變壓器局部放電檢測技術分析

習騰之

（山西省晉城乾泰安全技術有限責任公司，河北 行唐 048000）

1 概況

電力變壓器一般均存在局部放電現象，但這種局部放電現象很難通過絕緣試驗來發現，而且采取一分鐘交流耐壓試驗還會對變壓器絕緣產生一定的損傷，從而對變壓器日后運行的性能產生影響。

局部放電在放電過程中產生的能量比較小，在短期內并不會對變壓器的絕緣強度產生明顯的影響[1]。但變電器在運行電壓下如果持續產生局部放電，其絕緣材料的介電性會不斷下降，導致材料缺陷不斷擴大，最終將導致整個絕緣失效而破裂。

2 變壓器局部放電的檢測技術及定位技術

變壓器局部放電是普遍存在的一個問題，并且變壓器局部放電會對變壓器絕緣造成嚴重的損壞，從而導致變壓器內部出現短路，甚至引發較大的安全事故。因此，針對變壓器局部放電應該采取有效的檢測技術方法和定位技術方法，將變壓器局部放電問題進行準確的檢測和定位，從而及時對其進行處理解決，以保證電網運行的安全性和穩定性。從當前變壓器局部放電所應用的檢測技術來看，主要包括如下主流檢測技術：

2.1 超高頻檢測法

這種檢測方式是通過在局部放電過程中產生的UHF 電磁波來實現探測，因此可以判斷出局部放電的位置，同時具有抗干擾能力。該方法需將超高頻傳感器提前布置于變壓器外殼處，當發生局部放電時，傳感器即可實時采集該電磁信號并通過同軸電纜實時上傳，實現對局部放電的監測。局部放電是一種電荷中和的過程，它會產生一種電流，并將電磁信號輻射到四周，如圖1 所示。

圖1 超高頻檢測系統結構

2.2 超聲波檢測法

變壓器在運行時出現局部放電的情況下，也會釋放出超聲波，并且還會向附近擴散。依據該特點，可以在變壓器外部提前安裝專門接收超聲波的傳感器對超聲波進行實時監測。當變壓器發生局部放電時，超聲波傳感器可將該超聲波信號進行采集并轉化為上位機可識別的電信號，從而實現對局部放電的檢測。因超聲波傳播過程中會不斷的衰減，要求通過該法對局部放電進行檢測時，通常選擇超聲波衰減程度最小的超聲波當做檢測對象，曲折傳播如圖2 所示。

圖2 超聲波直接和曲折兩種傳播方式的傳播途徑

從圖2 中可知，S 為局部放電源，SA 屬于直接傳播途徑，SBA 屬于曲折傳播途徑。超聲波檢測法的原理及實際操作均比較簡單，在各電壓等級中均可適用，并且得出的檢測結果也較為精確，在實際電力變壓器局部放電檢測中已得到推廣應用。

2.3 光檢測法

當變壓器發生局部放電時，會產生一種光輻射，因此可將光傳感器提前布置于變壓器上對光照射量進行實時監測。當變壓器發生局部放電時，光傳感器將采集該輻射信號并利用光放大器將其轉換為電能，獲得了光的電流，并進行了性能的分析，達到了對變壓器的局部放電探測。現階段，光檢測法在局部放電光脈沖檢測、光譜分析、絕緣老化檢測以及電磁波傳播特性等方面均得到了廣泛應用，并且獲得了非常好的效果。但因光電倍增管在陽光下無法長期暴露，所以這種檢測法在變壓器局部放電檢測中無法直接應用，必須將傳感器嵌入設備之中方可使用。

2.4 脈沖檢測法

這種檢測方法主要是對局部放電的阻抗、變壓器、外殼的接地線等出現局部放電的情況下所形成的脈沖電流進行檢測，從而獲取局部放電的放電量。提前將脈沖電流采集儀安裝在變壓器外殼接地處，當發生局部放電時傳感器即可對該信號進行采集，實現局部放電實時監測。這種檢測方法具有非常高的檢測靈敏度，同時具備非常強的抗干擾能力，還具有較高的脈沖分辨率，但這種檢測方法信息量比較少，檢測頻率也相對較低。

