电力变压器局部放电带电检测与定位技术

电力 变压器局部放电带电检测与定位技术

李淑心 黄军军

国网安徽省电力有限公司检修分公司 安徽 合肥 230061

摘要：通过局部放电试验来衡量变压器内部绝缘结构的安全性，是目前变压器制造厂家应用最广泛的检测方法。由于变压器在工作过程中，内部的电场分布散乱，加上变压器组成结构复杂，在操作和使用过程中，极易造成内部的绝缘材料层间渗入空气和杂质，在经过电荷的长时间累积作用下，就会导致局部放电现象。变压器局部放电绝大多数是在高电压高电场部位产生，可以根据局放观测到的放电图谱、放电的起始电压和熄灭电压、放电量随时间的变化等特征来判别放电性质，利用电气定位法判断产生局部放电的电气位置。

关键词：变压器；局部放电；检测定位

变压器局部放电问题，是变压器质量的核心。随着人们生产和生活对供电可靠性要求不断加大，电力企业对变压器局部放电问题的要求越来越严。虽然随着特高压工程建设以来，我国电气装备质量取得了一定成绩，但依然存在一些问题和不足需要改进。因此，在变电站的日常运行维护时，我们要加大对变压器局部放电问题的研究，积极充分利用各种带电检测技术，及时变压器局部放电故障，最大程度降低变压器的非计划停运和故障跳闸的概率。

1、变压器的局部放电

1.1变压器局部放电原因

对于变压器的生产制造和安装过程，局部放电的产生是难以避免的，主要原因是变压器内部绝缘结构或绝缘材料中总有一些容易击穿的油膜或气隙绝缘介质，其介电常数低于固体介质，所以在电场作用下，往往承受的场强要高于固体介质，而其击穿强度又比固体介质地，所以，当外加电压上升到一定值，就会导致油或空气的局部击穿而产生局部放电。

1.2变压器局部放电类型

绝缘介质的内部放电，变压器内部存在着各种不同介质常数的物质，气态物质的介质常数远小于固态，且与场强排列成反比，当该区域电压增大时，局部越远薄弱点气穴反应较大，产生放电现象；绝缘介质的沿面放电，电场中的某个场强分量平行于介质表面，当其高于耐受场强时，绝缘介质的弯曲处、边沿和四角位置都会发生表面放电；尖端放电，交变电场下，导体曲率半径较小的尖端位置会因为极不均匀的高强度电场产生电晕放电现象。

1.3变压器局部放电的主要危害

变压器局部放电的主要危害是它能够从结构形态上破坏电力变压器的绝缘材料，从而导致绕组绝缘材料的绝缘作用部分缺失或完全缺失。当局部放电的发生范围较广，又没有相应的外在保护措施，就会发生绝缘材质的击穿现象，造成变压器的损坏。

2. 变压器局部放电带电检测技术

局部放电检测的作用主要是通过对变压器进行破坏性试验，检验内部绝缘结构的最大负荷量，在安全标准的有效范围内，施加符合技术要求和安全指标的试验电压，从而实现电力变压器局部放电的技术诊断。

2.1局部放电的光学检测法

将变压器局部放电时产生的光和热经过光电转化，利用光电探测仪检测这些光辐射信号，实现局部识别放电情况。测量原理是当电力变压器的绝缘层被击穿后，放电部位所发出的超声信号就会顺着光路传播，该过程中不发生电荷碰撞，从而避免了电荷的额外流失，再由连接在计算机上的外部光电探测仪把局部放电产生的电信号提取出来，并转化成为数据进行计算，即可得到放电图谱。

2.2局部放电的红外检测法

红外热成像监测法依据的是高压设备在局部放电时某部位的温度反应，基于局部放电点的温度升高，利用红外探测仪的热成像原理实现热点测量。但由于变压器结构和传热过程的复杂性，要利用红外成像方法直接检测位于变压器本体内部的局部放电是十分困难的。目前变压器红外检测针对变压器外部故障，包括导体连接不良、漏磁引起的箱体涡流、冷却装置故障和变压器套管故障等是有效的。

