變壓器局部放電檢測(cè)方法的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用研究

何峰 胡進(jìn)棟

摘要：絕緣缺陷是影響電力變壓器正常運(yùn)行的主要因素，局部放電檢測(cè)法可有效發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部絕緣缺陷。本文對(duì)變壓器局部放電現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)常用方法進(jìn)行介紹，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例驗(yàn)證了超聲波、特高頻和DGA檢測(cè)法的有效性，為變壓器局部放電檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。

中圖分類號(hào)：TM855

關(guān)鍵詞：變壓器;局部放電;故障診斷

1? 引言

變壓器作為電力系統(tǒng)中的樞紐性設(shè)備，它的正常運(yùn)行影響著電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。根據(jù)變壓器絕緣故障統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果[1]，變壓器內(nèi)部絕緣缺陷是影響其正常運(yùn)行的主要因素。變壓器在制造過(guò)程或者運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生局部的缺陷，如絕緣內(nèi)部氣泡、裂紋、懸浮電位質(zhì)點(diǎn)和金屬尖端等。這些缺陷會(huì)導(dǎo)致變壓器絕緣體內(nèi)部或者絕緣表面場(chǎng)強(qiáng)分布不均，使局部區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)高于平均值，當(dāng)達(dá)到此類區(qū)域的擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，將會(huì)在這些局部區(qū)域發(fā)生先導(dǎo)放電，由于其他區(qū)域尚未達(dá)到擊穿場(chǎng)強(qiáng)，仍能夠保持絕緣性能，從而將會(huì)形成設(shè)備內(nèi)部局部放電現(xiàn)象。因此，變壓器內(nèi)部局部放電是導(dǎo)致絕緣不斷劣化的主要因素，更是絕緣發(fā)生劣化的先兆和具體表現(xiàn)形式[2]。進(jìn)行變壓器內(nèi)部局部放電測(cè)試能夠有效反映其絕緣狀況，及時(shí)診斷出絕緣內(nèi)部缺陷，防止主變產(chǎn)生突發(fā)性的絕緣事故。相關(guān)研究表明：局部放電檢測(cè)對(duì)于設(shè)備產(chǎn)品質(zhì)量的把關(guān)、運(yùn)行中設(shè)備的絕緣預(yù)防性診斷都能夠起到至關(guān)重要的作用。

2? 變壓器局部放電檢測(cè)方法

變壓器內(nèi)部局部放電時(shí)會(huì)伴隨產(chǎn)生聲、光、電等現(xiàn)象，各類局部放電的檢測(cè)方法就是以這些現(xiàn)象為依據(jù)，以描述聲、光、電現(xiàn)象的相關(guān)物理量來(lái)表征設(shè)備內(nèi)部局部放電，包括放電量的大小和局放源的定位。根據(jù)局部放電產(chǎn)生的電脈沖信號(hào)、電磁波、超聲波及氣體分解物等現(xiàn)象，相應(yīng)有脈沖電流法、特高頻法、超聲波法、氣相色譜法等一系列檢測(cè)方法[3]。

2.1 脈沖電流法

變壓器內(nèi)部產(chǎn)生局部放電后，將會(huì)在接地線上產(chǎn)生一個(gè)脈沖電流信號(hào)，在接地線上加裝特制電流傳感器，來(lái)檢測(cè)此接地脈沖電流，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成視在放電量，能夠判斷變壓器內(nèi)部局部放電量的大小。脈沖電流法是局部放電檢測(cè)法中研究應(yīng)用最早、最廣泛的一種檢測(cè)方法。變壓器局放檢測(cè)常用羅戈夫斯基線圈（羅氏線圈）作為傳感器，此種方法的優(yōu)點(diǎn)在于傳感器與被測(cè)設(shè)備僅存在磁耦合，不存在電氣連接，因此廣泛應(yīng)用于變壓器出廠試驗(yàn)及離線測(cè)試當(dāng)中，且離線測(cè)試的靈敏度相對(duì)較高，并可以測(cè)得視在放電量。脈沖電流法也有其缺點(diǎn)[4]：一是檢測(cè)結(jié)果易受現(xiàn)場(chǎng)各種干擾信號(hào)的影響，二是檢測(cè)儀器的靈敏度隨著被測(cè)設(shè)備的等效電容值的增加而下降，檢測(cè)頻率較低，頻帶范圍較窄，檢測(cè)結(jié)果包含的信息量較少。

