電力變壓器局部放電檢測(cè)技術(shù)探討

廣州正航電力工程有限公司 黃向淳

伴隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，對(duì)于電能質(zhì)量提出了更高的要求，要秉持實(shí)時(shí)性在線監(jiān)測(cè)管理原則，發(fā)揮電力變壓器局部放電檢測(cè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)作用，減少安全事故的發(fā)生。

1 電力變壓器局部放電故障表現(xiàn)

1.1 原因

第一，主要是因?yàn)殡娏ψ儔浩鲀?nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)油膜或是氣隙邊緣出現(xiàn)了放電現(xiàn)象，這種情況本身屬于非貫穿性放電問題。在實(shí)際應(yīng)用過程中，充油電氣設(shè)備固體絕緣破壞是造成以上情況的主要原因；第二，電氣設(shè)備電極系統(tǒng)不對(duì)稱，也會(huì)造成絕緣體各個(gè)區(qū)域承受的電場(chǎng)出現(xiàn)不均勻的現(xiàn)象；第三，電力變壓器內(nèi)出現(xiàn)介質(zhì)不均勻的現(xiàn)象，出現(xiàn)了氣體-固體復(fù)合絕緣體系、液體-固體復(fù)合絕緣模式、固體-固體復(fù)合絕緣模式等，這就會(huì)對(duì)介質(zhì)應(yīng)用效能產(chǎn)生影響；第四，絕緣體中若是含有氣泡或其他的雜質(zhì)，就會(huì)對(duì)絕緣體的應(yīng)用效果形成制約作用，使得絕緣性能嚴(yán)重降低，并且產(chǎn)生放電現(xiàn)象。

1.2 具體情況

若是依據(jù)電場(chǎng)分布情況和工作部位的差異性情況進(jìn)行分析，油紙絕緣設(shè)備內(nèi)部局部放電問題會(huì)呈現(xiàn)出逐漸發(fā)展的趨勢(shì)。最關(guān)鍵的是，工作電壓正常狀態(tài)下若是出現(xiàn)放電問題會(huì)維持較長(zhǎng)的一段時(shí)間，且放電初期是低能量放電，在沒有得到有效控制的情況下，局部放電就會(huì)在短時(shí)間內(nèi)形成擊穿的趨勢(shì)[1]。

為了有效對(duì)局部放電因素進(jìn)行分析和控制，就要綜合評(píng)估設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，主要是因?yàn)闅怏w介電常數(shù)較小，但承受的場(chǎng)強(qiáng)系數(shù)較大，固體絕緣材料就會(huì)存在空腔亦或是油中出現(xiàn)氣泡的問題，此時(shí)整個(gè)設(shè)備耐壓強(qiáng)度較低的絕緣材料就會(huì)受到影響，氣隙中出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的放電現(xiàn)象。

2 電力變壓器局部放電檢測(cè)現(xiàn)狀

盡管電力變壓器管理水平在不斷提升，但局部放電檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用效果和實(shí)用性還存在一定的問題，嚴(yán)重影響檢測(cè)工作的質(zhì)量，甚至?xí)?duì)電力變壓器安全運(yùn)行產(chǎn)生影響。

首先，電力變壓器局部放電檢測(cè)工作還存在干擾因素較多、干擾性較大的問題，這就使得檢測(cè)人員無法開展精準(zhǔn)的測(cè)量工作，加之監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性不足，就會(huì)造成電力變壓器局部放電測(cè)試工作無法有序開展，影響設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量[2]；其次，試驗(yàn)容量和設(shè)備依舊存在匹配度不足的問題，在電力系統(tǒng)全面發(fā)展的基礎(chǔ)上，無論是系統(tǒng)容量還是電壓等級(jí)都在提高，但面對(duì)大容量以及高電壓變壓器局部放電檢測(cè)工作，若不能及時(shí)匹配對(duì)應(yīng)容量的試驗(yàn)電源，就會(huì)增加檢測(cè)失誤率，而若是一味增加設(shè)備體積也會(huì)造成監(jiān)測(cè)工作的不便。

3 電力變壓器局部放電檢測(cè)技術(shù)方案

為有效提升電力變壓器應(yīng)用管理質(zhì)量，要結(jié)合變壓器運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)采取合理、規(guī)范的電力變壓器局部放電檢測(cè)技術(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)處理，為電力系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化提供保障。

3.1 脈沖電流檢測(cè)技術(shù)

