變壓器局部放電帶電檢測方法及有效性分析

蒲金雨，趙 堅，張玉波，張 煒

(廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，廣西 南寧 530023)

變壓器局部放電帶電檢測方法及有效性分析

蒲金雨，趙 堅，張玉波，張 煒

(廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，廣西 南寧 530023)

介紹了變壓器局部放電高頻檢測法、超聲波檢測法、特高頻檢測法3種帶電檢測方法的檢測原理，應(yīng)用這3種檢測方法對所模擬的4種典型局部放電進行測量，并將測量結(jié)果依次與脈沖電流法測得的結(jié)果進行比較分析，得出這3種帶電檢測方法的有效性，從而為變壓器局部放電檢測方法的有效性和適用范圍提供依據(jù)。

變壓器；局部放電；帶電檢測；有效性

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，社會用電量不斷增加，對電力輸變電系統(tǒng)的可靠性也提出了更高的要求，變壓器作為電力輸變電系統(tǒng)的核心設(shè)備，其運行的可靠性越來越受到人們的重視。影響變壓器正常運行的主要原因為變壓器絕緣缺陷引發(fā)的局部放電，它會導(dǎo)致絕緣結(jié)構(gòu)的電氣強度下降，最終導(dǎo)致絕緣擊穿或沿面閃絡(luò)。針對變壓器內(nèi)部的局部放電，國內(nèi)外專家學(xué)者提出了多種檢測方法，然而對檢測方法的有效性卻很少有人提及[1-2]。

1 局部放電帶電檢測方法

變壓器發(fā)生局部放電時會伴隨著電荷轉(zhuǎn)移和電能損耗，還會產(chǎn)生電磁波、超聲波等物理化學(xué)現(xiàn)象。根據(jù)局部放電過程的特性，提出了高頻檢測法、超聲波檢測法、特高頻檢測法等變壓器局部放電帶電檢測方法。

1.1 高頻檢測法

高頻檢測法是通過在地線上安裝HFCT傳感器，通過檢測高頻電流信號實現(xiàn)局部放電的檢測。高頻檢測法也是通過局部放電產(chǎn)生的脈沖電流進行檢測的，不同的是脈沖電流法通過檢測阻抗的脈沖電壓，而高頻檢測法則使用羅科夫斯基線圈的方式，在環(huán)狀磁芯材料上圍繞多圈導(dǎo)電線圈，高頻電流穿過磁芯中心而引起的高頻交變電磁場會在線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，以此獲得視在放電量。

1.2 超聲波檢測法

超聲波檢測法是依據(jù)檢測局部放電時伴隨產(chǎn)生的超聲波來進行局部放電測量的，其原理為：當(dāng)變壓器發(fā)生局部放電時，分子間劇烈碰撞產(chǎn)生超聲波脈沖，該超聲波脈沖包括縱波、橫波和表面波，這些超聲波在介質(zhì)中傳播的特性不同，通過安裝在變壓器外殼上的超聲波傳感器捕捉到這些超聲信號，再通過對超聲信號的分析來判斷放電量的大小。

1.3 特高頻檢測法

特高頻檢測法是依據(jù)檢測局部放電時伴隨產(chǎn)生的特高頻電磁波來進行測量的，其原理為：每一次局部放電都發(fā)生正負電荷中和，伴隨有一個陡的電流脈沖，并向周圍輻射電磁波。局部放電所輻射的電磁波的頻譜特性與局部放電源的幾何形狀以及放電間隙的絕緣強度有關(guān)。通過UHF傳感器對局部放電時產(chǎn)生的超高頻電磁波信號進行檢測，從而獲得局部放電的相關(guān)信息，實現(xiàn)局部放電檢測。

2 試驗研究

2.1 試驗系統(tǒng)

使用TWTM-35型變壓器局部放電故障模擬試驗系統(tǒng)進行局部放電的模擬和測量。該系統(tǒng)主要由35 kV/50 kVA三相油浸式變壓器、可植入式故障源、控制臺及各種監(jiān)測傳感器組成，在變壓器A相上分別模擬尖端放電、沿面放電、懸浮放電、匝間放電4種典型的局部放電，使用脈沖電流法、高頻檢測法、超聲波檢測法和特高頻檢測法對上述4種類型的局部放電進行檢測。

2.2 試驗依據(jù)

本文進行試驗研究的主要依據(jù)有：GB/T 7354—2003《局部放電測量》，IEC 62478《應(yīng)用電磁場及聲音的方法測量局部放電》[3-4]。