2.2? 射頻檢測(cè)法

射頻檢測(cè)法的檢測(cè)頻段為3MHz～30MHz，由于脈沖電流法的檢測(cè)頻帶一般在1MHz范圍內(nèi)，與很多干擾源處于同一頻率范圍，射頻檢測(cè)法將檢測(cè)信號(hào)的頻率進(jìn)行了上移，在較高的頻率范圍內(nèi)檢測(cè)局部放電脈沖電流信號(hào)。射頻檢測(cè)法的傳感器通常采用的也是羅戈夫斯基線圈，脈沖電流信號(hào)經(jīng)過(guò)線圈耦合到放大器，經(jīng)濾波器濾波處理，由數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行采樣信號(hào)的量化處理。射頻檢測(cè)法雖然可避開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中大量低頻、中頻干擾源，但在射頻檢測(cè)范圍內(nèi)還存在很多其他干擾信號(hào)，利用硬件無(wú)法完全予以消除，所以干擾信號(hào)的抑制工作還須與數(shù)字算法相結(jié)合來(lái)進(jìn)行。

2.3? 特高頻檢測(cè)法

特高頻法（UHF法）是變壓器內(nèi)部局部放電信號(hào)檢測(cè)的一種常用方法，該方法檢測(cè)頻段更高，大致在300MHz-3GHz之間，通過(guò)特高頻天線作為傳感器來(lái)接收局部放電輻射出的UHF電磁波信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)信號(hào)處理來(lái)實(shí)現(xiàn)變壓器內(nèi)部局部放電信號(hào)的檢測(cè)。由于特高頻法檢測(cè)頻率高，對(duì)于變壓器本身存在的電暈以及主變周圍開(kāi)關(guān)操作等電氣干擾可以有效避開(kāi)，且具有較高的檢測(cè)靈敏度，可以根據(jù)特高頻法典型檢測(cè)圖譜進(jìn)行故障類型的識(shí)別，并進(jìn)行大致定位，近年來(lái)變壓器特高頻檢測(cè)方法發(fā)展迅速，并得到了廣泛的應(yīng)用。此方法也存在其缺點(diǎn)，由于變壓器箱體對(duì)電磁波信號(hào)有屏蔽作用，在變壓器本體外進(jìn)行檢測(cè)有效程度較低，通常要求變壓器制造廠配合安裝內(nèi)部預(yù)置式特高頻傳感器，此外，特高頻法檢測(cè)的是空間電磁波信號(hào)，無(wú)法對(duì)局部放電產(chǎn)生的放電量大小進(jìn)行有效衡量，成為特高頻檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用方面的最大障礙。

2.4? 超聲波檢測(cè)法

超聲波檢測(cè)法是根據(jù)聲波在各種介質(zhì)中的傳播特性來(lái)檢測(cè)變壓器內(nèi)部局部放電信號(hào)的方法，其檢測(cè)頻帶范圍為10k-200kHz。變壓器內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)會(huì)產(chǎn)生超聲波信號(hào)，將超聲波信號(hào)傳感器固定在變壓器外殼的不同位置，能夠?qū)植糠烹姰a(chǎn)生的超聲波進(jìn)行有效檢測(cè)[5]。超聲波檢測(cè)法屬于非電法，故抗電磁干擾能力強(qiáng)，可以方便地定位，但容易受到變壓器振動(dòng)的影響。由于變壓器結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，超聲波信號(hào)在其內(nèi)部的傳播過(guò)程也是一個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程，聲波信號(hào)在固體材料中衰減嚴(yán)重，所以信號(hào)到達(dá)變壓器殼體比較微弱，通常利用此特點(diǎn)能夠進(jìn)行局放源的定位，而當(dāng)局部放電信號(hào)比較微弱時(shí)往往也難以檢測(cè)到有效信號(hào)，所以超聲波法主要作為變壓器局部放電檢測(cè)的一種輔助方法，與電測(cè)法進(jìn)行聯(lián)合使用。