目前，在電力變壓器局部放電檢測(cè)工作中，脈沖電流檢測(cè)技術(shù)是較為常見的技術(shù)類型，依據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)完成局部放電定量檢測(cè)工作，從而保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。在技術(shù)處理過程中將被測(cè)設(shè)備視為等效電容，內(nèi)部出現(xiàn)局部放電的情況下就會(huì)對(duì)回路進(jìn)行檢測(cè)，然后全面分析脈沖電流信號(hào)。

最關(guān)鍵的是，檢測(cè)阻抗處理機(jī)制能對(duì)脈沖電流予以實(shí)時(shí)性分析，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方波脈沖實(shí)現(xiàn)定位校正，確保能有效評(píng)估局部放電的實(shí)際放電量。值得一提的是，這種處理技術(shù)和研究機(jī)制主要針對(duì)的是1MHz以下測(cè)量頻率，整體檢測(cè)靈敏度較高。然而這種處理方式也容易受到外部電磁影響和干擾，所以多數(shù)都應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境或者是現(xiàn)場(chǎng)離線實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

另外，局部放電過程中其產(chǎn)生的信號(hào)較為微弱，為保證檢測(cè)的準(zhǔn)確性和規(guī)范性，就要對(duì)周圍干擾因素予以實(shí)時(shí)性識(shí)別和控制，尤其是在線檢測(cè)，利用相位窗口、窄帶選頻測(cè)量處理技術(shù)，配合脈沖極性鑒別技術(shù)，就能更好地抑制干擾項(xiàng)，有效維持電力變壓器應(yīng)用質(zhì)量，減少放電問題造成的損失。

3.2 化學(xué)檢測(cè)法

主要是借助油浸式變壓器對(duì)油中氣體予以分析，若是出現(xiàn)局部放電情況，變壓器油就會(huì)隨之產(chǎn)生多種生成物，利用生成物比例或?qū)?yīng)的成分分析，就能更好地了解變壓器油局部放電情況，配合定期抽取變壓器油樣本的方式、配合實(shí)驗(yàn)室色譜儀分析，就能有效了解相關(guān)成分比例，評(píng)估放電現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。需注意的是，利用化學(xué)檢測(cè)法進(jìn)行測(cè)評(píng)過程中，測(cè)評(píng)對(duì)象本身就是變壓器油長(zhǎng)期運(yùn)行積累的結(jié)果，因此無法體現(xiàn)出實(shí)時(shí)性突發(fā)狀態(tài)的情況測(cè)量結(jié)果，所以要在技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)上配合在線監(jiān)測(cè)方案。

3.3 超聲波檢測(cè)技術(shù)

對(duì)電力變壓器局部放電進(jìn)行檢測(cè)的過程中應(yīng)用超聲波予以檢測(cè)，主要借助的設(shè)備是超聲換能器，因?yàn)樽儔浩髟O(shè)備內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，這就使得聲速接觸的聲介質(zhì)干擾也會(huì)存在差異，所以一般是借助超聲波檢測(cè)技術(shù)對(duì)放電電源予以實(shí)時(shí)性定位、開展定性分析，卻無法落實(shí)精細(xì)化的定量檢測(cè)。

值得一提的是，變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜且尺寸大，所以聲波信號(hào)于外殼傳遞過程中會(huì)受到很多因素的影響，包括鐵芯、夾件、線圈等固體絕緣材料，在阻擋的過程中出現(xiàn)衰減，必然會(huì)對(duì)檢測(cè)靈敏度產(chǎn)生影響。而傳感器接觸放電缺陷區(qū)域，檢測(cè)靈敏度較高。如，對(duì)分接開關(guān)接觸不良產(chǎn)生的放電現(xiàn)象、最外層繞組表面放電現(xiàn)象等能落實(shí)較為合理的實(shí)時(shí)性測(cè)量，且結(jié)果較為準(zhǔn)確。一旦測(cè)量點(diǎn)距離缺陷位置較遠(yuǎn)或是結(jié)構(gòu)深處存在局部放電，阻隔和衰減作用并行，就會(huì)使得定位工作無法順利開展。

3.4 數(shù)字化局部放點(diǎn)測(cè)量技術(shù)

