電力變壓器局部放電檢測(cè)與診斷技術(shù)探究

許鴻賓++張敏

摘 要：隨著我國(guó)總用電量的逐年攀升，對(duì)于電力設(shè)施的安全性能和電力運(yùn)輸過程的穩(wěn)定性都提出了更高要求。其中電力變壓器作為區(qū)域電網(wǎng)正常運(yùn)作的最主要電力設(shè)備，其性能高低、安全系數(shù)大小已經(jīng)成為變壓器生產(chǎn)廠家和相關(guān)電力部門關(guān)注的焦點(diǎn)。因此，通過對(duì)變壓器的局部放電現(xiàn)象進(jìn)行分析，研究導(dǎo)致該種故障的原因并尋找相應(yīng)的診斷技術(shù)，對(duì)于提高供電質(zhì)量有重要意義。

關(guān)鍵詞：安全性能；電力運(yùn)輸；局部放電；電力變壓器

研究資料表明，近年來我國(guó)的大型用電設(shè)備數(shù)量成指數(shù)形式增加，導(dǎo)致線路的電力運(yùn)輸負(fù)荷加大，電壓等級(jí)過高，對(duì)電網(wǎng)的安全性造成一定的沖擊危害。在整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)中，電力變壓器作為其中的節(jié)點(diǎn)，起著電壓降低入戶的重要作用。

一、局部放電檢測(cè)

通過局部放電試驗(yàn)，能夠準(zhǔn)確衡量變壓器內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)的安全性，是目前變壓器制造廠家應(yīng)用最廣泛的檢測(cè)方法。由于變壓器在工作過程中，內(nèi)部的電場(chǎng)分布散亂，加上變壓器組成結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在操作和使用過程中，極易使得內(nèi)部的絕緣材料層之間滲入空氣和雜質(zhì)，在經(jīng)過電荷的長(zhǎng)時(shí)間積累作用下，就會(huì)導(dǎo)致局部放電現(xiàn)象。目前現(xiàn)有的數(shù)據(jù)分析表明，導(dǎo)致局部放電現(xiàn)象發(fā)生的原因大致分為電場(chǎng)型放電和電流型放電兩種形式。

局部放電的主要危害是它能夠從結(jié)構(gòu)形態(tài)上破壞電力變壓器的絕緣材料，從而進(jìn)一步導(dǎo)致保護(hù)材料的絕緣作用部分缺失或完全缺失。當(dāng)局部放電的發(fā)生范圍較廣，又沒有相應(yīng)的外在保護(hù)措施，就會(huì)發(fā)生絕緣材質(zhì)的擊穿現(xiàn)象，造成變壓器的損壞。局部放電監(jiān)測(cè)的作用主要是通過對(duì)變壓器進(jìn)行破壞性試驗(yàn)，檢驗(yàn)內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)的最大負(fù)荷量，在安全標(biāo)準(zhǔn)的有效范圍內(nèi)，施加符合技術(shù)要求和安全指標(biāo)的試驗(yàn)電壓，從而做到電力變壓器局部放電的技術(shù)診斷。

二、局部放電的監(jiān)測(cè)方法

（一）局部放電的電測(cè)法

電力變壓器局部放電的電量監(jiān)測(cè)主要包括對(duì)內(nèi)部電荷的分布監(jiān)測(cè)、電信號(hào)的跟蹤監(jiān)測(cè)、絕緣材質(zhì)的絕緣性能監(jiān)測(cè)等，常用的監(jiān)測(cè)方法包括高頻率儀器監(jiān)測(cè)法、電流電壓交替轉(zhuǎn)換法、超寬帶測(cè)頻法。

第一，超高頻局部放電監(jiān)測(cè)

超高頻局部放電監(jiān)測(cè)主要是利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力，通過對(duì)變壓器兩端電荷量的輸入與輸出差，進(jìn)行對(duì)損耗電荷的有效跟蹤，從而能夠直觀的看出絕緣層的破損部位，方便技術(shù)人員的及時(shí)檢修。這種方法的缺點(diǎn)是由于電力變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜和電荷流動(dòng)中的碰撞，會(huì)給計(jì)算機(jī)的測(cè)量和數(shù)據(jù)采集帶來一定的誤差。

第二，超頻寬帶局部放電監(jiān)測(cè)

超頻寬帶局部放電監(jiān)測(cè)法適用于工業(yè)大型變壓器的局部放電檢測(cè)。利用頻譜的高度掃描和小概率失準(zhǔn)性，能夠同時(shí)對(duì)較大范圍內(nèi)的變壓器絕緣層進(jìn)行同步監(jiān)測(cè)。由于該種方法具有監(jiān)測(cè)范圍廣、覆蓋方位全、采集信息量大等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)于于大型作業(yè)設(shè)備的變壓器局部放電監(jiān)測(cè)。