2.5? 氣相色譜法

氣相色譜法DGA（Dissolved Gas Analysis）原理如下，當(dāng)變壓器發(fā)生局部放電時(shí)，變壓器油、紙等絕緣材料會(huì)在電弧下進(jìn)行分解，產(chǎn)生各類特征氣體并溶解于油中，通過(guò)檢測(cè)變壓器油中溶解氣體各組分的濃度，可以有效判斷絕緣缺陷類型和嚴(yán)重程度。目前，氣相色譜法主要應(yīng)用于變壓器的油氣分析。該方法不受外界電磁干擾的影響，但是不能有效反映突發(fā)性故障。

3? 典型案例

3.1? 案例經(jīng)過(guò)

在對(duì)平峴35kV變電站進(jìn)行例行試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)其1號(hào)主變油中溶解氣體數(shù)據(jù)存在異常，C2H2含量超出注意值，外觀檢查無(wú)異常，且無(wú)異常聲響。對(duì)平峴站1號(hào)主變進(jìn)行連續(xù)跟蹤測(cè)試，分析色譜數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)C2H2含量穩(wěn)定存在，且有一定的增長(zhǎng)趨勢(shì)。并通過(guò)局部放電檢測(cè)裝置檢測(cè)到了明顯的特高頻、超聲波局部放電信號(hào)，通過(guò)超聲波傳感器進(jìn)行定位，判斷出變壓器有載分接開(kāi)關(guān)底部存在局部放電信號(hào)。對(duì)平峴1號(hào)主變壓器進(jìn)行停電、吊芯，發(fā)現(xiàn)主變有載分接開(kāi)關(guān)處由于B相引線與C相引線線鼻處形成搭接，從而造成的局部放電，檢修人員對(duì)故障部位進(jìn)行了處理，對(duì)主變本體進(jìn)行濾油，重新投入運(yùn)行后進(jìn)行油中溶解氣體分析，發(fā)現(xiàn)特征氣體含量消失，且本體及周圍均無(wú)異常局部放電信號(hào)。

3.2 檢測(cè)分析方法

（1）油中溶解氣體分析

2014年9月19日、23日、25日分別對(duì)1號(hào)主變進(jìn)行取油樣、油中溶解氣體分析，結(jié)果如下：表1 油中溶解氣體分析結(jié)果

從測(cè)試結(jié)果可以看出，三次測(cè)試結(jié)果乙炔含量都超出規(guī)程規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，且有一定的增長(zhǎng)趨勢(shì)，三比值編碼為：0，2，2，據(jù)此，初步推斷變壓器內(nèi)部存在電弧放電故障。

（2）局部放電檢測(cè)

9月25日，采用上海華乘PDS-T90型局部放電檢測(cè)儀對(duì)平峴1號(hào)主變進(jìn)行超聲波、特高頻法局部放電測(cè)試，結(jié)果如下：

根據(jù)以上測(cè)試結(jié)果，特高頻法檢測(cè)幅值為58dB，根據(jù)PRPS譜圖，放電信號(hào)在工頻相位的正負(fù)半周對(duì)稱分布，且幅值較大，間隔時(shí)間較密集，根據(jù)PRPD譜圖，在圖的下半部放電散點(diǎn)分布比較稀疏，越往上分布越密集。

