電力變壓器局部放電帶電檢測(cè)及定位技術(shù)的思考

侯雪潔

（國(guó)網(wǎng)河南省電力公司衛(wèi)輝市供電公司，河南 衛(wèi)輝 453100）

0 引 言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提升，電力行業(yè)逐漸開始向自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展，智能電網(wǎng)的建設(shè)技術(shù)也逐漸成熟，以更好地保障電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。從現(xiàn)實(shí)情況來(lái)看，電力變壓器局部放電問(wèn)題導(dǎo)致電力設(shè)備時(shí)常出現(xiàn)運(yùn)行故障。造成電力變壓器局部放電的原因比較復(fù)雜，因此有必要通過(guò)有效應(yīng)用帶電檢測(cè)及定位技術(shù)對(duì)這一課題進(jìn)行研究。

1 電力變壓器局部放電帶電檢測(cè)技術(shù)分析

1.1 高頻電流檢測(cè)法

高頻電流檢測(cè)法是一種先進(jìn)的帶電檢測(cè)技術(shù)。該技術(shù)與傳統(tǒng)脈沖電流法的原理相似，均為非電接觸式檢測(cè)方法。在利用高頻電流檢測(cè)法進(jìn)行局部放電檢測(cè)時(shí)，有效應(yīng)用高頻羅氏線圈，發(fā)揮其測(cè)量阻抗的作用，然后獲取耦合電路中的陡脈沖電流信號(hào)，最終得到準(zhǔn)確的局部放電結(jié)果。高頻電流檢測(cè)法的最大優(yōu)勢(shì)是等效阻抗小，可直接應(yīng)用在接地扁鐵或者試品接地線上，從而維護(hù)其他設(shè)備的正常運(yùn)行，避免帶電檢測(cè)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行造成其他不良影響。例如，在現(xiàn)實(shí)檢測(cè)過(guò)程中，高頻電流傳感器能夠接收到局部放電源發(fā)出的信號(hào)，并且通過(guò)帶電監(jiān)測(cè)儀器顯示出來(lái)，具體流程如圖1所示。

圖1 高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)原理

1.2 超高頻檢測(cè)法

當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生局部放電現(xiàn)象時(shí)，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生一種高頻率電磁波。這種電磁波在自然空間中的衰減速度雖然相對(duì)正常，但是在金屬箱中會(huì)變慢，進(jìn)而逐漸從金屬箱的縫隙部位傳播出來(lái)。這種情況下，只要對(duì)這種電磁波進(jìn)行帶電檢測(cè)，就可以判斷電力變壓器是否存在局部放電情況，并且有效診斷電力變壓器的絕緣狀態(tài)。超高頻檢測(cè)法進(jìn)行帶電檢測(cè)主要是有效利用超高頻傳感器。這種傳感器主要分為兩種類型：一種是可以安裝在設(shè)備內(nèi)部的油閥式UHF傳感器；另一種是可以安裝在設(shè)備外部的外置式UHF傳感器，具體情況如圖2所示。

圖2 超高頻傳感器

例如，在現(xiàn)實(shí)檢測(cè)過(guò)程中，超高頻檢測(cè)法能夠檢測(cè)到300～3 000 MHz范圍內(nèi)的信號(hào)，能夠在這一頻率范圍內(nèi)有效避免設(shè)備受檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的干擾，從而提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。超高頻檢測(cè)法的最大優(yōu)勢(shì)是靈敏度高、瞬態(tài)響應(yīng)能力強(qiáng)，可直觀表現(xiàn)出電流的強(qiáng)弱。電力變壓器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，超高頻檢測(cè)法并不能對(duì)不同位置的電流給予有效標(biāo)定，因此在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中存在局限性。

1.3 超聲波檢測(cè)法

電力變壓器之所以產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象，主要原因在于絕緣紙板或者油中氣泡存在縫隙。當(dāng)發(fā)生局部放電現(xiàn)象時(shí)，氣體分子之間會(huì)發(fā)生猛烈撞擊，進(jìn)而產(chǎn)生脈沖機(jī)械聲波。只要對(duì)這一種超聲波給予有效檢測(cè)，就能夠判斷局部放電的具體情況。在利用超聲波檢測(cè)法進(jìn)行帶電檢測(cè)時(shí)，可以對(duì)20～200 kHz范圍內(nèi)的信號(hào)給予檢測(cè)。當(dāng)局部放電量較大時(shí)，超聲波信號(hào)也相應(yīng)較大。因此，超聲波帶電檢測(cè)法能夠有效判斷局部放電量的大小[1]。

1.4 光學(xué)檢測(cè)法

當(dāng)電力變壓器出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象時(shí)，變壓器油中會(huì)伴隨發(fā)熱和發(fā)光等情況。如果檢測(cè)熱輻射信號(hào)或者光輻射信號(hào)，就能夠正確判斷局部放電情況。例如，在現(xiàn)實(shí)檢測(cè)過(guò)程中，光學(xué)檢測(cè)法能夠有效接收紫外線、紅外線、可見光等光信號(hào)，并且將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，從而判斷電力變壓器局部放電的強(qiáng)弱情況。光學(xué)檢測(cè)法存在一定的局限性，主要應(yīng)用于外部檢測(cè)，不能檢測(cè)內(nèi)部關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

