淺談變壓器局部放電的定位方法

摘 要：電力變壓器在電力系統整體的運行中扮演著重要的角色，其絕緣強度的高低會直接影響電力系統運行時的安全狀態。而引起變壓器絕緣劣化的主要原因之一就是局部放電（簡稱局放）。因此，局部放電定位是變壓器狀態維修的基礎和質量監控的重點項目。

關鍵詞：變壓器；放電；定位方法

1 電氣定位法

局部放電最明顯的特征就是產生電脈沖，電脈沖中包含很多可以研究分析的信息，如信號能量幅值的衰減，波形的畸變和延時等。電氣定位法的原理是根據放電脈沖在絕緣介質中傳播時的參數特性，建立相關的傳遞函數來確定放電源的空間位置。

（1）行波法。

行波法的主要原理是利用波的時延特性來計算放點源與被測點的距離。局部放電在放電時會產生波形，波形傳播開始的瞬間會出現容性分量，需要經過一段時間的時延后，行波分量才到達測量端。根據行波傳播的速度，通過測量行波延遲的時間，就可以計算出所求距離，估計出放電源所在位置。

（2）極性法。

極性法的原理是通過比較變壓器繞組的不同端子上局部放電信號的極性，如對單相變壓器，理論上希望在高、低壓繞組的四個端子測到不同極性的局部放電信號，根據不同的極性信號來確定放電位置。但是極性法僅能識別到局部放電源可能存在于變壓器絕緣的某個區域。要精確地測出放電的位置，必須利用其他方法。

（3）起始電壓法。

假設變壓器繞組上的電壓分布均勻，令繞組長度為L，繞組兩端電位各為UH，UL。

若放電點N離高壓端H的距離為x，放電點電壓為UN，則有：

（UH-UN）/（UN-UL）=x/（1-x）（1.1）

當UN達到起始放電電壓UI時，則有：

（UH-UI）/（UI-UL）=x/（1-x）（1.2）

若已知L，則只要改變繞組兩端的電壓，測出UH1，UH2，UN1，UN2，并將其代入式1.1和1.2即可求出放電位置x。

2 電氣定位法存在的問題

（1）由于變壓器有很復雜的內部結構，因此對于不同的放電點，在局部放電時產生的波在運行過程中可能會發生振蕩，但是測量放電信號不能反映變壓器內部真實狀況，只能在變壓器的測量端點進行，所以誤差相對較大。

（2）部分電氣定位法強烈地依賴于變壓器內電氣結構。

（3）只能對單局部放電源定位，對于多局部放電源定位還有待研究。

3 超聲波定位法

超聲波定位基本方法是當變壓器內絕緣發生局部放電時，較大的能量釋放將激發產生超聲波，并以球面聲波的形式經固、液絕緣和金屬介質向四周傳播。當放電能量較大或放電點距箱壁較近時，安裝在箱壁上的超聲波傳感器可接收到超聲波信號，通常需在箱壁上布置多個超聲波傳感器（4個或4個以上），定位時選擇某傳感器為基準傳感器，以此為基準觸發其余傳感器接收局部放電產生的超聲波信號。兩個傳感器接收聲波的時間差，可用離放電點最近的傳感器的聲信號作為基準信號來觸發其余傳感器的接收測量，并獲取同一局部放電超聲信號傳播到其它傳感器時對應的相對時間τ。聲波傳播時間T乘以聲波速度即為聲波的傳播距離。然后利用簡單的幾何關系，便可得到由若干方程組成的非線性方程組：

-=V0τn，n=1，2，…N

上式中（x，y，z）局部放電源坐標，（xn，yn，zn）是第n個超聲波傳感器坐標，（x0，y0，z0）是基準超聲波傳感器坐標，τn是第n個超聲波傳感器相對基準傳感器的延時，V0是超聲波在變壓器油中的等值波速，N為超聲波傳感器個數。

4 超高頻-超聲波定位法

超高頻-超聲波聯合定位法是澳大利亞的西門子研究機構使用局部放電產生的超聲波和電磁波聯合檢測技術監測變壓器中的局部放電活動。該系統運行的關鍵依據是超聲波和電磁波在變壓器介質中的傳播速度是不一致的，因而可以測量兩種波到達傳感器的時間差，進而確定局部放電的位置。定位系統依賴一個可同時檢測射頻和超聲波的復合傳感器探頭。復合探頭包括超聲波傳感器和射頻傳感器兩部分，其中射頻傳感器由包圍超聲波傳感器的環形銅環組成，銅環與地間形成一個電容，這種容性天線及與其連接的引線電感形成一個諧振電路，感應局部放電引起的電場擾動；超聲波傳感器結果較復雜，傳感器周圍填滿環氧樹脂，后面充滿比例為1：3的環氧樹脂和鎢粉的混合物，具有很低的橫向耦合系數，可有效抵制接收變壓器箱壁變向傳播產生的橫波。

5 陣列傳感器定位法

陣列傳感器定位法是超聲波定位的改進方法，依據超聲波到達超聲傳感器的波程差和相位差來確定放點信號的方位，是一種基于傳感器陣列采集超聲信號的局部放電定位方法。該方法用多個超聲波傳感器構成陣列代替傳統的多個超聲波探頭，通過傳感器陣列對局部放電信號進行多點并行采樣，以檢測傳感器接收到的信號為時間基準，依次計算出平面相控陣傳感器接收到的超聲波信號的傳輸時延以及相差，再根據相控測向的方位角得出放電點的空間幾何位置，實現變壓器內多放電源的定位。

與傳統的超聲定位法相比，陣列定位的信噪比高，而且可以解決多徑傳輸問題，傳統的超聲定位將傳感器安裝在變壓器內部不同位置，導致放電信號通過多個不同路徑到達探頭，探頭接收信號同一性差，導致定位誤差大。除此之外，陣元的數量優勢可以轉化為性能優勢，當個別陣元失效使接收信號存在誤差時，并不影響整體定位結果，因此，陣列定位法檢測可靠性更高。

綜上所述，表1總結了目前變壓器局部放電源定位的方法及特點。

參考文獻

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