特高頻局部放電測(cè)量技術(shù)在變壓器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

何文林，金祖龍

（1.浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州 310014；2.衢州電力局，浙江 衢州 324002）

如果能應(yīng)用局部放電在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)，判斷變壓器的色譜異常是由內(nèi)部放電或者其它干擾因素所導(dǎo)致，并確定放電的部位及危害程度，將有助于準(zhǔn)確判斷設(shè)備的運(yùn)行狀況，避免不必要的停電檢查帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。傳統(tǒng)局部放電檢測(cè)技術(shù)所用的檢測(cè)頻率一般不超過(guò)1MHz，與無(wú)線(xiàn)電廣播、電力載波通訊的頻段重疊，檢測(cè)時(shí)易受到外界干擾，即使綜合采用各種抗干擾措施，也很難保證現(xiàn)場(chǎng)使用效果。近年來(lái)出現(xiàn)的特高頻（UHF）檢測(cè)法，是通過(guò)傳感器檢測(cè)局部放電所產(chǎn)生的特高頻電磁波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)局部放電缺陷的檢測(cè)和定位，具有較好的可靠性和靈敏度。

1 特高頻局部放電測(cè)量的基本原理

特高頻法（UHF法）是通過(guò)特高頻信號(hào)傳感器接收局部放電過(guò)程中輻射的特高頻電磁波，實(shí)現(xiàn)局部放電的檢測(cè)。研究認(rèn)為：當(dāng)變壓器發(fā)生局部放電時(shí)，由于正負(fù)電荷的中和，必將形成一個(gè)陡的電流脈沖，同時(shí)向周?chē)椛潆姶挪ǎ译娏髅}沖和電磁波的特性參數(shù)與局部放電源的幾何形狀以及放電間隙的絕緣強(qiáng)度有關(guān)。變壓器為油—隔板結(jié)構(gòu)，絕緣強(qiáng)度比較高，局部放電能夠輻射頻率很高的電磁波，最高頻率能夠達(dá)到數(shù)吉赫茲。荷蘭KEMA實(shí)驗(yàn)室的Rutgers等人和英國(guó)Strathclyde大學(xué)的Judd等人的研究表明：油中放電上升沿很陡，脈沖寬度多為納秒級(jí)，能激勵(lì)起1 GHz以上的特高頻電磁信號(hào)，可以通過(guò)特高頻傳感器加以耦合接收。在特高頻范圍內(nèi)（300MHz～3000MHz）提取局部放電產(chǎn)生的電磁波信號(hào)，外界干擾信號(hào)幾乎不存在，可以極大地提高變壓器局部放電檢測(cè)（特別是在線(xiàn)檢測(cè)）的可靠性和靈敏度。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，變電站現(xiàn)場(chǎng)噪聲水平通常低于200MHz，UHF檢測(cè)技術(shù)的頻率檢測(cè)范圍一般為300～1500MHz，可最大限度避開(kāi)干擾信號(hào)。特高頻傳感器安置在變壓器箱體內(nèi)，變壓器殼體對(duì)干擾信號(hào)的屏蔽作用明顯，大大提高了檢測(cè)的抗干擾能力。

特高頻檢測(cè)頻段豐富，信號(hào)信息量大，檢測(cè)靈敏度高，在局部放電在線(xiàn)檢測(cè)中具有十分突出的優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)存在放電量難以標(biāo)定等問(wèn)題。利用特高頻傳感器接收到的是由放電輻射的電磁波，只跟電流脈沖的陡度有關(guān)，而視在放電量為脈沖電流的時(shí)間積分，因此單純利用特高頻信號(hào)無(wú)法獲得準(zhǔn)確的視在放電量。但是局部放電信號(hào)特高頻法參量可在一定程度上反映放電現(xiàn)象的嚴(yán)重程度，如果采用在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的手段，通過(guò)特高頻信號(hào)的變化趨勢(shì)可判斷放電活動(dòng)的劇烈程度，因此采用特高頻法仍然具有實(shí)際意義。

2 特高頻局部放電的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

2.1 測(cè)試目的

變壓器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，放電位置具有很大的不確定性，放電所產(chǎn)生的電磁波在傳播過(guò)程中所通過(guò)的介質(zhì)也不相同，而不同介質(zhì)對(duì)電磁波具有不同的阻尼系數(shù)，因而可能產(chǎn)生不同的衰減系數(shù)。不同的變壓器外形、不同的油箱連接方式及不同的特高頻傳感器放置位置對(duì)油箱內(nèi)部的屏蔽效果的影響也各不相同。不同的變壓器放油閥及事故放油閥的安裝位置及幾何尺寸也有差異。可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，驗(yàn)證特高頻檢測(cè)變壓器局部放電的有效性、抗干擾能力、安全性及適應(yīng)性，摸索現(xiàn)場(chǎng)帶電檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試實(shí)例

