電力變壓器局部放電帶電檢測及定位方法分析

廣東電網有限責任公司湛江供電局 李華軒

伴隨著我國智能電網擁有了更快的發(fā)展速度和更高的發(fā)展質量，其可靠性和安全性得到了社會各界的認可。而電力變壓器是輸變電過程中必須要有的設備之一，如能保證它處于穩(wěn)定的狀態(tài)，整個電網的穩(wěn)定性就有極大的保障。現(xiàn)階段，很多大型電力變壓器習慣于使用油紙復合絕緣，盡管在它的設計之初會被要求必須具備電氣強度和力學性能，但是在實踐過程中，生產制造、裝備運行等環(huán)節(jié)會因為這樣或那樣的偶然因素造成絕緣系統(tǒng)出現(xiàn)問題，最為嚴重的后果是系統(tǒng)設備出現(xiàn)癱瘓。從其主要原因來看，很多時候故障發(fā)生的源頭是因為局部放電，這一原因又被視為絕緣劣化程度的評估手段，所以，定期開展局部放電檢測可實時獲得放電點的具體位置，使得設備現(xiàn)場的運維效率和水平上升到新的層次，設備安全處于穩(wěn)定的狀態(tài)之中。

目前變壓器局部放電現(xiàn)場檢測精度及效果較之以往有了新的突破和進展，國內有關學者更是做了大量的試驗和現(xiàn)場實踐，像是高頻電流法、超聲波法等如雨后春筍般出現(xiàn)。從一些數據材料看，帶電檢測不但具有離線時間與在線監(jiān)測的優(yōu)勢，還有非侵入、便攜性等特征，讓其具有非常廣闊的市場。

1 局部放電帶電檢測技術原理及特征

當前的局部放電檢測技術還是以局部放電進而產生的不同物理現(xiàn)象作為重要抓手，通過物理量來對發(fā)生的現(xiàn)象進行具體表述，最終呈現(xiàn)出局部的放電狀態(tài)。現(xiàn)有的帶電檢測方法分為以下種類：

1.1 高頻（射頻）電流法

高頻電流法是從傳統(tǒng)的脈沖電流法演變而來的，是一種不需直接接觸電的方式。將高頻羅氏線圈取代測量阻抗的地位，并通過在耦合回路中運行，最后得到局部放電產生的陡脈沖電流信號。因為這樣方法信號響應引入測量回路沒有那么大的等效阻抗，同時還能實現(xiàn)穿套于試品接地線或接地扁鐵，體現(xiàn)出了不需要直接接觸電的優(yōu)勢，所以它對于設備正常運行所產生的影響微乎其微。在很多帶電檢測中，開環(huán)式結構的羅氏線圈是使用次數較多、出現(xiàn)頻率較高的檢測方式（圖1）。

圖1 電力變壓器高頻局部放電檢測示意圖

這種方法與標準的脈沖電流法有著很多相同的地方，如果在一切條件都得到滿足后，可適時地進行相位跟蹤測量，將放電幅值及放電次數等建立起緊密的聯(lián)系，并通過PRPS、PRPD等統(tǒng)計分析模式的具體使用，查看測變壓器的設備是否處于安全穩(wěn)定狀態(tài)，知曉絕緣缺陷到底屬于哪一類型。此外，開窗技術對放電相位的頻譜分析有著非常有利的作用，可將時間頻域作為重要的突破口，以實時對照或聯(lián)合分析的方式，找到檢測當中出現(xiàn)的一些異常事件的頻域特征量[1]。

1.2 超高頻法

如果在油紙絕緣內部發(fā)生了局部放電情況，頻率高達GHz的電磁波將會被最大程度地激發(fā)出來，但這一信號在金屬箱體內的衰減速度要比在自由空間里慢很多，但還是可以通過箱體與套管的連接與縫隙之間傳出。這種方法有兩種不同的安裝方式，分為既有內部的內置型傳感器，也有外部的UHF外置傳感器。

