電力變壓器局部放電檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

程重，石惠承

（嘉興電力局，浙江嘉興314033）

電力變壓器局部放電檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

程重，石惠承

（嘉興電力局，浙江嘉興314033）

概述電力變壓器局部放電檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀，介紹超高頻（UHF）法的測(cè)試原理、系統(tǒng)構(gòu)成、標(biāo)定方法及測(cè)量影響因素，指出UHF檢測(cè)將是電力變壓器局部放電檢測(cè)的發(fā)展方向。

電力變壓器；局部放電；超高頻；檢測(cè)

目前，局部放電（簡(jiǎn)稱局放）的檢測(cè)和評(píng)價(jià)已成為變壓器絕緣狀況監(jiān)測(cè)的重要手段，檢測(cè)方法有脈沖電流法、超聲波法、光測(cè)法、化學(xué)檢測(cè)法等多種。近年來(lái)，超高頻檢測(cè)（UHF）技術(shù)也逐步應(yīng)用于變壓器局放檢測(cè)。與傳統(tǒng)方法相比，UHF技術(shù)具有檢測(cè)頻率高、抗干擾性強(qiáng)、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，更適合局放在線檢測(cè)[1]。

1 變壓器局部放電檢測(cè)研究現(xiàn)狀[1，2]

1.1 超聲波檢測(cè)法

局部放電常伴有聲波釋放，超聲波檢測(cè)法是利用傳感器接收局放產(chǎn)生的超聲波，由此確定局放的大小及位置。目前，用于檢測(cè)局放的超聲波傳感器抗電磁干擾性能較差，靈敏度也不夠高，從而增加了超聲波檢測(cè)的難度。因此，超聲波檢測(cè)多用于對(duì)局放作定性判斷，并結(jié)合電脈沖信號(hào)或直接利用超聲波信號(hào)對(duì)局放進(jìn)行物理定位。

1.2 光測(cè)法

光測(cè)法是將局放產(chǎn)生的光輻射經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后檢測(cè)光電流的特性以實(shí)現(xiàn)局放的識(shí)別。但光測(cè)法的設(shè)備復(fù)雜且昂貴、靈敏度低，在實(shí)際應(yīng)用中受到限制。近年來(lái)，隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，將光纖技術(shù)和聲測(cè)法相結(jié)合后提出了聲-光測(cè)法。該技術(shù)利用聲波壓迫使光纖性質(zhì)改變并導(dǎo)致光纖輸出信號(hào)的特性改變，從而測(cè)得放電。

1.3 化學(xué)檢測(cè)法

化學(xué)檢測(cè)法是一種通過(guò)測(cè)定絕緣材料分解生成物的組成和濃度來(lái)判斷局部放電狀態(tài)的方法，目前已廣泛應(yīng)用于變壓器在線故障診斷。該方法存在檢測(cè)準(zhǔn)確度不高的缺點(diǎn)，對(duì)發(fā)現(xiàn)早期潛伏性故障較靈敏，但不能反映突發(fā)故障。

1.4 脈沖電流法

脈沖電流法是研究最早、應(yīng)用最廣泛的檢測(cè)方法。它是將變壓器等效成一個(gè)電容，局放時(shí)其兩端會(huì)產(chǎn)生瞬間電壓變化，經(jīng)耦合電容引至檢測(cè)阻抗上可獲得脈沖電流，與局部放電對(duì)應(yīng)，經(jīng)處理后可獲得變壓器局放參數(shù)。其缺點(diǎn)是：當(dāng)試品電容量較大時(shí)，受耦合阻抗的限制，靈敏度降低；檢測(cè)頻率低于1 MHz，包含信息量少；離線狀態(tài)靈敏度較高，但現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)易受外界干擾影響。

1.5 射頻檢測(cè)法

利用羅可夫斯基線圈從變壓器中性點(diǎn)處測(cè)取信號(hào)，但無(wú)法分辨三相變壓器局放所處相別，且信號(hào)易受外界干擾。隨著數(shù)字濾波技術(shù)的發(fā)展，射頻法在局放檢測(cè)中已得到較廣泛的應(yīng)用。

1.6 超高頻檢測(cè)法

超高頻檢測(cè)法即UHF技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展迅速的局放檢測(cè)技術(shù)，它通過(guò)傳感器獲取變壓器局放超高頻（300～3 000 MHz）信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)局放的檢測(cè)和定位。

