特高頻局部放電信號(hào)模型測試分析

何文林，劉浩軍，駱賢華，谷小博

（1.浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州 310014；2.浙江省送變電工程公司，杭州 310016）

0 引言

在變壓器絕緣狀態(tài)定期分析時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到色譜分析發(fā)現(xiàn)異常的情況，但因不具備其他更直接的測試手段，無法徹底排除潛油泵故障、分接開關(guān)滲漏、油質(zhì)裂化等因素對(duì)色譜分析結(jié)果的干擾問題，通常難以做出停電進(jìn)行常規(guī)局部放電測試的建議[1-2]。如果能通過在線檢測局部放電手段，在決定是否進(jìn)行停電檢修前，預(yù)先證實(shí)色譜異常是由內(nèi)部放電引起（同時(shí)確定出放電的部位及危害程度），或者是由其他干擾因素引起，則將有助于對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀況作出準(zhǔn)確判斷，避免因不必要的停電檢查所帶來的經(jīng)濟(jì)損失[3]。

國外現(xiàn)已采用特高頻（UHF）法檢測變壓器局部放電信號(hào)[4-5]，英國通過變壓器檢修孔預(yù)先安裝的UHF傳感器，可檢測到20 pC的局部放電信號(hào)。荷蘭KEMA通過變壓器事故放油閥安裝UHF傳感器，也可檢測到50pC的局部放電信號(hào)。

變壓器內(nèi)部局部放電的形式主要有正常絕緣體的小信號(hào)放電、絕緣體氣泡放電、金屬物體的懸浮電位放電和絕緣體表面放電等形式。不同的局部放電形式，對(duì)變壓器安全運(yùn)行將產(chǎn)生不同的危害，直接影響運(yùn)行變壓器何時(shí)需要停電檢修和相應(yīng)的檢修策略。

特高頻局部放電模型測試的目的是通過模型測試，摸索不同放電形式下的特高頻局部放電波形特點(diǎn)，指導(dǎo)變壓器特高頻局部放電測量結(jié)果的分析判斷及放電源的定位。

1 模型簡介

特高頻局部放電測試模型，包括絕緣體氣泡放電模型和金屬物體的懸浮電位放電模型2種。材料采用絕緣透明材料和紫銅,放電模型采用圓柱型結(jié)構(gòu)，圓柱的長度為20 mm，圓柱的直徑分為300 mm和60 mm 2種，特高頻局部放電模型見圖1。

圖1 特高頻局部放電模型

電極形式包括針-板及板-板電極2種。其材料皆為紫銅。針-板（板電極接地）的針電極和板-板電極的接地側(cè)板電極可水平調(diào)節(jié)。

2 測試方法和結(jié)果

特高頻局部放電模型測試的試驗(yàn)電源采用工頻試驗(yàn)電源，試驗(yàn)電源電壓不大于50kV，由電源控制箱、調(diào)壓裝置、升壓試驗(yàn)變壓器及電壓檢測回路組成，整套試驗(yàn)電源應(yīng)滿足無局放試驗(yàn)電源的要求。

特高頻局部放電模型測試由脈沖電流法局部放電測試、特高頻局部放電測試等2部分組成。

（1）利用脈沖電流法局部放電測試及肉眼觀察確定放電是否產(chǎn)生及放電類型。脈沖電流法局部放電測試由無局放標(biāo)準(zhǔn)電容器、檢測阻抗、局放儀及方波發(fā)生器等組成。

（2）在已知的放電類型下，利用特高頻局部放電測試系統(tǒng)，得到該放電類型下特高頻信號(hào)特點(diǎn)。特高頻局部放電測試由特高頻傳感器及檢測儀器組成。

通過模型測試建立了針-板電極及板-板電極情況下金屬物體的懸浮電位放電和氣泡放電模型，4種典型圖譜見圖2-5。

圖2 針－板電極的懸浮放電圖譜

圖3 針－板電極的氣泡放電圖譜

3 不同電極、不同放電類型的特高頻局部放電信號(hào)特征分析

板-板電極的懸浮電位放電信號(hào)為單極性，相位主要集中在90°～135°，頻率范圍較廣，可分布在300～1200MHz的頻率范圍；針-板電極的懸浮電位放電信號(hào)為雙極性，相位可在0°～120°和180°～300°，但2個(gè)相位范圍內(nèi)的幅值差異較大，頻率范圍相對(duì)較窄，主要分布在300～1000MHz的頻率范圍。

圖5 板－板電極的氣泡放電圖譜

板-板電極的氣泡放電信號(hào)，可分布在－20°～120°和 160°～300°的位置上，且－20°～120°范圍內(nèi)的放電信號(hào)相對(duì)較大，頻率范圍較廣，可分布在300～1200MHz的頻率范圍；針-板電極的懸浮電位放電信號(hào)也可分布在－20°～120°和 160°～300°的位置上，但－20°～120°內(nèi)的放電信號(hào)相對(duì)較小，頻率相對(duì)較窄，主要分布在300～1000MHz的頻率范圍，但650～850MHz頻率范圍內(nèi)的信號(hào)幅值較小。

