變壓器超聲波局部放電檢測案例分析

汪正剛 周 明 胡芬麗

（國網(wǎng)新疆阿克蘇供電有限責(zé)任公司，新疆 阿克蘇 843000）

傳統(tǒng)的變壓器局放檢測技術(shù)是在變壓器停電的情況進行，采用傳統(tǒng)方法固然可以有效的檢測出變壓器的局部放電缺陷，但是必須停電進行，達(dá)不到供電可靠性的要求。超聲波技術(shù)可以在變壓器正常運行的情況下檢測變壓器內(nèi)部的局部放電現(xiàn)象，檢測效果較為明顯。

1 超聲技術(shù)應(yīng)用于局放檢測簡介

當(dāng)油浸式變壓器內(nèi)部存在局部放電時，在放電過程中，隨著放電的發(fā)生，將伴隨著爆裂狀的聲發(fā)射，產(chǎn)生超聲波，并很快向四周介質(zhì)傳播。如果這時在變壓器油箱外壁上安裝一個超聲波傳感器，將超聲波信號轉(zhuǎn)換成電信號，就能對變壓器內(nèi)部的局部放電水平進行測量。這種方法即為超聲波局部放電檢測法。

超聲波具有很強的穿透能力，但是它在穿透各種介質(zhì)時都會使波形發(fā)生某種程度的畸變，而這種畸變主要變現(xiàn)為幅值的衰減，表1時超聲波在不同介質(zhì)中的傳播速度和相對衰減率。

從表1可以看出，變壓器油的相對衰減率為零，如果變壓器內(nèi)部發(fā)生發(fā)電，其超聲信號就能夠較強地傳輸?shù)阶儔浩饔拖渖系膫鞲衅?。而將傳感器分別布置在油箱的不同位置上，就可以接收到不同的聲波信號。

對變壓器進行局放測試時，為保證檢測的準(zhǔn)確性，最好要避開干擾頻率范圍，通常局部放電在氣體中產(chǎn)生的聲波頻率約為幾kHz，在液體和固體中產(chǎn)生的聲波頻率約幾十到幾百kHz，因此變壓器的超聲波局部放電檢測的頻率應(yīng)采用高頻率，但頻率越高，聲波在傳送過程中的衰減就越大，因此超聲波局部放電檢測頻率一般在數(shù)十到數(shù)百kHz。阿克蘇供電公司使用的檢測工具是PocketAE手持式放電巡檢儀，它是用于變壓器上局部放電（PD）檢測的絕佳篩選工具，該設(shè)備內(nèi)部有完整的雙通道18位A/D聲發(fā)射子系統(tǒng)，配備兩個超聲傳感器，低頻（20—100kHz）傳感器適合GIS檢測，高頻（大于100kHz）傳感器適用于變壓器檢測，本次案例便是使用高頻傳感器進行的帶電檢測。

2 案例簡介

圖1 局放信號最強烈位置示意圖

表1 超聲波的傳播速度和相對衰減率

表2 絕緣油色譜分析數(shù)據(jù)

2013年3月，阿克蘇供電公司對所轄的110kV及以上變電站開展變壓器局部放電普測工作，使用的是三泰電力技術(shù)公司的便攜式高性能計算機化聲發(fā)射系統(tǒng)（PocketAE），5月28日阿克蘇供電公司對220kV阿拉爾變電站35kV一號站用變進行超聲波局部放電檢測，發(fā)現(xiàn)一號站用變內(nèi)部存在嚴(yán)重的局部放電現(xiàn)象，多次反復(fù)測試，確定變壓器的油箱中部位置有強烈的局部放電信號，其中在低壓側(cè)靠近C相的位置測得的信號最強烈（見圖1），為了確定判斷的正確性，查找出此變壓器的油色譜化驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)油色譜數(shù)據(jù)也超標(biāo)，并且對其絕緣油進行跟蹤化驗，其發(fā)展趨勢也證實變壓器內(nèi)部存在嚴(yán)重的局部放電現(xiàn)象。變壓器局放信號最強的位置見圖1。