2 變壓器局部放電超高頻檢測(cè)法

2.1 UHF檢測(cè)原理

變壓器發(fā)生局部放電時(shí)必將發(fā)生正負(fù)電荷中和，伴隨著陡電流脈沖，并向周圍輻射電磁波[1]。研究結(jié)果表明[3]：局放輻射電磁波的頻譜特性與局放源的幾何形狀以及放電間隙的絕緣強(qiáng)度有關(guān)。變壓器油-隔板結(jié)構(gòu)的絕緣強(qiáng)度較高，局放能夠輻射很高頻率的電磁波，且放電脈沖上升沿基本為1～2 ns，因此，其發(fā)射的電磁波中的超高頻分量相當(dāng)豐富，可用電容傳感器或超高頻天線來(lái)接收[4]。

目前常用的脈沖電流法的檢測(cè)頻率不超過(guò)1 MHz，而UHF可檢測(cè)300～3 000 MHz的電磁波。另外，UHF傳感器所起作用也并非電容耦合，而是作為接收超高頻信號(hào)的天線。

2.2 超高頻局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成

變壓器局放UHF在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括超高頻傳感器、信號(hào)傳輸電纜、信號(hào)調(diào)理單元、數(shù)據(jù)采集卡、便攜式工控機(jī)和相關(guān)控制單元。變壓器內(nèi)部局放產(chǎn)生的電磁波被UHF傳感器接收后轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)同軸電纜傳輸至信號(hào)調(diào)理單元，調(diào)理后送入數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采集、存儲(chǔ)等處理。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.3 標(biāo)定方法與故障診斷判據(jù)的研究

目前，有關(guān)UHF標(biāo)定的研究主要集中在3個(gè)方面：檢測(cè)結(jié)果標(biāo)定、系統(tǒng)靈敏度標(biāo)定和UHF傳感器標(biāo)定。

2.3.1 檢測(cè)結(jié)果標(biāo)定

UHF檢測(cè)結(jié)果標(biāo)定主要是與傳統(tǒng)方法（IEC 60270法）的結(jié)果進(jìn)行校核，試圖在UHF測(cè)量結(jié)果與局部放電量之間建立聯(lián)系。有學(xué)者[5]嘗試以GIS為對(duì)象，首先根據(jù)GIS局放圖形識(shí)別缺陷類型，然后根據(jù)靈敏度曲線（UHF法和IEC 60270標(biāo)準(zhǔn)方法同時(shí)測(cè)量得到）來(lái)標(biāo)定每一類缺陷的視在放電量。然而，這種校核方法需注意不同缺陷需對(duì)應(yīng)不同的靈敏度曲線[6]。此外，王國(guó)利等人研制了變壓器局放超高頻校正裝置，探討了放電脈沖幅值與接收天線耦合信號(hào)幅值之間的量化關(guān)系[7]。結(jié)果表明，信號(hào)值與放電脈沖幅值成線性關(guān)系，在一定范圍內(nèi)，放電方位的變化對(duì)耦合信號(hào)的影響并不明顯。該研究有一定的參考意義，但如何將其應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)校正還有待研究。

2.3.2 UHF靈敏度標(biāo)定

由于UHF傳感器測(cè)得信號(hào)的幅值取決于諸多因素，因而不能確定總的傳遞函數(shù)[8]，類似于IEC 60270的靈敏度校核方法對(duì)UHF并不適用。國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議建議采用兩步驟的靈敏度校核方法[9]，如圖2所示。

第1步，在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)確定發(fā)射超高頻信號(hào)的人工脈沖參數(shù)（上升時(shí)間、半峰值時(shí)間、脈沖幅值等）。加壓使傳感器C1處的真實(shí)缺陷發(fā)生局部放電（放電量約5 pC），在C2處用UHF法檢測(cè)該缺陷放電產(chǎn)生的超高頻信號(hào)A，見(jiàn)圖2（a）。然后在C1處注入幅值可調(diào)的脈沖，在C2處得到超高頻信號(hào)B，見(jiàn)圖2（b）。調(diào)節(jié)注入脈沖的幅值，使信號(hào)B與A的偏差在±20%以內(nèi)[9]。