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利用超聲波法進(jìn)行局部放電缺陷定位，選擇多個(gè)測(cè)試點(diǎn)，分別在變壓器外殼不同部位放置超聲波探頭進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)比分析各部位檢測(cè)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)主變本體電磁振動(dòng)對(duì)測(cè)試結(jié)果影響較小，基本可以忽略，背景噪聲檢測(cè)未見(jiàn)明顯干擾信號(hào)。而在檢測(cè)有載分接開(kāi)關(guān)底部殼體時(shí)，在超聲波法連續(xù)模式下檢測(cè)到了明顯的局放信號(hào)，如圖2，信號(hào)有效值為17.2dB，周期峰值為24.5dB，50Hz頻率相關(guān)性為-10.5dB，100Hz頻率相關(guān)性為7.2dB。綜合特高頻與超聲波局部放電檢測(cè)結(jié)果，判定變壓器內(nèi)部存在局部放電，放電類型為由于螺絲松動(dòng)、金屬異物等導(dǎo)致的懸浮電位放電，或者由于繞組間局部絕緣損壞造成的繞組對(duì)地以及繞組間的放電。

3.3 解體檢查

根據(jù)上述分析，檢修人員對(duì)該變壓器進(jìn)行停電檢查，發(fā)現(xiàn)有載分接開(kāi)關(guān)B相引線與C相引線線鼻處搭接造成局部放電。圖3中可以看到解體后的引線及線鼻處明顯的電蝕痕跡。

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3.4 缺陷處理

確定缺陷性質(zhì)及部位后，立即對(duì)缺陷進(jìn)行處理。首先將絕緣損壞部分導(dǎo)線去除，再以金屬續(xù)接管進(jìn)行連接、壓接，再進(jìn)行打磨處理，除去尖角和毛刺，如圖4所示。

4? 經(jīng)驗(yàn)體會(huì)

（1）油中溶解氣體分析技術(shù)是檢測(cè)和診斷油浸式變壓器內(nèi)部絕緣缺陷行之有效的方法，可以檢測(cè)變壓器內(nèi)部潛伏性缺陷隱患，并對(duì)缺陷隱患的性質(zhì)進(jìn)行粗略分析，因此應(yīng)成為重點(diǎn)開(kāi)展的項(xiàng)目。

（2）特高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)能夠靈敏地反應(yīng)變壓器內(nèi)局部放電信號(hào)，且抗干擾能力強(qiáng)，具有較好的安全性、有效性及實(shí)時(shí)性。

（3）超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)能夠檢測(cè)到變壓器內(nèi)部局部放電信號(hào)，并能夠?qū)崿F(xiàn)故障點(diǎn)的定位。

（4）對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)存在潛在缺陷的設(shè)備，應(yīng)綜合運(yùn)用多種檢測(cè)手段進(jìn)行分析診斷，有利于設(shè)備缺陷的正確分析和運(yùn)行狀態(tài)的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1] 陳剛.電力變壓器絕緣故障的動(dòng)態(tài)分析.東北電力技術(shù)，2002，6（4）：11-13.

[2] [蘇]Γ.C.庫(kù)欽斯基著，徐永禧，胡維新譯.高壓電氣設(shè)備局部放電.北京：水利電力出版社，1984.

[3 ]王國(guó)利，郝艷捧，李彥明.電力變壓器局部放電檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展.電工電能新技術(shù)，2001，20（2）：52-57.

[4] S.A.Boggs，G.C.Stone. Fundamental limitations in measurement of corona and partial discharge.IEEE Trans.On Electrical insulation，1982，17（2）：143-150.

[5] 胡琳琳.油中局部放電超聲波信號(hào)特性的試驗(yàn)研究：[碩士學(xué)位論文].北京：華北電力大學(xué)，2005.

作者簡(jiǎn)介：

何峰（1986-），男，籍貫甘肅白銀，碩士研究生，工程師，畢業(yè)于華北電力大學(xué)，工作單位國(guó)網(wǎng)蘭州供電公司，從事電氣設(shè)備帶電檢測(cè)與故障診斷技術(shù)的研究。