2.5 化學檢測法

這種檢測方法也稱為氣相色譜法。該方法一般是對變壓器局部放電過程中各種絕緣物質進行分解時形成的生成物進行檢測，主要是對生成物中包含的成分以及濃度來進行檢測分析，從而對變壓器出現的故障特征進行判斷。例如，判斷變壓器是出現過熱還是局部放電。該方法需將氣體傳感器提前布置于變壓器油箱中，當發生局部放電時，氣體傳感器即可檢測到局部放電所產生的CO等氣體，實現對局部放電進行實時監測。這種檢測方法通常應用于變壓器故障類型及程度的檢測，因故障類型及程度存在差異，導致產生的氣體濃度和構成也存在差異，所以通過二者之間的關系能夠構建模式識別系統，從而對變壓器故障實現自動診斷。

3 變壓器局部放電檢測技術的應用案例

3.1 案例簡介

2020 年6 月，某供電公司對其管轄的110 kV變電站所使用的變壓器進行局部放電檢測。本次檢測所用技術為基于超聲波檢測法的電腦超聲波發射檢測系統，具體檢測結果如圖4 所示。2020 年8 月6 日，該公司對220 kV 的某變電站實施檢測過程中發現，經過多次試驗，發現變壓器的檢測結果表明，變壓器的中心部分有明顯的局部放電現象，而且信號很強烈，在接近C 相位的低電壓一側檢測到的局部放電信號強度是最大的。為確保判別的精確度，對變壓器油進行了分析，結果表明，變壓器油的含量也超過了正常值，并對其進行了追蹤，化驗結果顯示變壓器內部出現了局部放電。

3.2 案例分析

該方法采用上述儀器對部分放電進行了超聲探測，經探測發現，在變壓器的中間部位有若干個探測部位存在著較大的局部放電，其中最大的一個特征如圖3 所示。

圖3 局部放電最強信號圖譜

從圖3 中可以觀察到，a 圖中聲脈沖對聲脈沖特征指數之間的相關性比較明顯，峰值集中時的特征指數是1，并且聲脈沖數量也比較多，這種情況下圖像中走勢凸起；而b 圖中，顯示存在較高幅度，并且局部放電在不間斷地發生，這正是存在較高局部放電量；c 圖中顯示的波形也能夠明確表現出局部放電的特性；d 圖中顯示聲脈沖特征指數是1，這說明檢測時已經出現比較明顯的局部放電。以上四幅圖同局部放電嚴重時的特征圖譜相近，因此判定變壓器局部放電比較嚴重，為了對此判斷進一步確認，本次研究對變壓器油色譜化驗數據進行查看，數據結果如表1 所示。

表1 變壓器油色譜化驗數據匯總

從表1 中可以發現，氫氣、總烴等均在注意值之上。為了排除氫含量升高是受絕緣油水分所致，對油樣實施微水試驗和耐壓試驗，經試驗結果顯示微水達到13.48 ug，耐壓達到62.2 kV，這與相關規程要求相符，故將此情況排除。從表1 中還可發現，乙烷、甲烷以及氫氣的含量均比較大，而乙炔的含量則相對比較小，判定變壓器中出現低能量放電。此外，從表1 中還可觀察到各氣體組分均出現顯著增加，并且增幅較高，說明氣體組分含量存在異常情況，說明變壓器存在局部放電。

3.3 結果處理

通過本案例可以了解到，超聲波檢測法能夠對處于運行狀態的變壓器進行實時監測，可及時發現變壓器出現的局部放電問題，能夠為變壓器的安全運行提供保障。在變壓器局部放電檢測中，不僅需要應用超聲檢測法來進行檢測，而且還應該綜合利用各種輔助檢測方法來提升檢測的準確度，從而為電網安全運行提供保障。

4 結語

綜上所述，變壓器局部放電發生的機制比較復雜，必須采取科學有效的檢測技術對變壓器局部放電問題進行及時檢測。這不僅需要相關檢測人員能夠熟練運用變電器局部放電檢測技術，而且還應該使之掌握變壓器局部放電的原理、類型等基礎知識，并了解變壓器局部放電對變壓器以及整個電網造成的危害，從而加強對日常局部放電檢測工作的重視，合理有效地根據實際情況選用合適的檢測技術對變壓器局部放電進行有效檢測，最終保證變壓器乃至整個電網運行的安全與穩定。