4 特高頻局部放電信號(hào)傳播特性模擬測試結(jié)果分析

特高頻局部放電信號(hào)傳播特征的模擬測試，主要模擬了變壓器油箱對(duì)特高頻信號(hào)折反射和固體絕緣材料對(duì)特高頻信號(hào)的衰減。

4.1 變壓器油箱對(duì)特高頻信號(hào)折反射的模擬測試

通過傳感器位于油箱中的不同位置，模擬變壓器油箱對(duì)特高頻信號(hào)折反射。共有2種工況，工況1是將特高頻傳感器位于油箱的中部，讓特高頻信號(hào)直接進(jìn)入特高頻傳感器；工況2是將特高頻傳感器位于油箱的角落，讓特高頻信號(hào)通過金屬箱體的折反射后進(jìn)入特高頻傳感器。模擬測試結(jié)果見圖6-7。

圖6 特高頻信號(hào)相位圖

對(duì)比圖6的（a）與（b）可知，將特高頻傳感器位于油箱的不同位置，局部放電特高頻信號(hào)的相位特征不改變，但局部放電特高頻信號(hào)的幅值明顯改變。對(duì)比圖7的（a）與（b）可知，將特高頻傳感器位于油箱的不同位置，由于油箱的折反射，部分頻率下的信號(hào)幅值差異較大，低頻段的幅值差異相對(duì)較大而高頻段的幅值差異相對(duì)較小。

圖7 特高頻信號(hào)頻譜圖

4.2 固體絕緣材料對(duì)特高頻信號(hào)衰減的模擬測試

固體絕緣材料對(duì)特高頻信號(hào)衰減的模擬測試，共有2種工況。工況1是將特高頻傳感器位于油箱中，放電源與特高頻傳感器之間無任何固體物質(zhì)阻擋；工況2是在放電源與特高頻傳感器之間放置1塊厚度為20 mm的絕緣板，讓特高頻信號(hào)通過絕緣板后進(jìn)入特高頻傳感器。

模擬測試結(jié)果表明，是否放置絕緣板不影響特高頻信號(hào)的相位特性和頻率特性。在相同脈沖電流局部放電量的情況下，信號(hào)幅值有明顯差異，即20 mm的絕緣板對(duì)特高頻局部放電信號(hào)有明顯的衰減作用，見圖8-9。

圖9 有絕緣板的特高頻信號(hào)

5 結(jié)語

建立了針－板電極及板-板電極情況下的氣泡放電、金屬物體的懸浮電位放電4種典型放電圖譜。

分析了不同電極、不同放電類型的特高頻局部放電信號(hào)的特征：板-板電極的懸浮電位放電信號(hào)為單極性，頻率范圍較廣；針-板電極的懸浮電位放電信號(hào)為雙極性，正負(fù)極性的幅值差異較大且頻率范圍相對(duì)較窄。氣泡放電信號(hào)為雙極性，板-板電極的氣泡放電頻率范圍較廣，針-板電極的懸浮電位放電正負(fù)極性的幅值差異較大，且頻率范圍相對(duì)較窄。

變壓器局部放電所產(chǎn)生的特高頻電磁波，在絕緣油中無衰減傳播，固體絕緣材料對(duì)特高頻信號(hào)產(chǎn)生明顯衰減。特高頻信號(hào)在變壓器油箱表面產(chǎn)生多次折反射，油箱不影響特高頻信號(hào)的相位特性但影響幅值大小，特高頻局部放電測試結(jié)果與信號(hào)傳播途徑的介質(zhì)有關(guān)。

[1]TENBOHLEN S，MARKALOUS S M，TOBIAS STIRL.采用UHF測量方法對(duì)電力變壓器進(jìn)行現(xiàn)場局部放電探測和定位[J].華東電力，2007，35（增刊）∶165-171.

[2]羅勇芬，李彥明.變壓器局部放電的超聲波和射頻聯(lián)合檢測技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].變壓器，2003，40（12）∶28-31.

[3]何文林，金祖龍.特高頻局部放電測試技術(shù)在變壓器在線監(jiān)測中的應(yīng)用[J].浙江電力，2010，29（10）∶14-17.

[4]顧文業(yè).顧曉安.應(yīng)用超聲波測量法判斷變壓器內(nèi)部局部放電的研究[J].噪聲與振動(dòng)控制，2003，23（2）∶46-48.

[5]黃興泉，趙善俊，宋志國，等.用超高頻局部放電測量法實(shí)現(xiàn)電力變壓器局部放電的在線監(jiān)測[J].中國電力，2004，37（8）∶52-56.