第2步，在GIS設(shè)備相鄰的傳感器之間進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。將實(shí)驗(yàn)室得到的人工脈沖注入其中一處，如能在另一處測(cè)得上述超高頻信號(hào)，則認(rèn)為UHF檢測(cè)靈敏度為某一水平[9]（CIGRE標(biāo)準(zhǔn)建議5 pC）。目前，國(guó)外已用該方法對(duì)GIS進(jìn)行靈敏度標(biāo)定，用于變壓器的嘗試也已取得一定成果[10]。

2.3.3 UHF傳感器標(biāo)定

UHF傳感器的標(biāo)定是對(duì)超高頻信號(hào)檢測(cè)傳感器本身的校準(zhǔn)。有研究者[11]提出用一種平行板TEM傳輸線標(biāo)定方法對(duì)GIS中UHF傳感器進(jìn)行評(píng)價(jià)，TEM傳輸線產(chǎn)生類似于GIS中傳感器受到的電場(chǎng)，通過(guò)定義標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試條件，對(duì)不同的傳感器進(jìn)行比較。而變壓器UHF傳感器標(biāo)定研究還沒(méi)有相關(guān)報(bào)道。

2.3.4 缺陷類型識(shí)別

識(shí)別局放類型可采用放電指紋放電譜圖分析法。目前，對(duì)繞組絕緣油間隙放電、繞組端部油隙放電及紙板沿面閃絡(luò)放電等產(chǎn)生的超高頻信號(hào)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)了一些新現(xiàn)象，將有助于判斷局放危害的程度[14]。另外，通過(guò)對(duì)變壓器實(shí)施長(zhǎng)期局放在線監(jiān)測(cè)，可積累有關(guān)故障診斷的經(jīng)驗(yàn)。

2.4 超高頻檢測(cè)的影響因素分析

2.4.1 傳感器安裝位置

傳感器放置位置對(duì)UHF法檢測(cè)靈敏度的影響很大。若將傳感器放在變壓器內(nèi)部，不僅可以提高檢測(cè)靈敏度，還能減少變壓器的外部干擾。據(jù)文獻(xiàn)[12-15]介紹，將寬帶阿基米德平面螺旋天線插入油閥中，天線面與油箱內(nèi)壁處于同一平面，電磁波到達(dá)傳感器時(shí)衰減較少，同時(shí)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)有利于電磁波的無(wú)損傳輸，從而提高了UHF檢測(cè)靈敏度。其安裝原理如圖3所示。

2.4.2 變壓器油

由于變壓器油和空氣的相對(duì)介電常數(shù)差別較大，油中電磁波的傳播速度變小，使得相同頻率的電磁波由長(zhǎng)變短，從而改變了天線的諧振頻率。

2.4.3 球形放油閥

球形放油閥可近似認(rèn)為是一個(gè)空心的金屬圓柱，具有一定的電磁屏蔽效果，天線安裝于此會(huì)影響其接收性能。

3 結(jié)語(yǔ)

超聲波檢測(cè)法、光測(cè)法和化學(xué)檢測(cè)法等非電檢測(cè)法均具有抗干擾性好等優(yōu)點(diǎn)，因而在局放檢測(cè)中將會(huì)進(jìn)一步發(fā)展。脈沖電流法雖然測(cè)量頻率低、頻帶窄，但其所得數(shù)據(jù)具有可比性，目前仍不可替代。射頻法能檢測(cè)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)測(cè)量頻率的局放信號(hào)，可消除干擾的影響，從而實(shí)現(xiàn)局放信號(hào)的精確提取。

UHF法具有測(cè)量頻帶寬、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，并且滿足變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)的要求，因此將成為變壓器局放在線檢測(cè)的主流技術(shù)。

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（本文編輯：龔皓）

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Current Situation and Development Trend of Partial Discharge Detection Technologies for Transformers

CHENG Zhong，SHI Hui-cheng
（Jiaxing Electric Power Bureau，Jiaxing Zhejiang 314033，China）

This paper introduces the current situation of Partial Discharge（PD）detection technologies for transformers.The measuring principles，system composition，calibration methods，influence factors in measurement of Ultra High Frequency（UHF）method are described.Moreover，it points out that UHF will be the development trend of PD detection for transformers.

transformer；partial discharge；ultra high frequency；detection

TM855+.1

：B

：1007-1881（2012）04-0032-04

2011-12-16

程重（1975-），男，浙江嘉興人，高級(jí)技師，從事高壓電力設(shè)備電氣試驗(yàn)工作。