電力變壓器局部放電檢測技術(shù)探討

廣州正航電力工程有限公司 黃向淳

伴隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，對于電能質(zhì)量提出了更高的要求，要秉持實時性在線監(jiān)測管理原則，發(fā)揮電力變壓器局部放電檢測技術(shù)優(yōu)勢作用，減少安全事故的發(fā)生。

1 電力變壓器局部放電故障表現(xiàn)

1.1 原因

第一，主要是因為電力變壓器內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)油膜或是氣隙邊緣出現(xiàn)了放電現(xiàn)象，這種情況本身屬于非貫穿性放電問題。在實際應(yīng)用過程中，充油電氣設(shè)備固體絕緣破壞是造成以上情況的主要原因；第二，電氣設(shè)備電極系統(tǒng)不對稱，也會造成絕緣體各個區(qū)域承受的電場出現(xiàn)不均勻的現(xiàn)象；第三，電力變壓器內(nèi)出現(xiàn)介質(zhì)不均勻的現(xiàn)象，出現(xiàn)了氣體-固體復(fù)合絕緣體系、液體-固體復(fù)合絕緣模式、固體-固體復(fù)合絕緣模式等，這就會對介質(zhì)應(yīng)用效能產(chǎn)生影響；第四，絕緣體中若是含有氣泡或其他的雜質(zhì)，就會對絕緣體的應(yīng)用效果形成制約作用，使得絕緣性能嚴(yán)重降低，并且產(chǎn)生放電現(xiàn)象。

1.2 具體情況

若是依據(jù)電場分布情況和工作部位的差異性情況進(jìn)行分析，油紙絕緣設(shè)備內(nèi)部局部放電問題會呈現(xiàn)出逐漸發(fā)展的趨勢。最關(guān)鍵的是，工作電壓正常狀態(tài)下若是出現(xiàn)放電問題會維持較長的一段時間，且放電初期是低能量放電，在沒有得到有效控制的情況下，局部放電就會在短時間內(nèi)形成擊穿的趨勢[1]。

為了有效對局部放電因素進(jìn)行分析和控制，就要綜合評估設(shè)備的運行狀態(tài)，主要是因為氣體介電常數(shù)較小，但承受的場強(qiáng)系數(shù)較大，固體絕緣材料就會存在空腔亦或是油中出現(xiàn)氣泡的問題，此時整個設(shè)備耐壓強(qiáng)度較低的絕緣材料就會受到影響，氣隙中出現(xiàn)對應(yīng)的放電現(xiàn)象。

2 電力變壓器局部放電檢測現(xiàn)狀

盡管電力變壓器管理水平在不斷提升，但局部放電檢測技術(shù)應(yīng)用效果和實用性還存在一定的問題，嚴(yán)重影響檢測工作的質(zhì)量，甚至?xí)﹄娏ψ儔浩靼踩\行產(chǎn)生影響。

首先，電力變壓器局部放電檢測工作還存在干擾因素較多、干擾性較大的問題，這就使得檢測人員無法開展精準(zhǔn)的測量工作，加之監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性不足，就會造成電力變壓器局部放電測試工作無法有序開展，影響設(shè)備的運行質(zhì)量[2]；其次，試驗容量和設(shè)備依舊存在匹配度不足的問題，在電力系統(tǒng)全面發(fā)展的基礎(chǔ)上，無論是系統(tǒng)容量還是電壓等級都在提高，但面對大容量以及高電壓變壓器局部放電檢測工作，若不能及時匹配對應(yīng)容量的試驗電源，就會增加檢測失誤率，而若是一味增加設(shè)備體積也會造成監(jiān)測工作的不便。

3 電力變壓器局部放電檢測技術(shù)方案

為有效提升電力變壓器應(yīng)用管理質(zhì)量，要結(jié)合變壓器運行狀態(tài)，及時采取合理、規(guī)范的電力變壓器局部放電檢測技術(shù)，及時發(fā)現(xiàn)問題并及時處理，為電力系統(tǒng)運行優(yōu)化提供保障。

