電力變壓器局部放電檢測技術現狀與發展趨勢

程重，石惠承

（嘉興電力局，浙江嘉興314033）

電力變壓器局部放電檢測技術現狀與發展趨勢

程重，石惠承

（嘉興電力局，浙江嘉興314033）

概述電力變壓器局部放電檢測技術現狀，介紹超高頻（UHF）法的測試原理、系統構成、標定方法及測量影響因素，指出UHF檢測將是電力變壓器局部放電檢測的發展方向。

電力變壓器；局部放電；超高頻；檢測

目前，局部放電（簡稱局放）的檢測和評價已成為變壓器絕緣狀況監測的重要手段，檢測方法有脈沖電流法、超聲波法、光測法、化學檢測法等多種。近年來，超高頻檢測（UHF）技術也逐步應用于變壓器局放檢測。與傳統方法相比，UHF技術具有檢測頻率高、抗干擾性強、靈敏度高等優點，更適合局放在線檢測[1]。

1 變壓器局部放電檢測研究現狀[1，2]

1.1 超聲波檢測法

局部放電常伴有聲波釋放，超聲波檢測法是利用傳感器接收局放產生的超聲波，由此確定局放的大小及位置。目前，用于檢測局放的超聲波傳感器抗電磁干擾性能較差，靈敏度也不夠高，從而增加了超聲波檢測的難度。因此，超聲波檢測多用于對局放作定性判斷，并結合電脈沖信號或直接利用超聲波信號對局放進行物理定位。

1.2 光測法

光測法是將局放產生的光輻射經光電轉換后檢測光電流的特性以實現局放的識別。但光測法的設備復雜且昂貴、靈敏度低，在實際應用中受到限制。近年來，隨著光纖技術的發展，將光纖技術和聲測法相結合后提出了聲-光測法。該技術利用聲波壓迫使光纖性質改變并導致光纖輸出信號的特性改變，從而測得放電。

1.3 化學檢測法

化學檢測法是一種通過測定絕緣材料分解生成物的組成和濃度來判斷局部放電狀態的方法，目前已廣泛應用于變壓器在線故障診斷。該方法存在檢測準確度不高的缺點，對發現早期潛伏性故障較靈敏，但不能反映突發故障。

1.4 脈沖電流法

脈沖電流法是研究最早、應用最廣泛的檢測方法。它是將變壓器等效成一個電容，局放時其兩端會產生瞬間電壓變化，經耦合電容引至檢測阻抗上可獲得脈沖電流，與局部放電對應，經處理后可獲得變壓器局放參數。其缺點是：當試品電容量較大時，受耦合阻抗的限制，靈敏度降低；檢測頻率低于1 MHz，包含信息量少；離線狀態靈敏度較高，但現場檢測易受外界干擾影響。

1.5 射頻檢測法

利用羅可夫斯基線圈從變壓器中性點處測取信號，但無法分辨三相變壓器局放所處相別，且信號易受外界干擾。隨著數字濾波技術的發展，射頻法在局放檢測中已得到較廣泛的應用。

1.6 超高頻檢測法

超高頻檢測法即UHF技術是近年來發展迅速的局放檢測技術，它通過傳感器獲取變壓器局放超高頻（300～3 000 MHz）信號，實現對局放的檢測和定位。

2 變壓器局部放電超高頻檢測法

2.1 UHF檢測原理

變壓器發生局部放電時必將發生正負電荷中和，伴隨著陡電流脈沖，并向周圍輻射電磁波[1]。研究結果表明[3]：局放輻射電磁波的頻譜特性與局放源的幾何形狀以及放電間隙的絕緣強度有關。變壓器油-隔板結構的絕緣強度較高，局放能夠輻射很高頻率的電磁波，且放電脈沖上升沿基本為1～2 ns，因此，其發射的電磁波中的超高頻分量相當豐富，可用電容傳感器或超高頻天線來接收[4]。

目前常用的脈沖電流法的檢測頻率不超過1 MHz，而UHF可檢測300～3 000 MHz的電磁波。另外，UHF傳感器所起作用也并非電容耦合，而是作為接收超高頻信號的天線。

2.2 超高頻局放在線監測系統的構成

變壓器局放UHF在線監測系統主要包括超高頻傳感器、信號傳輸電纜、信號調理單元、數據采集卡、便攜式工控機和相關控制單元。變壓器內部局放產生的電磁波被UHF傳感器接收后轉換為電壓信號，經同軸電纜傳輸至信號調理單元，調理后送入數據采集卡進行采集、存儲等處理。其系統結構如圖1所示。