2.3局部放电的超声波检测法

电力变电器内部局部放电时，绝缘油中会产生气泡，电离出的气体分子之间互相碰撞会产生大量超声波信号，并逐渐传递到空气中被变压器外部的超声波传感器检测到。超声波信号的强弱可以反映出局部放电量的大小，且超声波的发射频率可以人为进行控制，这样便可在不影响变压器正常使用的情况下对局部放电区域和具体放电形式进行准确的检测并加以分析。

2.4局部放电的高频电流法

这是传统脉冲电流法的进化版，属于带电却非电接触式检测法，同传统脉冲电流法的原理一样，局部放电时，会利用高频罗氏线圈的测量阻抗作用，以及从耦合回路中获取的脉冲电流信号，能够在不影响设备运行的情况下得到准确的局部放电检测结果，该检测法的最大优势是等效阻抗小，对电力系统运行无不良影响。

2.5局部放电的超高频检测法

针对油纸绝缘内部的局部放电问题，由于局部放电会生成高频电磁波，电磁波在变压器内部金属元件中穿透力会逐渐衰减，一般可从变压器设备间缝隙处传递出来的电磁波判断局部放电位置，但超高频对局部放电区域的穿透力更强，可检测到信号在绝缘区域的不同穿透程度，并获得超高频检测图谱，据此可以判断出放电形式，并判断绝缘体部分的功能是否正常。

2.6油中溶解气体检测法

油中溶解气体检测法操作简单，成本较低，抗干扰性强，检测原理是由于500kV变压器的绝缘部位老化，性能衰退，在局部放电时绝缘材料会生成可以溶解在油中的气体，而通过一定检测设备吸收、检测、分析出其中的各种气体类型和含量、比例，从而判断出是否发生的放电现象。

3、电力变压器局部放电定位技术

3.1电气定位法

对局部放电过程中产生的电脉冲在绝缘介质中传播时的波形、信号能量的变化等信息建立相关的传递函数来进行分析研究，从而定位局部放电空间位置。主要有行波法，利用波的时延特性，根据行波延迟时间计算出距离，找出局部放电的点位；极性法，检测变压器绕组不同端子上的局部放电信号的极性，找到局部放电源可能存在区域；起始电压法，根据绕组长度、绕组两端电位、放电点电压为、起始放电电压等，依据一定的公式计算出放电位置。

3.2超声波定位法

超声波信号和电脉冲信号间会有延时反应，在变压器的某处设置参考传感器，放电信号在此传感器和其他处的传感器间传递会有一个时差，将此时差代入双曲面法计算公式中可得出大致的放电位置，在此过程中必须要特别注意时间差、算法和等值声速对定位结果准确性的影响，可采用声速变量、增加探头的方式逐渐缩小放电位置并最终精确定位。

3.3超高频定位法

超高频电磁信号抗干扰性较强，因而可以根据局部放电时产生的产生超高频电磁信号迅速确定局部放电位置，但是变压器时有多种电子配件和元件组成，大部分都为金属结构，这会影响超高频电磁信号的穿透效果，因而超高频电磁信号会根据电子变压器内部金属构造产生一定的几何绕射轨迹，对局部放电位置准确定位。

3.4阵列传感器定位法

为了提高定位精确度在超声波定位法上改进而得，根据波程差、信号接收时间来推演出放电点的空间几何位置，性价比高，应用效果更好。由于传感器形成一个阵列，有很大的数量优势，可以解决多径传输问题，由于可以多点采样，这样即便某一个传感器失灵或接收信号有误，对整体定位结果影响也较小，并可同时实现多点定位。

4、结束语

局部放电检测的最终目的是实现对电力变压器安全性能的更好保障，随着电力行业新技术不断发展，局部放电检测不仅能够给电力变压器的整体性能改进和更新换代提供了充分的数据保证，还能帮助我们找出变压器中局部放电产生的原因，进而提出相应的解决和预防局部放电的相关措施，保障变压器的安全稳定运行。

参考文献

[1]尹克宁.变压器设计原理[M].北京:中国电力出版社，2013(5).

[2]王京保.变压器局部放电带电检测技术及现场应用[J].电气时代，2019，(04):49-51.

[3]路长柏.电力变压器绝缘技术[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2012(12).