2.3 局部放電測量點布置

在試驗變壓器上，采用不同傳感器布置了12個局部放電測量點，傳感器位置、類型及檢測頻帶見表1。

表1 監(jiān)測傳感器及接入通道號

3 變壓器帶電檢測方法的有效性分析

3.1 高頻檢測法監(jiān)測數(shù)據(jù)及有效性分析

試驗分別在變壓器A相模擬不同放電故障，在變壓器模型上有3個高頻電流傳感器(HFCT)測試點。一般高頻法帶電檢測主要監(jiān)測中性點接地線處和鐵芯接地線處，表2—5為試驗所得數(shù)據(jù)。

表2 尖端放電測試數(shù)據(jù) pC

表3 沿面放電測試數(shù)據(jù) pC

表4 懸浮放電測試數(shù)據(jù) pC

表5 內(nèi)部匝間放電測試數(shù)據(jù) pC

對于高頻脈沖電流(HFCT)檢測法，變壓器不同的缺陷可能呈現(xiàn)不同的現(xiàn)象，在中性點和鐵芯接地處均能有效檢出，但效果有所不同，在箱體接地線上檢出效果不明顯，見表6。

3.2 超聲波檢測法監(jiān)測數(shù)據(jù)及有效性分析

在變壓器模型上有4個超聲波(AE)測試點，變壓器的4個側(cè)面各布置1個，測試結(jié)果見表7—10。

表7 尖端放電測試數(shù)據(jù)

表8 沿面放電測試數(shù)據(jù)

表9 懸浮放電測試數(shù)據(jù)

表10 內(nèi)部匝間放電測試數(shù)據(jù)

由于超聲波在變壓器中傳播會發(fā)生折反射和能量衰減，因此放電點的位置對于檢測結(jié)果有很大影響，超聲傳感器對不同缺陷類型的檢測效果不同，見表11。

表11 超聲波檢測法檢出有效性說明

3.3 特高頻檢測法監(jiān)測數(shù)據(jù)及有效性分析

試驗分別在變壓器A相模擬不同放電故障。在變壓器模型上有4個特高頻(UHF)測試點，變壓器4個側(cè)面各布置1個，見表12—15。

表12 尖端放電測試數(shù)據(jù)

表13 沿面放電測試數(shù)據(jù)

表14 懸浮放電測試數(shù)據(jù)

表15 內(nèi)部匝間放電測試數(shù)據(jù)

由于特高頻法檢測的信號頻率較高，對于含有特高頻分量較多的沿面和懸浮放電信號檢出有效性良好，對于信號上升沿較緩尖端放電和信號傳輸過程中容易受到金屬遮擋的匝間放電的檢出效果一般，見表16。

表16 針對不同缺陷類型檢出有效性說明

4 結(jié)論

本文應(yīng)用高頻檢測法、超聲波檢測法、特高頻檢測法對所模擬的4種典型局部放電進行測量，并將所測得的數(shù)據(jù)與脈沖電流法所測得的數(shù)據(jù)依次進行比較分析，得出3種帶電檢測方法的有效性如下。

a. 高頻檢測法對尖端放電、沿面放電、懸浮放電、匝間放電檢測均有效，當(dāng)HFCT傳感器布置在中性點接地線處時檢出效果最好。

b. 超聲波檢測法對尖端放電、沿面放電、懸浮放電檢測有效，對匝間放電檢測效果一般。

c. 特高頻檢測法對沿面放電、懸浮放電檢測效果有效，對尖端放電、匝間放電的檢測效果一般。

[1] 梁 釗,楊曄聞,葉彥杰. 電力變壓器局部放電檢測方法探討[J]. 南方電網(wǎng)技術(shù),2011, 5(1):85-89.

[2] 郭 俊,吳廣寧,張血琴,等. 局部放電檢測技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].電工技術(shù)學(xué)報,2005,20(2):29-35.

[3] 局部放電測量：GB/T 7354—2013[S].

[4] 應(yīng)用電磁場及聲音的方法測量局部放電：IEC 62478[S].

Analysis on the Efficiency of Partial Discharge Detection with Electricityin Transformer

PU Jinyu, ZHAO Jian, ZHANG Yubo,ZHANG Wei

(Guangxi Power Grid Co.,Ltd. Electric Power Research Institute，Nanning,Guangxi 530023，China)

The principle of high frequency detection method, ultrasonic detection method and ultra high frequency detection method for transformer are introduced in detail.Four typical partial discharges are measured using three detection methods. Finally, the measured results are compared with pulse current method.The effectiveness of three methods are verified which will be reliable foundation of validity and application for transformer partial discharge measurement.

transformer; partial discharge; detection with electricity; effectiveness

TM855

A

1004-7913(2017)10-0050-03

蒲金雨(1987)，男，碩士，工程師，主要從事高壓電氣設(shè)備試驗及在線檢測技術(shù)研究工作。

2017-07-01)