3 案例分析

圖2 局放信號最強的圖譜

表3 產(chǎn)氣速率計算數(shù)據(jù)

采用PocketAE超聲波局部放電檢測儀，發(fā)現(xiàn)變壓器油箱中部多個測試點都存在嚴(yán)重的局部放電現(xiàn)象，最強烈的測試點圖譜如圖2。

分析圖2，可知：在圖a聲脈沖數(shù)對特征指數(shù)圖中，聲脈沖對特征指數(shù)有明顯的相關(guān)性，峰值集中于特征指數(shù)為1，同時聲脈沖的數(shù)量也較多，此時的圖像顯示為一個尖尖的凸起；圖b幅度對時間圖譜中，顯示有較高的幅度（大于50dB），且局放連續(xù)發(fā)生，說明有較高的局放量；圖c電壓對時間的波形也呈現(xiàn)明顯的局放特性；圖d聲脈沖特征指數(shù)對時間，散點圖隨時間聚類于聲脈沖特征指數(shù)為1，表明已發(fā)生明顯的局放。該四幅圖與嚴(yán)重局放時的特征圖譜極為相似，初步判斷變壓器內(nèi)部存在嚴(yán)重局放，為確定判斷的正確性，查看該變壓器的油色譜化驗數(shù)據(jù)，如表2。

通過表2中的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)投運后氫氣、總烴都明顯超過注意值（氫氣、總烴的注意值是150uL/L），為排除氫含量是由絕緣油中水分引起，分別對油樣做了耐壓試驗和微水試驗，試驗結(jié)果：耐壓62.2kV，微水13.5ug，均滿足規(guī)程要求，由此排除了變壓器進水受潮導(dǎo)致氫含量升高。通過表1的試驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)氫氣、甲烷、乙烷含量較大，乙炔含量較小，初步確定本體內(nèi)部存在低能量放電。另外表1發(fā)現(xiàn)各氣體組分都在明顯增，且增長幅度大，通過比較最近的兩次試驗數(shù)據(jù)，計算出產(chǎn)氣速率，如表3：

表3可發(fā)現(xiàn)相對產(chǎn)氣速率較大，總烴的相對產(chǎn)氣速率高達(dá)318.67%/月，遠(yuǎn)高于注意值10%/月，絕對產(chǎn)氣速率氫氣超標(biāo)，高達(dá)240.85mL/d，高于注意值10mL/d，總烴的絕對產(chǎn)氣速率34.33mL/d，高于注意值12mL/d。由此可發(fā)現(xiàn)不僅氣體各組分含量不正常，且增長趨勢較大，可通過三比值法來判斷可能存在的故障類型，通過4月28日的數(shù)據(jù)計算得到的三比值編碼為110，5月22日和5月29日的數(shù)據(jù)計算得到的三比值編碼均為100，對照三比值法故障類型判斷方法，再次證明屬于低能量的局部放電。根據(jù)現(xiàn)場測試及分析判斷結(jié)果，試驗人員對該變壓器進行跟蹤監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)局放信號持續(xù)強烈，目前試驗結(jié)果已上報上級公司運維部，并且已聯(lián)系廠家人員，對該變壓器進行更換處理。

結(jié)語

超聲檢測法可以在設(shè)備不停電的情況下實現(xiàn)在運設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測，提高電網(wǎng)供電的可靠性，可以很好的發(fā)現(xiàn)設(shè)備早期局放，方便設(shè)備運行單位更好的了解設(shè)備的運行狀況。對設(shè)備故障診斷，在采用某種儀器不能完全確定診斷結(jié)論的情況下，可以再借助其他儀器或者試驗方法綜合診斷，并且應(yīng)采取持續(xù)跟蹤監(jiān)測，根據(jù)檢測信號幅值判斷故障發(fā)展趨勢制定檢修策略。

[1]王風(fēng)雷，等.電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測新技術(shù)應(yīng)用案例精選[M].北京：中國電力出版社，2009

[1]陳志勇，閻春雨，陳志敏，謝津波.變壓器超聲波局部放電測試在電網(wǎng)中的應(yīng)用[J]，河北電力技術(shù)，2004，23（03）.