1.5 油中氣體溶解檢測(cè)法

電力變壓器局部放電意味著液體絕緣油或者固定絕緣紙板老化，導(dǎo)致大量可溶解在油中的低分子烴類氣體產(chǎn)生，如甲烷、乙烷、乙炔、乙烯、一氧化碳、二氧化碳和氫氣等。如果檢測(cè)油中的成分，即可判斷電子變壓器是否發(fā)生局部放電現(xiàn)象。在利用油中氣體溶解分析檢測(cè)法時(shí)，檢測(cè)結(jié)果不僅不會(huì)受到磁場(chǎng)因素的干擾，還能實(shí)現(xiàn)離線檢測(cè)，應(yīng)用優(yōu)勢(shì)顯著。這種檢測(cè)法對(duì)經(jīng)驗(yàn)判斷有較強(qiáng)依賴性，影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度。

2 電力變壓器局部放電檢測(cè)定位技術(shù)分析

2.1 超聲波定位技術(shù)

超聲波定位技術(shù)主要檢測(cè)電脈沖信號(hào)和超聲波信號(hào)，并判斷二者的時(shí)延，進(jìn)而定位故障位置。在利用這種帶電檢測(cè)定位技術(shù)時(shí)，應(yīng)該合理選擇參考點(diǎn)。參考點(diǎn)是指電子變壓器部位的傳感器，可采集局部放電信號(hào)，并測(cè)量其他傳感器接收到這一信號(hào)的時(shí)延，最后用方程式求解準(zhǔn)確位置[2]。現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，可以假設(shè)傳感器接收到的信號(hào)為i和k，關(guān)系式為：

其中，聲源信號(hào)為s，高斯白噪聲為w，放電信號(hào)i和k之間的傳播時(shí)間為τ，衰減因子為α。

計(jì)算時(shí)可有效應(yīng)用相關(guān)法，主要通過(guò)放電信號(hào)之間的相似性表示相關(guān)函數(shù)，最終求出函數(shù)峰值得到準(zhǔn)確結(jié)論。這是一種經(jīng)典計(jì)算方式，計(jì)算公式為：

2.2 特高頻定位技術(shù)

特高頻定位技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)是抗干擾能力強(qiáng)、定位速度快，因此在現(xiàn)實(shí)中得到了有效應(yīng)用。這種定位技術(shù)的缺陷非常明顯，即穿透能力較弱，且電力變壓器的內(nèi)部構(gòu)成相對(duì)復(fù)雜，因此在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中存在局限性。為了解決這一問(wèn)題，必須對(duì)特高頻定位技術(shù)的影響因素給予有效分析[3]。

當(dāng)電力變壓器發(fā)生局部放電現(xiàn)象時(shí)，電磁波會(huì)從設(shè)備內(nèi)部傳播出來(lái)。在面對(duì)實(shí)體金屬時(shí)，電磁波信號(hào)會(huì)發(fā)生劇烈衰減。為了保障帶電測(cè)量定位的準(zhǔn)確度，必須計(jì)算出不同傳感器之間的時(shí)延，同時(shí)定位計(jì)算局部放電的電源，具體可應(yīng)用復(fù)數(shù)域內(nèi)牛頓迭代算法。在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，可以對(duì)非線性方程進(jìn)行線性化處理，關(guān)系式為：

其中，假設(shè)?是f(x)=0的根，x、y、z、t分別代表復(fù)數(shù)域內(nèi)?的初始近似值。

將一組復(fù)數(shù)作為初始值，即將（x0,y0,z0,t0）這組數(shù)帶入到方程式中進(jìn)行迭代運(yùn)算，將迭代誤差嚴(yán)格控制在ε以內(nèi)，一直到迭代運(yùn)算結(jié)束，局部放電現(xiàn)象就能得到精確定位。

3 電力變壓器局部放電帶電檢測(cè)及定位技術(shù)應(yīng)用分析

為了合理應(yīng)用不同帶電檢測(cè)技術(shù)，對(duì)比分析不同技術(shù)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用情況，提高電力變壓器局部放電帶電檢測(cè)技術(shù)及定位技術(shù)的應(yīng)用水平。具體情況如表1、表2所示。

表1 局部放電帶電檢測(cè)技術(shù)對(duì)比分析

表2 局部放電帶電定位技術(shù)對(duì)比分析

4 結(jié) 論

綜上所述，針對(duì)電力變壓器局部放電帶電檢測(cè)及定位技術(shù)的探究十分必要。為了解決局部放電問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外涌現(xiàn)很多帶電檢測(cè)及定位技術(shù)，各自具有不同的優(yōu)勢(shì)和缺陷，應(yīng)結(jié)合具體情況，發(fā)揮相關(guān)技術(shù)的最大作用。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合使用多種帶電檢測(cè)及定位方法能夠有效提升檢測(cè)定位的準(zhǔn)確度和效率。