電力變壓器局部放電超聲—光纖監測方法研究

曹亮

摘 要：變壓器局部放電現象有可能引發電力事故，給電網安全運行帶來嚴重威脅，深入研究局部放電監測方法對于保證電能的正常輸送具有重要意義。本文綜述了目前關于電力變壓器局部放電在線監測的常用方法，并且針對其中超聲波監測方法的不足之處，闡述了一種超聲-光纖監測方法。該方法利用光纖傳感器接收測量信息，具有較好的抗干擾性和較高的可靠性。

關鍵詞：電力變壓器；局部放電；超聲波監測；光纖傳感器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.124

1 引言

根據我國能源資源分布特點，電力系統向著高電壓、高容量、大規模互聯的趨勢不斷發展，系統規模的不斷擴大對電網元件的可靠運行提出了更高的要求。電力變壓器作為電網中電能傳輸的樞紐器件，其運行可靠性直接決定了電網安全穩定水平，因此保證電力變壓器的正常運行至關重要。但是電力變壓器由眾多復雜部件組成，其中不乏存在一些安全隱患，比如局部放電現象便可能導致變壓器壽命縮短甚至出現燒損[1]。電力變壓器局部放電現象的存在極大影響了其正常運行，開展對電力變壓器局部放電的在線監測工作具有重要意義。

2 局部放電在線監測方法

電力變壓器局部放電在線監測可以通過識別放電時產生的化學、物理及電氣變化來判別。常見的在線監測方法如下：

變壓器油色譜在線監測方法通過鑒別局放產生的故障氣體的組分來判斷變壓器是否發生了局放現象并且判別故障的類型[2]。變壓器油色譜分析方法已經形成了較為完善的油色譜判別標準，并且在實踐中取得了較好效果。但是，由于氣體傳感器容易受干擾，所以故障氣體的準確提取存在很大問題。另外，由于脫氣環節占用時間較長，因此，油色譜分析方法在線實時監測能力相對較弱。

脈沖電流法通過檢測變壓器局部放電時檢測回路中的脈沖電流信息來獲得局放相關信息[3]。脈沖電流法的優點是可以通過定量測定放電量來快速判定變壓器局部放電的嚴重程度，并且具有很高的靈敏度。但是脈沖電流法對脈沖電流的檢測環境相當苛刻，且抗干擾能力差，因此在實際中應用效果較差。

超聲波監測法的基本原理是通過截取故障時產生的超聲波來判斷局放的發生，并且通過不同傳感器接收到超聲波時間的不同來定位放電源[4]。超聲波監測方法屬于一種物理監測方法，具有簡單有效、靈敏度高等優點。缺點為超聲波在電力變壓器內的傳播路徑不能確定，這便可能造成放電源定位不準。另外，超聲波監測方法受環境噪聲、電磁干擾的影響存在精度不夠的缺點。

3 超聲-光纖監測法

超聲波監測方法的主要弊端在于變壓器內部的多路徑問題和受環境噪聲影響嚴重。近年來，一種可安裝在變壓器內部并且不受環境噪聲影響的光纖傳感器的問世給超聲波監測方法注入了新的活力。

3.1 光纖傳感器及其原理

光纖傳感器是一種可以將聲信號轉換為光信號，再轉換為電信號的裝置。光纖傳感器具有穩定的化學性能和良好的絕緣性能并且可以直接安裝在變壓器油內對局部放電超聲波信號進行測量，這樣便有效解決了超聲波信號在變壓器內部傳輸的多路徑問題。因為光纖傳感器將聲信號轉化為了光信號，因此光纖傳感器不受環境噪聲和電磁波干擾的影響。

光纖傳感器根據光敏元件的不同可以分為兩類，一類是功能型光纖傳感器，另一類是非功能型光纖傳感器。

3.2 超聲-光監測法在電力變壓器中的應用

電力變壓器發生局放現象時，放電源如同一個聲源向四周發射超聲波。超聲-光監測方法通過光纖本身或者光敏元件可以將放電源發射的聲信號首先轉換為光信號，再由光敏元件轉換為電信號。通過分析電信號便可以解調出聲信號所包含的信息，從而判別局部放電是否發生并可以根據不同傳感器接收信號的時間差來定位放電源。

超聲-光監測的基本原理可以通過Fabry—Perot光纖傳感器實例來進行具體說明。F-P光纖傳感器示意圖如圖1所示。

F-P光纖傳感器的工作原理：由SLED驅動器發射的光經過隔離器、連接器、光纖到達局放傳感器，并且在局放傳感器的空氣間隙上發生衍射現象。局放傳感器平時放于變壓器油內，用于感知變壓器內聲波信號的變化。變壓器內部發生局部放電時，放電源產生的聲波便以油為介質向四周傳播。利用變壓器油內不同位置的局放傳感器接收聲波信號的時間差可以進行放電源的準確定位。

由上述工作原理可以發現，光纖傳感器不但具有不受電磁干擾影響、靈敏度高的優點，而且由于傳感器直接安置在變壓器油里，還可以避免超聲波多路徑傳輸的弊端，因此超聲-光纖監測方法相比超聲波監測法更加準確。

4 總結

本文首先概括介紹了電力變壓器局部放電監測的幾種方法并且分析了各自的優缺點，然后針對超聲波監測方法的一些不足之處，闡述了一種超聲-光纖監測方法。經過分析發現，該方法可以有效避免超聲波多路徑傳輸問題，并且不受電磁干擾的影響，準確度更高。

參考文獻：

[1]李書，金鑫，戴舒.變壓器局部放電在線監測綜述[J].東北電力技術，2009（08）：37.

[2]張言蒼，張毅剛，徐大可.變壓器局部放電在線監測的現狀與發展[J].繼電器，2004（22）：32.