在數(shù)字化技術(shù)全面發(fā)展的時(shí)代背景下，電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍也在逐步擴(kuò)大，計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試技術(shù)應(yīng)用在變壓器局部放電分析中能更好地完成信息的收集和匯總，且具體操作流程和傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)方案相匹配，有效實(shí)現(xiàn)測(cè)試局部信號(hào)得以優(yōu)化處理的目標(biāo)，利用放大處理、濾波后轉(zhuǎn)換處理等工序，就能滿足模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量后的應(yīng)用需求，并集中計(jì)入到數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，建立合理且科學(xué)的數(shù)字分析模式，以便于能及時(shí)獲取譜圖和統(tǒng)計(jì)量。

值得一提的是，在分析變壓器局部放電情況的過程中也要按照標(biāo)準(zhǔn)化流程開展具體作業(yè)。首先要進(jìn)行測(cè)量分析并獲取局部圖形，其次要完成特征提取，再次依據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)完成識(shí)別分類工作，最后獲取最終的識(shí)別結(jié)果。

測(cè)量分析。主要是在基礎(chǔ)分析要求指導(dǎo)下建立放電相位、放電量和放電次數(shù)的關(guān)系分析模式，并繪制有效反映放電不同特征的譜圖，最大程度上保證放電不同層面特征都能得到識(shí)別和處理，更好地建立有效信息匯總模式，以便于能全面評(píng)估譜圖的具體情況。

提取特征。主要是借助相應(yīng)的手段將局部放電譜圖中具備的特殊性信息特征均提取出來，有效形成較為合理的表達(dá)形式，這對(duì)進(jìn)行后續(xù)特征識(shí)別和調(diào)取具有重要指導(dǎo)意義。同時(shí)，在提取特征后就要匯總數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性，從而評(píng)估放電全部信息，并將局部放電參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榻y(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，依據(jù)特征數(shù)據(jù)最大程度上維持放電類型識(shí)別工作的準(zhǔn)確性，也能更好地維持檢測(cè)工作的規(guī)范性。另外要在此基礎(chǔ)上完成數(shù)據(jù)庫(kù)的識(shí)別和分析，主要是將獲取的放電數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)，形成相關(guān)聯(lián)信息的數(shù)據(jù)庫(kù)，以便于操作人員能結(jié)合數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性完成歷史數(shù)據(jù)和實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的對(duì)比。如，利用“設(shè)備-問題-數(shù)據(jù)”的樹形分析模式全面匯總關(guān)聯(lián)性數(shù)據(jù)內(nèi)容，保證不同放電缺陷都能歸屬在相應(yīng)的模塊中，最大程度上提高應(yīng)用控制的合理性。

識(shí)別分類。主要是對(duì)局部放電類型進(jìn)行集中的識(shí)別和評(píng)估分析，較為常見的識(shí)別種類包括統(tǒng)計(jì)概率分類分析、距離分類分析、模糊識(shí)別系統(tǒng)等，要借助成型的放電模式輸入系統(tǒng)完成相應(yīng)作業(yè)，匹配有限次的學(xué)習(xí)訓(xùn)練過程，就能在自我調(diào)節(jié)的過程中評(píng)估神經(jīng)元間的權(quán)值結(jié)構(gòu)和參數(shù)關(guān)系，設(shè)定數(shù)據(jù)庫(kù)后，在未知缺陷特征量出現(xiàn)后就能與已知模型進(jìn)行對(duì)比，尋找類似經(jīng)驗(yàn)類信息內(nèi)容和數(shù)據(jù)關(guān)系，最大程度上提高識(shí)別的精準(zhǔn)性。

數(shù)字化測(cè)量分析工作結(jié)束后，檢測(cè)人員和研究人員能獲取更加直觀且準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，并能了解變壓器絕緣系統(tǒng)的現(xiàn)狀，這種數(shù)字化處理模式大大減少了工作人員的工作壓力，有效完成數(shù)據(jù)評(píng)估和故障狀態(tài)分析，從而真正意義上提高檢測(cè)的實(shí)效性水平。

3.5 超高頻檢測(cè)技術(shù)

在變壓器、發(fā)電機(jī)等設(shè)放電檢測(cè)過程中，超高頻檢測(cè)技術(shù)較為常見，其優(yōu)勢(shì)就在于對(duì)外界干擾的抗性較好。其實(shí)際應(yīng)用原理為，對(duì)局部放電進(jìn)行檢測(cè)的過程中，檢測(cè)獲取的信息會(huì)借助超高頻傳感器進(jìn)入信號(hào)調(diào)理單元，配合數(shù)據(jù)采集卡和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的分析，就能有效了解局部放電的情況和對(duì)應(yīng)參數(shù)。

