需要花费较长的时间，因此这种方法只能将电力变压器的早期潜伏性故障判断出来，而无法对变压器的突发故障进行判断。2）超声波检测方法。超声波检测方法的检测原理是在变压器的油箱壁的位置上设置超声传感器。通过利用超声传感器接受变压器使用过程产生的局部电流，进而将电力变压器的局部放电位置和放电大小确定出来。这种检测方法的应用劣势在于：电力变压器本身的绝缘结构相对复杂，不同声介质会对声速及声波产生不同的影响，且超声波传感器抗电磁干扰能力相对较差，这种检测方法的灵敏度相对较低。除此之外，这种检测方法的应用优势在于，其能够将电力变压器的局部放电位置较为准确地判断出来，且抗电气干扰能力较好。3）红外热像检测方法。这种检测方法的应用原理为：当电力变压器出现局部放电现象时，产生该现象位置的温度会发生变化。因此，红外热像法是通过对变压器内部局部放电位置表面温度升高变化的监测，实现对该现象引发电能量变换的了解。与其他检测方法相比，红外热像法的优势在于可以实现变压器局部放电检测的量化，但该方法的应用难度相对较高。

（2）非电测法。在变压器局部放电的非电测方面，主要分为超高频检测方法和超高频检测方法两种。1）超高频检测方法。这种检测方法的检测原理为，当电力变压器产生局部放电现象时，在正负电荷进行中和的同时，还会产生一个陡的电流脉冲，该脉冲会向变压器的其他位置辐射电磁波。超高频检测方法是基于该现象是否产生高频电磁波辐射实现检测目的的。这种检测方法对变压器所产生超高频电磁波信号的检测范围为300~3000MHz，而通常情况下，电力变压器所处位置存在的现场干扰频率低于400MHz，因此这种检测方法具有良好的抗电磁干扰特性。2）脉冲电流检测方法。脉冲电流检测方法的原理是当变压器局部发生放电时，相应的位置出有脉冲电流出现。也就是说，利用这个装置测出变压器的铁心接地线和外壳接地线等的脉冲电流，并结合数字化信号处理系统的应用实现对变压器局部放电的信息进行判定。这种检测方法的优势在于，其离线检测的灵敏度相对较高。
（3）局部放电的新型技术。1）差动平衡法。这种方法主要对于差动平衡展开研究，以此获得全新的方法。为了能够有效克服电磁波造成的负面影响，实际工作时通常从两方面入手进行处理。其一是从空间层面出发将其完全屏蔽，亦或者直接接地。其二则是从时域入手。然而，经常很难才有效措施对于电晕以及电弧放电予以抑制。基于这一情况，相关人员展开了研究工作，以此提出了差动平衡的方法。依靠电脉冲，对于局部位置的放电展开判断。从当前结果而言，如果有局部放电出现，尽管脉冲信号可以对两相进行耦合。然而，由于电容相对偏低，因此会导致实际信号会缩减6倍左右。通过多次实验可以得知，这些方法获得的信息资料基本上全都是综合信息，但却无法对于相序进行判断。2）超高频检测。

超高频检测目前属于检测领域中出现的新型方案，通常又称作成UFH。这种方法主要将天线当作传感器，以此对局部放电过程中出现的电磁波进行接受，以此完成检测工作。通常而言，其能够对于一些高频段的电磁波展开检测，并且不会受到其他电气带来的负面干扰。由于超高频检测方式具有多方面优点，因此得到了人们普遍的支持，应用率越来越高。然而，该技术并非没有缺陷。由于其具体测量的原理和脉冲法具有很大的差别，因此无法对放电量进行标定，这种操作方式十分特殊，与工作人员自身的习惯有着较大差异，因此具有较强的挑战性。3）分形理论。为了能够对于电气设备局部放电的问题进行检测，“指纹”检测也是一种效果极佳的方式。依靠放电量、电压相位以及局放次数的调查，以此绘制全新的频谱图。将其与其他谱图展开对比，从而能够得知是否有放电情况出现。这种方法的操作十分简便，从而提高了识别工作的可靠性。但是，这种方式的操作难度偏高，通常具有比较大的工作量。主要体现在特征提取方面，为了保证结果的准确性，通常至少会选择十几种，有时甚至还会达到上百种。为此，可以采取分形理论的方式降低检测工作需要应用的特征数量，进而提升操作的便利性。

四、变压器局部放电检测应用实例分析

某变电站220kV变压器在2013年11月安装投运，型号:SZ10－150000/220，额定容量150MVA。2020年3月14日上午，电气点检人员对变电站变压器进行局部放电检测，采用超声波检测采集数据，在检测中发现C相高压侧和中压侧套管下方附近超声波信号异常，超声波检测发现异常后，电气点检人员随即与维护人员进行多次检测和分析，排除信号干扰情况，初步判定该变电站主变压器内部有放电现象。3月14日下午17时28分该变压器本体发轻瓦斯动作信号，值班电调立即组织运维及检修人员到现场对瓦斯继电器进行检查，未发现异常。

（1）原因分析。结合超声波检测分析和轻瓦斯故障，实验人员分别进行了变压器油色谱分析和常规实验，以确定其内部是否存在问题。1)变压器油色谱分析方法变压器轻瓦斯报警后，电气试验人员14日、15日人工采集变压器油进行色谱分析，经过两次油色谱分析，根据主变油色谱分析中各项指标含量迅速升高，结合三比值法(五种气体的三种比值)，用H2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6特征气体的三对比值进行故障性质判断，得出初步结论:变压器内存在电弧放电。2)变压器试验确定变压器内部存在故障后，于3月17日对变压器进行停电做常规试验，对直流电阻、变比试验、套管和绕组介质损耗、绝缘电阻试验、泄漏电流、绕组变形六个实验项目进行了检测，检测结果均合格。结合变压器超声波检测分析、油的色谱分析及常规实验，判断该主变内部存在放电现象。

（2）检测处理情况。3月18日，检修人员对变压器本体进行了放油，直至放空，打开人孔盖板及高压B相、C相的手孔盖板，进入变压器内部，重点对高压B相、C相的内部连线及开关连线表面、连接位置以及各部位的绝缘进行检查，结果发现C相围屏存在严重烧蚀，判断为围屏爬电。

（3）后期整改措施。在确保变压器制造质量，在变压器出厂前做好跟踪监控工作，尤其是监控制造关键节点和关键试验的全程跟踪，确保变压器制造过程无缺陷。进一步做好变压器的带电检测和在线检测工作，通过不停电的状态检测，及时了解变压器运行状况，防患未然。变压器停电试验时，要精确试验，并做好试验数据分析工作，及时发现异常数据和不合格数据，从而便于进一步处理。

五、结语
  综上所述，局部放电现象是影响变压器正常运转的主要干扰因素之一，确保局部放电的有效控制是实现变压器长期有效运转的必要前提。而电力变压器局部放电的检测方法有多种，包括高频电流法、超高频检测法、超声波检测法以及光学检测法，超声波检测法是一种新型的检测思路，其操纵原理和方法都比较简单，且使用范围较广，结果也比较准确，但是由于变压器内部结构复杂，导致超声波传播过程也变得比较复杂，鉴于此，针对变压器的实际运行特性和所处环境，操作人员应当对各类局部放电检测工艺进行充分的分析和研究，针对变压器运行实际情况选择适合的检测工艺，从而实现对局部放电故障的有效检测，为开展有针对性的治理提供有力保障。
        

参考文献
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