（1）2009年9月，利用某220kV主變（1號(hào)）現(xiàn)場(chǎng)交接局部放電測(cè)試的機(jī)會(huì)，同時(shí)進(jìn)行特高頻局部放電信號(hào)測(cè)試。局部放電測(cè)試的預(yù)加電壓為1.7 p.u，測(cè)量電壓為1.5 p.u。測(cè)試結(jié)果表明，預(yù)加電壓下的局部放電量為70 pC，測(cè)量電壓下的局部放電量為40 pC，整個(gè)局部放電測(cè)試過(guò)程中無(wú)明顯特高頻信號(hào)。局部放電測(cè)量結(jié)果與特高頻信號(hào)測(cè)試結(jié)果相吻合。特高頻局部放電波形見(jiàn)圖1。

（2）2009年9月，利用某220kV主變（2號(hào)）出廠(chǎng)感應(yīng)耐壓試驗(yàn)的機(jī)會(huì)，進(jìn)行了特高頻局部放電測(cè)試。感應(yīng)耐壓期間無(wú)明顯脈沖電流局部放電信號(hào)，特高頻局部放電信號(hào)也很小，特高頻局部放電波形見(jiàn)圖2。

圖1 220kV1號(hào)主變特高頻局部放電波形

圖2 220kV2號(hào)主變特高頻局部放電波形

3 某220kV主變（3號(hào)）特高頻局部放電現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及分析

某變壓器在2007年7月6日進(jìn)行絕緣油例行色譜分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)C2H2為0.1 μL/L，長(zhǎng)期跟蹤無(wú)明顯變化。2008年11月5日起，記錄油中C2H2與負(fù)荷的關(guān)系，見(jiàn)圖3。至2009年4月6日，油中C2H2為3.36 μL/L，CO和CO2基本不變。

圖3 C2H2與負(fù)荷關(guān)系對(duì)比

由圖3可知，該變壓器負(fù)荷較小時(shí)，C2H2含量基本穩(wěn)定，負(fù)荷較大時(shí)C2H2含量驟增，當(dāng)負(fù)荷降低時(shí)C2H2基本維持不變。

3.1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試步驟

（1）將特高頻傳感器靠近套管升高座位置，接收套管根部局部放電特高頻信號(hào)。

（2）安裝油閥式傳感器，直接接收變壓器內(nèi)部的特高頻信號(hào)。油閥式傳感器可帶電安裝，不影響主變的正常運(yùn)行，安裝方式見(jiàn)圖4。

圖4 油閥式傳感器安裝方式

3.2 測(cè)試結(jié)果

2009年4月2日，對(duì)3號(hào)主變進(jìn)行了特高頻的局部放電測(cè)試和超聲信號(hào)檢測(cè)，試驗(yàn)過(guò)程中主變經(jīng)歷的工況分別為，工況1：主變負(fù)荷51.8 MVA，高壓側(cè)電壓228kV；工況2：主變負(fù)荷49 MVA，高壓側(cè)電壓228kV。

測(cè)試結(jié)果為：套管根部未檢測(cè)到明顯的特高頻局部放電信號(hào)，油閥式特高頻傳感器在工況1檢測(cè)到特高頻局部放電信號(hào)，而工況2未檢測(cè)到明顯的特高頻信號(hào)，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖5-圖7。

3.3 測(cè)試結(jié)果分析

不同負(fù)荷情況下特高頻局部放電信號(hào)的頻譜圖表明，該主變內(nèi)部存在明顯放電，且放電信號(hào)隨著負(fù)荷增加而增大；特高頻局部放電信號(hào)的相位圖及頻譜圖表明，放電類(lèi)型為不穩(wěn)定的懸浮電位放電。

結(jié)合變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、停電電氣試驗(yàn)結(jié)果，依據(jù)特高頻局部放電、超聲局部放電和鐵心高頻電流的測(cè)試結(jié)果，分析該變壓器內(nèi)部存在不穩(wěn)定的放電源，放電部位可能位于主變油箱內(nèi)表面的磁屏蔽上。

圖5 工況1特高頻信號(hào)頻譜圖

圖6 工況2特高頻信號(hào)頻譜圖

圖7 工況1特高頻信號(hào)相位圖

3.4 變壓器解體驗(yàn)證

依據(jù)以上測(cè)試分析，綜合考慮變電站的實(shí)際情況，決定將變壓器返廠(chǎng)作進(jìn)一步檢查處理。

返廠(chǎng)后檢查內(nèi)部結(jié)構(gòu)件，上述部位未發(fā)現(xiàn)明顯異常。拆除變壓器內(nèi)部磁屏蔽，發(fā)現(xiàn)磁屏蔽與油箱之間存在放電痕跡，在變壓器A相側(cè)的高、低壓套管下部，及其他磁屏蔽部位也有不同程度的放電痕跡。

4 結(jié)語(yǔ)

在嚴(yán)格執(zhí)行試驗(yàn)步驟和安全點(diǎn)預(yù)控的基礎(chǔ)上，對(duì)變壓器進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)特高頻局部放電測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明：將特高頻檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到變壓器局部放電檢測(cè)，具有較好的有效性、抗干擾能力、安全性及適應(yīng)性，可以滿(mǎn)足變壓器缺陷分析的需要。通過(guò)特高頻在線(xiàn)檢測(cè)局部放電，可以判斷變壓器色譜異常的原因、內(nèi)部放電的位置和危害程度，有助于準(zhǔn)確判斷設(shè)備的運(yùn)行狀況，避免不必要的停電檢查造成的經(jīng)濟(jì)損失。

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