2.3 標定方法與故障診斷判據的研究

目前，有關UHF標定的研究主要集中在3個方面：檢測結果標定、系統靈敏度標定和UHF傳感器標定。

2.3.1 檢測結果標定

UHF檢測結果標定主要是與傳統方法（IEC 60270法）的結果進行校核，試圖在UHF測量結果與局部放電量之間建立聯系。有學者[5]嘗試以GIS為對象，首先根據GIS局放圖形識別缺陷類型，然后根據靈敏度曲線（UHF法和IEC 60270標準方法同時測量得到）來標定每一類缺陷的視在放電量。然而，這種校核方法需注意不同缺陷需對應不同的靈敏度曲線[6]。此外，王國利等人研制了變壓器局放超高頻校正裝置，探討了放電脈沖幅值與接收天線耦合信號幅值之間的量化關系[7]。結果表明，信號值與放電脈沖幅值成線性關系，在一定范圍內，放電方位的變化對耦合信號的影響并不明顯。該研究有一定的參考意義，但如何將其應用于現場校正還有待研究。

2.3.2 UHF靈敏度標定

由于UHF傳感器測得信號的幅值取決于諸多因素，因而不能確定總的傳遞函數[8]，類似于IEC 60270的靈敏度校核方法對UHF并不適用。國際大電網會議建議采用兩步驟的靈敏度校核方法[9]，如圖2所示。

第1步，在實驗室試驗確定發射超高頻信號的人工脈沖參數（上升時間、半峰值時間、脈沖幅值等）。加壓使傳感器C1處的真實缺陷發生局部放電（放電量約5 pC），在C2處用UHF法檢測該缺陷放電產生的超高頻信號A，見圖2（a）。然后在C1處注入幅值可調的脈沖，在C2處得到超高頻信號B，見圖2（b）。調節注入脈沖的幅值，使信號B與A的偏差在±20%以內[9]。

第2步，在GIS設備相鄰的傳感器之間進行現場試驗。將實驗室得到的人工脈沖注入其中一處，如能在另一處測得上述超高頻信號，則認為UHF檢測靈敏度為某一水平[9]（CIGRE標準建議5 pC）。目前，國外已用該方法對GIS進行靈敏度標定，用于變壓器的嘗試也已取得一定成果[10]。

2.3.3 UHF傳感器標定

UHF傳感器的標定是對超高頻信號檢測傳感器本身的校準。有研究者[11]提出用一種平行板TEM傳輸線標定方法對GIS中UHF傳感器進行評價，TEM傳輸線產生類似于GIS中傳感器受到的電場，通過定義標準的測試條件，對不同的傳感器進行比較。而變壓器UHF傳感器標定研究還沒有相關報道。

2.3.4 缺陷類型識別

識別局放類型可采用放電指紋放電譜圖分析法。目前，對繞組絕緣油間隙放電、繞組端部油隙放電及紙板沿面閃絡放電等產生的超高頻信號進行研究，發現了一些新現象，將有助于判斷局放危害的程度[14]。另外，通過對變壓器實施長期局放在線監測，可積累有關故障診斷的經驗。

2.4 超高頻檢測的影響因素分析

2.4.1 傳感器安裝位置

傳感器放置位置對UHF法檢測靈敏度的影響很大。若將傳感器放在變壓器內部，不僅可以提高檢測靈敏度，還能減少變壓器的外部干擾。據文獻[12-15]介紹，將寬帶阿基米德平面螺旋天線插入油閥中，天線面與油箱內壁處于同一平面，電磁波到達傳感器時衰減較少，同時波導結構有利于電磁波的無損傳輸，從而提高了UHF檢測靈敏度。其安裝原理如圖3所示。

2.4.2 變壓器油

由于變壓器油和空氣的相對介電常數差別較大，油中電磁波的傳播速度變小，使得相同頻率的電磁波由長變短，從而改變了天線的諧振頻率。

2.4.3 球形放油閥

球形放油閥可近似認為是一個空心的金屬圓柱，具有一定的電磁屏蔽效果，天線安裝于此會影響其接收性能。

3 結語

超聲波檢測法、光測法和化學檢測法等非電檢測法均具有抗干擾性好等優點，因而在局放檢測中將會進一步發展。脈沖電流法雖然測量頻率低、頻帶窄，但其所得數據具有可比性，目前仍不可替代。射頻法能檢測遠高于傳統測量頻率的局放信號，可消除干擾的影響，從而實現局放信號的精確提取。

UHF法具有測量頻帶寬、抗干擾能力強等優點，并且滿足變壓器局部放電在線監測的要求，因此將成為變壓器局放在線檢測的主流技術。

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（本文編輯：龔皓）

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Current Situation and Development Trend of Partial Discharge Detection Technologies for Transformers

CHENG Zhong，SHI Hui-cheng
（Jiaxing Electric Power Bureau，Jiaxing Zhejiang 314033，China）

This paper introduces the current situation of Partial Discharge（PD）detection technologies for transformers.The measuring principles，system composition，calibration methods，influence factors in measurement of Ultra High Frequency（UHF）method are described.Moreover，it points out that UHF will be the development trend of PD detection for transformers.

transformer；partial discharge；ultra high frequency；detection

TM855+.1

：B

：1007-1881（2012）04-0032-04

2011-12-16

程重（1975-），男，浙江嘉興人，高級技師，從事高壓電力設備電氣試驗工作。