3.5.1 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

相較于其他檢測(cè)手段，超高頻檢測(cè)變壓器局部放電能有效提升檢測(cè)的實(shí)效性和控制水平。

能對(duì)局部放電脈沖能量和頻帶寬予以統(tǒng)籌控制，若是僅考量檢測(cè)元件的熱噪聲對(duì)靈敏度產(chǎn)生的影響，超頻帶寬檢測(cè)的靈敏性更高，能打造更加科學(xué)合理的信息交互管理模式，保證參數(shù)匯總和分析工作都能順利開展；相關(guān)研究表明，超高頻局部放電測(cè)試工作在落實(shí)過程中能有效降低變電站噪聲和空氣中電暈產(chǎn)生的電磁干擾，維持良好的檢測(cè)環(huán)境，有效提升檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和規(guī)范性。同時(shí)借助寬頻處理機(jī)制還能實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理的抑制處理，配合窄頻法完成區(qū)分化管理；超高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)還能對(duì)放電量予以標(biāo)定，并配合實(shí)際應(yīng)用過程了解放電的嚴(yán)重程度，保證檢測(cè)結(jié)果能對(duì)后續(xù)系統(tǒng)控制提供更加直觀的依據(jù)，維持良好的應(yīng)用效果。

3.5.2 具體檢測(cè)內(nèi)容

在變壓器出現(xiàn)局部放電情況下，一般會(huì)在變壓器內(nèi)部出現(xiàn)電流脈沖，尤其是正負(fù)電荷中和的狀態(tài)下電磁波就會(huì)向四周輻射。依據(jù)相關(guān)試驗(yàn)可知，放電間隙的絕緣強(qiáng)度參數(shù)和放電源的具體幾何形狀存在一定的關(guān)聯(lián)性，若是放電時(shí)間較短就證明放電間隙較小，此時(shí)若是出現(xiàn)高頻電磁波，就表示電流脈沖陡度較大。而若是絕緣強(qiáng)度較高則放電過程中擊穿速度快。

相較于傳統(tǒng)的局部放電檢測(cè)技術(shù)，超高頻檢測(cè)處理機(jī)制能夠提升測(cè)量頻帶。一般傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)中心的測(cè)量頻帶低于1MHz 時(shí)，會(huì)與無線電廣播、電力網(wǎng)載波等頻帶出現(xiàn)大范圍的重疊問題，受到外界因素干擾的情況較為常見，無法區(qū)分干擾和放電情況，且不能有效避免干擾問題。在超高頻檢測(cè)技術(shù)UHF 頻段內(nèi)接收局部放電產(chǎn)生的高頻電磁脈沖信號(hào)，就能有效屏蔽干擾問題，且干擾信號(hào)的頻率分量會(huì)在300MHz 以內(nèi)。與此同時(shí)，配合選頻濾波手段也能更好地提升局部放電信號(hào)在線檢測(cè)分析的合理性，減少干擾頻段造成的影響，維持良好的評(píng)估測(cè)試過程。

此外，應(yīng)用UHF 檢測(cè)變壓器局部電信號(hào)靈敏度的過程中，還能借助技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)保證相關(guān)操作的規(guī)范性，及時(shí)減少干擾項(xiàng)的影響，優(yōu)化測(cè)量過程的精準(zhǔn)性，維持整體分析效果。值得一提的是，荷蘭在對(duì)變壓器事故放油閥設(shè)備升級(jí)的過程中直接在設(shè)備上安裝了UHF 傳感器，配合抗干擾較好的UHF窄帶檢測(cè)技術(shù)，能對(duì)40MHz 到80MHz 之間帶寬予以檢查，并能檢測(cè)到50pC 的局部放電信號(hào)[3]。

圖1 變壓器事故放油閥安裝UHF 傳感器實(shí)物圖

4 結(jié)語

電力變壓器局部放電檢測(cè)工作還在全面發(fā)展和進(jìn)步，檢測(cè)技術(shù)還有很大的研究和開發(fā)潛力，為了更好地提升局部放電檢測(cè)結(jié)果，就要結(jié)合實(shí)際情況選取適宜的檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)定性分析和定量分析有效融合的目的，也推進(jìn)在線監(jiān)測(cè)工作的全面發(fā)展，促進(jìn)電力系統(tǒng)可持續(xù)進(jìn)步。