使用這一方法檢測到的頻率范圍比較廣，300～3000MHz的局部放電信號其受到了市場上的更多青睞，如在實踐中能科學合理的選帶，那么它發(fā)揮出的價值和作用將更加明顯。此外，外部的UHF外置傳感器瞬態(tài)響應好、線性度高等特征也是其獨有的優(yōu)勢。盡管經過多次的實驗證明脈沖電流參數與超高頻參數基本上是同增或同減的趨勢，但變壓器的內部結構沒有想象中的簡單，這一方法的測量機理與以往的方式有很大區(qū)別，從不同的位置和不同的類型就能發(fā)現(xiàn)他們的缺陷所在，這也為局部放電電磁波強度的提高和傳播路徑優(yōu)化出了一道難題。

1.3 超聲波法

這一方法的可檢測頻率范圍沒有上一種方法大，但20～200kHz的局部放電信號具有不俗的抗干擾能力，實踐中習慣用毫伏（mV）表征信號強度。如果變壓器內的放電量突然變大，那么就可以得到聲壓信號幅值和放電量二者之間有著正相關的關系，這也證明了這一方法可有效判斷出放電量是強還是弱。站在局部放電類型的識別角度看，可對超聲波的到達時間、放電次數等多項內容進行提取計算，客觀具體地指出不同放電類型的具體相位分布特征，同時又能知道對應的頻譜特征。但超聲波信號在變壓器內部的傳播過程讓人捉摸不透，想要進行類型的判斷和定量的分析非常困難，所以經常以一種輔助的身份存在。

2 電力變壓器局部放電帶電定位技術

超聲波檢測定位。想要更好地運用帶電位置定位技術，要更加夯實檢測的基礎。超聲波檢測定位是當前使用次數較多的技術手段之一，通過其脈沖的強度可知曉最終電流互感器的局部放電到底在哪里。所以，當局部放電客觀發(fā)生以后，電力變壓器便不會像以往正常有序的運作。這就要求在核查的過程當中，要確保其他的功能處于安全穩(wěn)定的狀態(tài)，這樣最終部分的排放區(qū)才能得到精準科學的定位。

特高頻檢測定位。電力變壓器的局部出現(xiàn)了較嚴重放電情況，一定要及時地采用特高頻檢測定位技術。這一技術的穿透力非常強，復雜的絕緣板及金屬結構可非常輕松的穿過。同時繞組的方法也可將電磁波的傳輸控制能力提升到新的層次，對于電力變壓器的檢測也會產生一定的影響，所以對于檢測過程中所使用的技術方法一定要慎重。但它對于復雜多變的情況確實有著獨一無二的檢測與觀察優(yōu)勢，如果變壓器內部存在著可預測或不可預測的異常情況，這一技術的穿透效果非常明顯。但其也不是完美無缺的，綜合控制能力還有待提升，盡管有著非常良好的穿透效果，但檢測精準度還有待提高，需通過技術的優(yōu)化和升級將自身的優(yōu)勢進一步擴大，將現(xiàn)有的檢測與定位所消耗的時間進一步縮短，從而具備更強的硬實力。

電氣定位法。是這幾種方法中最為簡單便捷的，只需要對局部放電的過程中所產生的電脈波中的波形信息及信號能量變化建立相應的傳遞函數即可，并通過深入的分析和細致的總結，精準的確定好局部放電過程的帶電空間的具體位置。這種方法將波的延遲功能及相關特性發(fā)揮到淋漓盡致，可通過波的延遲時間，較為貼切地計算出電源的所在范圍和距離電源的具體位置，這樣一來局部放電的帶電點將會浮出水面。而使用到的起始電壓法需以繞組的長度及兩端的定位作為重要基礎和依據，并需緊密結合放電電壓等多個參數，從而以公式推導的方式確定好放電的最終位置。

局部放電檢測定位聯(lián)合方法。可看作是一種大融合、大貫通的方法，對于變壓器中的局部放電復雜性有著獨特的解決方法，可以快速精準地進行帶電檢測，并在定位電力變壓器的過程當中能夠及時知曉局部放電的最新情況，加之技術的高效整合，實現(xiàn)區(qū)域定位的科學化和精準化。此外，電力變壓器的運行環(huán)境會造成一定的干擾和影響，需通過這樣的方法切實增強綜合的判斷能力，以更強的基礎優(yōu)勢對抗更多的環(huán)境干擾。但在這一技術具體應用的過程中，要對最終的整體效果進行相關性和必要性的論述，使得各環(huán)節(jié)的綜合操控能力能夠解決更多的實際問題。

