變壓器局部放電帶電檢測系統的應用

朱學成，高自偉，盛阿芳，張 健，張洪達，李 童

(1.黑龍江省電力科學研究院，黑龍江 哈爾濱150030;2.哈爾濱第二電業局，黑龍江哈爾濱150016)

0 引言

變壓器是電力系統的重要設備，其運行可靠性直接關系到電力系統的安全與穩定。由于變壓器結構復雜，“超齡”(運行時間超過25 a)變壓器數量普遍增長，局部放電過程產生了多種物理化學現象，其中包括電荷的遷移、高頻電磁輻射、超聲振動及介質分解反應等。因此，可以通過獲得的這些現象，識別變壓器內部是否存在局部放電。目前，局部放電檢測方法很多，但各自都存在一些缺陷，所以，為了彌補這些缺陷，筆者經過調研和對各檢測系統特點的分析，開發了一種新的局部放電帶電檢測系統，即采用脈沖電流法、特高頻法、超聲法對變壓器局部放電應進行綜合帶電檢測，以提高檢測結果準確性。

1 局部放電檢測方法

局部放電是電氣設備絕緣結構中局部區域內的放電現象，電氣絕緣結構中若存在局部的電場較強處或因制造工藝不完善、運行中有機物分解、絕緣受機械力作用而發生開裂等原因，在絕緣中形成缺陷，則在電氣設備運行時絕緣中的這些部位就容易擊穿而發生局部放電。在金屬(或半導體)電極的尖銳邊緣處或具有不同特性的絕緣層間，容易發生局部放電。目前國內外對變壓器局部放電帶電檢測的方法有脈沖電流法、超聲檢測法、特高頻檢測法、光測法、化學檢測法、射頻檢測法、紅外熱像法等。

1.1 脈沖電流法

脈沖電流法是通過檢測阻抗檢測變壓器套管末屏接地線、外殼接地線、鐵芯接地線中局部放電引起的脈沖電流，即測得視在放電量。檢測變壓器局部放電脈沖的電流傳感器通常分為窄帶和寬帶兩種。窄帶傳感器頻寬一般為10 kHz，中心頻率為20～30 kHz，具有靈敏度高、抗干擾能力強等優點，但輸出波形嚴重畸變;寬帶傳感器帶寬為100 kHz，中心頻率為200～400 kHz，具有脈沖分辨率高等優點，但信噪比較低。

當變壓器內部發生局部放電時，放電所產生的脈沖電流將流經繞組、各種屏蔽及鐵心的接地回路，通過檢測這些回路中的脈沖放電電流即可判斷設備內部的放電情況。檢測系統的脈沖電流傳感器采用鉗式結構，能夠直接卡在接地線上，所以無需拆動被測設備的任何部件。

1.2 特高頻檢測法

特高頻檢測法是通過特高頻信號傳感器接收局部放電過程輻射的特高頻電磁波，實現局部放電的檢測。在特高頻范圍(300～3 000 MHz)內提取局部放電產生的電磁波信號，檢測系統受外界干擾影響小，提高變壓器局部放電帶電檢測的可靠性和靈敏度［1－2］。

電力變壓器內部局部放電產生的UHF信號能夠耦合到鐵芯引出地線上，沿此地線傳播到變壓器體外，在地線長度方向存在顯著的幅值相位變化，相距一段距離的兩點間存在傳輸線電位差，測量此傳輸線電位差。對鐵芯引出地線和地線套管進行屏蔽，并與設備金屬外殼相連，構成封閉的屏蔽體能有效抵抗外部空間的電磁干擾。此傳感方法不改變變壓器結構，安裝方便，傳感靈敏，抗電磁干擾能力強，適用于電力變壓器局部放電帶電檢測。測試接線如圖1所示。

圖1 特高頻檢測法測試

1.3 超聲檢測法

超聲檢測法是測量局部放電時產生的超聲波信號。用固定在變壓器油箱壁上的超聲傳感器可以接收到變壓器內部局部放電產生的超聲波，由此來檢測局部放電的大小及位置。通常采用的超聲傳感器是壓電傳感器，選用頻率范圍為70～150 kHz，目的是避開鐵芯的磁噪聲和變壓器的機械振動噪聲。

當發生局部放電時，放電區域分子相互產生劇烈地撞擊，形成一種壓力。放電是由一連串的脈沖形成，所以由放電產生的壓力波應為脈沖式，從而形成局部放電的聲信號。放電超聲探測是通過放置在變壓器箱體外的超聲傳感器，檢測設備內部局部放電產生的超聲振動。信號通過空間介質傳播，不需拆動被測設備的任何部件。檢測過程不會影響設備的正常運行。

2 局部放電現場帶電檢測

局部放電現場帶電檢測系統采用脈沖電流法、特高頻檢測法和超聲檢測法，檢測系統包括便攜式工業計算機、脈沖電流傳感器和超聲傳感器。對220 kV變壓器進行了現場局部放電帶電檢測，檢測的具體結果如圖2－圖5所示。

圖2 脈沖電流法檢測時域波形

圖3 脈沖電流法檢測的三維圖譜

圖4 特高頻法檢測時域波形

圖5 特高頻法檢測的三維圖譜

圖2和圖3是脈沖電流法測量的波形和圖譜，沒有明顯的時域特性。圖4和圖5是特高頻法測量的波形和圖譜，具有明顯時域特性，峰值為40～60 mV。從圖2－圖5可以看出，采用脈沖電流法和特高頻法測量沒有發現異常，超聲檢測局部放電量為10～30 pC，沒有發現異常。

3 應用效果

變壓器局部放電帶電檢測與診斷系統自2011年4月在220 kV主變壓器投入使用以來，在使用過程中經受了現場環境的嚴格考驗，獲得了大量有關主變的局部放電檢測數據。到目前為止，該檢測系統已完全進入了實際應用階段。經過近150 d的運行和使用驗證，檢測系統穩定可靠。

［1］張銳，吳旭濤，丁培.750 kV主變壓器超高頻局部放電在線監測［J］.寧夏電力，2010(2):11 －13、70.

［2］歐陽旭東，袁鵬.變壓器超高頻檢測方法的應用［J］.廣東電力，2004(4):34－36.