（二）局部放電的非電測(cè)法

局部放電的非電測(cè)法最初應(yīng)于與生物與化學(xué)方面，主要是對(duì)生物體內(nèi)的微量電荷進(jìn)行檢測(cè)和跟蹤。由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各學(xué)科之間能夠做到很好的相互溝通，特別是有相關(guān)研究?jī)?nèi)容的學(xué)科之間，彼此的專業(yè)測(cè)量方法能夠做到很好的通用。該種方法就是利用化學(xué)定量分析，通過對(duì)變壓器內(nèi)離子化學(xué)性質(zhì)的測(cè)定，分析化學(xué)周期，從而判斷出化學(xué)性質(zhì)活躍的區(qū)域。與非電測(cè)法相近的還有變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)法、變壓器油氫氣濃度在線監(jiān)測(cè)，統(tǒng)稱為變壓器局部放電監(jiān)測(cè)的三大化學(xué)方法。

（三）局部放電的光纖技術(shù)檢測(cè)法

光纖技術(shù)是目前應(yīng)用比較成功的超聲探測(cè)手段。將光纖技術(shù)與電力變壓器的局部檢測(cè)聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)了對(duì)變壓器局部檢測(cè)的科技革新。利用光纖檢測(cè)局部放電有明顯的優(yōu)勢(shì)：光纖在變壓器的內(nèi)部路徑中是單向傳播的，從而避免了局部放電信號(hào)的反復(fù)性，防止對(duì)復(fù)合回路的二次影響。測(cè)量原理是當(dāng)電力變壓器的絕緣層被擊穿后，放電部位所發(fā)出的超聲信號(hào)就會(huì)順著光纖所經(jīng)過路徑傳播，該過程中不會(huì)發(fā)生電荷體積的碰撞，從而避免了電荷的額外流失。當(dāng)電荷傳播到一定程度，連接在計(jì)算機(jī)上的外部調(diào)制解調(diào)器就會(huì)把局部放電產(chǎn)生的電信號(hào)提取出來，并轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入與之相連的計(jì)算機(jī)，然后通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行高速的數(shù)量關(guān)系計(jì)算。

（四）局部放電的紅外檢測(cè)法

紅外檢測(cè)也被應(yīng)用于電力變壓器局部放電的檢測(cè)。紅外檢測(cè)是基于局部放電點(diǎn)的溫度升高，利用紅外探測(cè)儀的熱成像原理實(shí)現(xiàn)熱點(diǎn)測(cè)量。但由于變壓器結(jié)構(gòu)和傳熱過程的復(fù)雜性，要利用紅外成像方法直接檢測(cè)位于變壓器本體內(nèi)部的局部放電是十分困難的。目前變壓器紅外檢測(cè)針對(duì)變壓器外部故障（包括導(dǎo)體連接不良、漏磁引起的箱體渦流、冷卻裝置故障和變壓器套管故障等）是有效的。

三、局部放電檢測(cè)的電磁干擾及抑制

變壓器的局部放電檢測(cè)能夠最直接有效的反應(yīng)出變壓器的實(shí)際絕緣情況，但是在實(shí)際的測(cè)量中，由于受到外部環(huán)境因素的制約，測(cè)量結(jié)果在很多程度上被降低，嚴(yán)重情況下甚至導(dǎo)致測(cè)量工作無法繼續(xù)進(jìn)行。

導(dǎo)致局部放電檢測(cè)不能正常進(jìn)行的因素是多樣的，按照不同的分類條件又可分成不同的類別。常見的干擾有周期性干擾、脈沖型干擾、白噪聲干擾、實(shí)驗(yàn)室屏蔽干擾等。針對(duì)不同的干擾類型采取有較強(qiáng)針對(duì)性的抑制措施。就目前的干擾抑制情況看，還沒有找到一種完全有效的制約方法，現(xiàn)有的措施都或多或少存在著一些不良因素的制約，適用面較窄。據(jù)相關(guān)專業(yè)報(bào)道，目前較為先進(jìn)的數(shù)字化抗干擾處理系統(tǒng)正在建立，借助現(xiàn)代科學(xué)技書手段，已經(jīng)取得了很好的進(jìn)展，希望隨著相關(guān)科研工作的不斷開展，今后能夠研究出一種針對(duì)性強(qiáng)、適用范圍廣的新型變壓器局部放電抗干擾系統(tǒng)。

四、結(jié)語

局部放電檢測(cè)的最終目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)電力變壓器安全性能的更好保障，隨著電力行業(yè)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的不斷提高，局部放電檢測(cè)能夠給電力變壓器的整體性能改進(jìn)和更新?lián)Q代提供充分的數(shù)據(jù)保證，在未來會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。

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