3.1 脈沖電流檢測技術(shù)

目前，在電力變壓器局部放電檢測工作中，脈沖電流檢測技術(shù)是較為常見的技術(shù)類型，依據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)完成局部放電定量檢測工作，從而保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。在技術(shù)處理過程中將被測設(shè)備視為等效電容，內(nèi)部出現(xiàn)局部放電的情況下就會對回路進(jìn)行檢測，然后全面分析脈沖電流信號。

最關(guān)鍵的是，檢測阻抗處理機(jī)制能對脈沖電流予以實時性分析，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方波脈沖實現(xiàn)定位校正，確保能有效評估局部放電的實際放電量。值得一提的是，這種處理技術(shù)和研究機(jī)制主要針對的是1MHz以下測量頻率，整體檢測靈敏度較高。然而這種處理方式也容易受到外部電磁影響和干擾，所以多數(shù)都應(yīng)用在實驗室環(huán)境或者是現(xiàn)場離線實驗環(huán)境。

另外，局部放電過程中其產(chǎn)生的信號較為微弱，為保證檢測的準(zhǔn)確性和規(guī)范性，就要對周圍干擾因素予以實時性識別和控制，尤其是在線檢測，利用相位窗口、窄帶選頻測量處理技術(shù)，配合脈沖極性鑒別技術(shù)，就能更好地抑制干擾項，有效維持電力變壓器應(yīng)用質(zhì)量，減少放電問題造成的損失。

3.2 化學(xué)檢測法

主要是借助油浸式變壓器對油中氣體予以分析，若是出現(xiàn)局部放電情況，變壓器油就會隨之產(chǎn)生多種生成物，利用生成物比例或?qū)?yīng)的成分分析，就能更好地了解變壓器油局部放電情況，配合定期抽取變壓器油樣本的方式、配合實驗室色譜儀分析，就能有效了解相關(guān)成分比例，評估放電現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。需注意的是，利用化學(xué)檢測法進(jìn)行測評過程中，測評對象本身就是變壓器油長期運行積累的結(jié)果，因此無法體現(xiàn)出實時性突發(fā)狀態(tài)的情況測量結(jié)果，所以要在技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)上配合在線監(jiān)測方案。

3.3 超聲波檢測技術(shù)

對電力變壓器局部放電進(jìn)行檢測的過程中應(yīng)用超聲波予以檢測，主要借助的設(shè)備是超聲換能器，因為變壓器設(shè)備內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，這就使得聲速接觸的聲介質(zhì)干擾也會存在差異，所以一般是借助超聲波檢測技術(shù)對放電電源予以實時性定位、開展定性分析，卻無法落實精細(xì)化的定量檢測。

值得一提的是，變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜且尺寸大，所以聲波信號于外殼傳遞過程中會受到很多因素的影響，包括鐵芯、夾件、線圈等固體絕緣材料，在阻擋的過程中出現(xiàn)衰減，必然會對檢測靈敏度產(chǎn)生影響。而傳感器接觸放電缺陷區(qū)域，檢測靈敏度較高。如，對分接開關(guān)接觸不良產(chǎn)生的放電現(xiàn)象、最外層繞組表面放電現(xiàn)象等能落實較為合理的實時性測量，且結(jié)果較為準(zhǔn)確。一旦測量點距離缺陷位置較遠(yuǎn)或是結(jié)構(gòu)深處存在局部放電，阻隔和衰減作用并行，就會使得定位工作無法順利開展。

3.4 數(shù)字化局部放點測量技術(shù)

在數(shù)字化技術(shù)全面發(fā)展的時代背景下，電子計算機(jī)的應(yīng)用范圍也在逐步擴(kuò)大，計算機(jī)輔助測試技術(shù)應(yīng)用在變壓器局部放電分析中能更好地完成信息的收集和匯總，且具體操作流程和傳統(tǒng)檢測技術(shù)方案相匹配，有效實現(xiàn)測試局部信號得以優(yōu)化處理的目標(biāo)，利用放大處理、濾波后轉(zhuǎn)換處理等工序，就能滿足模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量后的應(yīng)用需求，并集中計入到數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，建立合理且科學(xué)的數(shù)字分析模式，以便于能及時獲取譜圖和統(tǒng)計量。