3 局部放電檢測聯(lián)合定位方法

3.1 “特高頻-聲”聯(lián)合檢測

跟傳統(tǒng)“電-聲”檢測方法有著異曲同工之妙，但站在實踐的角度來看，超聲波與特高頻聯(lián)合定位法也會在變壓器內部的傳播時出現(xiàn)細微的誤差問題，而在這時超聲波檢測定位法就可以起到非常大的幫助。如果單獨使用特高頻法，當然也可以對變壓器的放電源進行定位，并通過將其傳感器放到變壓器的充油閥附近，確實可以防止變壓器箱壁的衰減等一系列情況發(fā)生。但在變壓器的周圍充油閥一般都是在3個以內，這樣一來局部放電源的定位范圍要比其他方法更大，要實現(xiàn)更加精確的定位和更小范圍的確定便非常困難。針對上述問題的存在，“特高頻-聲”聯(lián)合檢測給予了有力的解答[2]。

第一步，將多個特高頻傳感器就放在變壓器充油閥近前，通過深入分析個傳感器獲得的特高頻信號幅值，知曉放電源的大體位置；第二步，將兩個超聲波傳感器放在距離放電源較近的換油閥跟前，而這一步則需要使用到超聲探頭，以此作為接受超聲信號和特高頻信號的重要渠道，并通過將放電源的超聲探頭進行一定時間的延長，讓局部放電的定位效果變得更加良好。從上述兩個步驟可以看出，“特高頻-聲”聯(lián)合檢測無疑在現(xiàn)階段是具有更強優(yōu)勢的檢測方法。

除此之外，在多種方法的對比之中，“特高頻-聲”聯(lián)合檢測的定位方法不再受限于具體的變壓器充油閥數量限制，其固有的超聲波信號在傳播路徑上也得到了一定程度的縮減，因此其推廣價值和應用價值是巨大的。

3.2 “特高頻-光”聯(lián)合檢測

通過多方面的對比和研究，普通塑料光纖要比熒光光纖有著更為突出的優(yōu)勢，從圖2能看到普通光纖的具體結構。因為它的自身數值孔徑非常固定，所以接收到的房間光線好基本上來自于上下端部的數值孔徑限制角范圍內，所以采用光測法對于電力變壓器進行放電定位是比較科學的。因為它的孔徑限制角非常小，所以在使用光測法期間只能在小范圍內發(fā)揮出實際的作用，所以還需要有機利用其他方式進行定位的聯(lián)合檢測。

圖2 普通光纖結構

經過深入分析和細致研究后發(fā)現(xiàn)，如果對普通塑料光纖的探頭進行固定，那么在光纖端部接收到的光信號強度與局部放電強度之間會呈現(xiàn)出直接的正相關關系。假如接收到的光信號是比較強的，則證明此時光纖距離放電點的位置非常近。通常情況下，會將數字識別技術和光纖陣列技術結合起來使用，這樣的方法對于電力設備表面的放電檢測更為有利（圖3）。

圖3 基于數字識別技術的放電源定位原理圖

從上述的定位分析方法中可以得出，我國所具備了非常多的帶電測試方法，每一種帶電測試方法都對電力變壓器的局部放電檢測巨大的作用和價值。但是它們的優(yōu)點和缺點以及適用范圍條件非常受限，如果方法使用不當，那么將會對實驗結果造成很大的誤差。所以在實踐中，要因時因勢的考察好變壓器內部的結構，以更加貼切的方法使用，實現(xiàn)快速精準的定位。

與此同時，在進行實驗室的研究過程中，需要對變壓器的局部放電所產生的聲光電等相關現(xiàn)象進行相關的放電方面研究，并以多元化的聯(lián)合定位方法進行放電檢測，從而在創(chuàng)新和創(chuàng)造的過程中實現(xiàn)新的突破和進展。展望未來，電力變壓器的局部測定方法與放電源的定位會朝著實用化和簡潔化等正確的方向發(fā)展，借助于可視化的技術支撐，不管局部放電還是不放電，它的發(fā)生位置都能清晰地展現(xiàn)在我們面前。