值得一提的是，在分析變壓器局部放電情況的過程中也要按照標(biāo)準(zhǔn)化流程開展具體作業(yè)。首先要進(jìn)行測量分析并獲取局部圖形，其次要完成特征提取，再次依據(jù)數(shù)據(jù)庫完成識別分類工作，最后獲取最終的識別結(jié)果。

測量分析。主要是在基礎(chǔ)分析要求指導(dǎo)下建立放電相位、放電量和放電次數(shù)的關(guān)系分析模式，并繪制有效反映放電不同特征的譜圖，最大程度上保證放電不同層面特征都能得到識別和處理，更好地建立有效信息匯總模式，以便于能全面評估譜圖的具體情況。

提取特征。主要是借助相應(yīng)的手段將局部放電譜圖中具備的特殊性信息特征均提取出來，有效形成較為合理的表達(dá)形式，這對進(jìn)行后續(xù)特征識別和調(diào)取具有重要指導(dǎo)意義。同時，在提取特征后就要匯總數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性，從而評估放電全部信息，并將局部放電參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榻y(tǒng)計數(shù)據(jù)，依據(jù)特征數(shù)據(jù)最大程度上維持放電類型識別工作的準(zhǔn)確性，也能更好地維持檢測工作的規(guī)范性。另外要在此基礎(chǔ)上完成數(shù)據(jù)庫的識別和分析，主要是將獲取的放電數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲，形成相關(guān)聯(lián)信息的數(shù)據(jù)庫，以便于操作人員能結(jié)合數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性完成歷史數(shù)據(jù)和實際運行數(shù)據(jù)的對比。如，利用“設(shè)備-問題-數(shù)據(jù)”的樹形分析模式全面匯總關(guān)聯(lián)性數(shù)據(jù)內(nèi)容，保證不同放電缺陷都能歸屬在相應(yīng)的模塊中，最大程度上提高應(yīng)用控制的合理性。

識別分類。主要是對局部放電類型進(jìn)行集中的識別和評估分析，較為常見的識別種類包括統(tǒng)計概率分類分析、距離分類分析、模糊識別系統(tǒng)等，要借助成型的放電模式輸入系統(tǒng)完成相應(yīng)作業(yè)，匹配有限次的學(xué)習(xí)訓(xùn)練過程，就能在自我調(diào)節(jié)的過程中評估神經(jīng)元間的權(quán)值結(jié)構(gòu)和參數(shù)關(guān)系，設(shè)定數(shù)據(jù)庫后，在未知缺陷特征量出現(xiàn)后就能與已知模型進(jìn)行對比，尋找類似經(jīng)驗類信息內(nèi)容和數(shù)據(jù)關(guān)系，最大程度上提高識別的精準(zhǔn)性。

數(shù)字化測量分析工作結(jié)束后，檢測人員和研究人員能獲取更加直觀且準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，并能了解變壓器絕緣系統(tǒng)的現(xiàn)狀，這種數(shù)字化處理模式大大減少了工作人員的工作壓力，有效完成數(shù)據(jù)評估和故障狀態(tài)分析，從而真正意義上提高檢測的實效性水平。

3.5 超高頻檢測技術(shù)

在變壓器、發(fā)電機(jī)等設(shè)放電檢測過程中，超高頻檢測技術(shù)較為常見，其優(yōu)勢就在于對外界干擾的抗性較好。其實際應(yīng)用原理為，對局部放電進(jìn)行檢測的過程中，檢測獲取的信息會借助超高頻傳感器進(jìn)入信號調(diào)理單元，配合數(shù)據(jù)采集卡和工業(yè)控制計算機(jī)的分析，就能有效了解局部放電的情況和對應(yīng)參數(shù)。

3.5.1 技術(shù)優(yōu)勢

相較于其他檢測手段，超高頻檢測變壓器局部放電能有效提升檢測的實效性和控制水平。

能對局部放電脈沖能量和頻帶寬予以統(tǒng)籌控制，若是僅考量檢測元件的熱噪聲對靈敏度產(chǎn)生的影響，超頻帶寬檢測的靈敏性更高，能打造更加科學(xué)合理的信息交互管理模式，保證參數(shù)匯總和分析工作都能順利開展；相關(guān)研究表明，超高頻局部放電測試工作在落實過程中能有效降低變電站噪聲和空氣中電暈產(chǎn)生的電磁干擾，維持良好的檢測環(huán)境，有效提升檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和規(guī)范性。同時借助寬頻處理機(jī)制還能實現(xiàn)科學(xué)合理的抑制處理，配合窄頻法完成區(qū)分化管理；超高頻局部放電檢測技術(shù)還能對放電量予以標(biāo)定，并配合實際應(yīng)用過程了解放電的嚴(yán)重程度，保證檢測結(jié)果能對后續(xù)系統(tǒng)控制提供更加直觀的依據(jù)，維持良好的應(yīng)用效果。

3.5.2 具體檢測內(nèi)容

在變壓器出現(xiàn)局部放電情況下，一般會在變壓器內(nèi)部出現(xiàn)電流脈沖，尤其是正負(fù)電荷中和的狀態(tài)下電磁波就會向四周輻射。依據(jù)相關(guān)試驗可知，放電間隙的絕緣強(qiáng)度參數(shù)和放電源的具體幾何形狀存在一定的關(guān)聯(lián)性，若是放電時間較短就證明放電間隙較小，此時若是出現(xiàn)高頻電磁波，就表示電流脈沖陡度較大。而若是絕緣強(qiáng)度較高則放電過程中擊穿速度快。

相較于傳統(tǒng)的局部放電檢測技術(shù)，超高頻檢測處理機(jī)制能夠提升測量頻帶。一般傳統(tǒng)測量技術(shù)中心的測量頻帶低于1MHz 時，會與無線電廣播、電力網(wǎng)載波等頻帶出現(xiàn)大范圍的重疊問題，受到外界因素干擾的情況較為常見，無法區(qū)分干擾和放電情況，且不能有效避免干擾問題。在超高頻檢測技術(shù)UHF 頻段內(nèi)接收局部放電產(chǎn)生的高頻電磁脈沖信號，就能有效屏蔽干擾問題，且干擾信號的頻率分量會在300MHz 以內(nèi)。與此同時，配合選頻濾波手段也能更好地提升局部放電信號在線檢測分析的合理性，減少干擾頻段造成的影響，維持良好的評估測試過程。

此外，應(yīng)用UHF 檢測變壓器局部電信號靈敏度的過程中，還能借助技術(shù)應(yīng)用要點保證相關(guān)操作的規(guī)范性，及時減少干擾項的影響，優(yōu)化測量過程的精準(zhǔn)性，維持整體分析效果。值得一提的是，荷蘭在對變壓器事故放油閥設(shè)備升級的過程中直接在設(shè)備上安裝了UHF 傳感器，配合抗干擾較好的UHF窄帶檢測技術(shù)，能對40MHz 到80MHz 之間帶寬予以檢查，并能檢測到50pC 的局部放電信號[3]。

圖1 變壓器事故放油閥安裝UHF 傳感器實物圖

4 結(jié)語

電力變壓器局部放電檢測工作還在全面發(fā)展和進(jìn)步，檢測技術(shù)還有很大的研究和開發(fā)潛力，為了更好地提升局部放電檢測結(jié)果，就要結(jié)合實際情況選取適宜的檢測技術(shù)，實現(xiàn)定性分析和定量分析有效融合的目的，也推進(jìn)在線監(jiān)測工作的全面發(fā)展，促進(jìn)電力系統(tǒng)可持續(xù)進(jìn)步。