【摘 要】電力設(shè)備的安全運行是保證電網(wǎng)安全的第一道防線，變壓器作為電能傳輸和配送過程中能量轉(zhuǎn)換的核心，是電網(wǎng)安全運行中最重要和最關(guān)鍵的設(shè)備。其容量和電壓等級也隨著特高壓電網(wǎng)的建設(shè)越來越高，其可靠運行關(guān)系著電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行。電氣設(shè)備的故障分為三類：機械故障、導體故障和絕緣故障。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，以上三種故障中，絕緣引起的故障比重最大。而局部放電是造成電力變壓器絕緣劣化的重要原因，因此需要對電力變壓器的局部放電情況進行檢測和定位，以避免絕緣故障的發(fā)生。

【關(guān)鍵詞】變壓器；局部放電；帶電檢測；定位技術(shù)

1電力變壓器局部放電的機理及分類

1.1絕緣介質(zhì)的內(nèi)部放電

變壓器內(nèi)部層壓木、層壓紙板，內(nèi)部或多或少的會有氣穴或介質(zhì)不因數(shù)不同的物質(zhì)。在交變的回路中，場強排列反比其介質(zhì)常數(shù) ，氣態(tài)的介質(zhì)常數(shù)一般遠小于固態(tài)的，進而所受電磁場力大，所以該區(qū)域等電壓大到一定程度時，該絕緣件薄弱內(nèi)部氣穴會最先產(chǎn)生局部放電。當外部施加的時直流電時，氣穴放電產(chǎn)生的電量，在電壓作用下挪到到氣穴邊沿上；這些電荷又聚集在一起形成與外加電壓方向相反的電荷，降低了氣穴中的電場，很可能使絕緣材料中的氣穴中放電消失。然而當施加交變的電壓，因為交流電壓的周期性，絕緣材料中的外施加電場方向周期變化，與氣穴中放電電荷形成的反電場方向相同，增強了氣穴中電場強度，使得氣穴能在較低的電壓下產(chǎn)生放電。因而交變的電壓下固體內(nèi)部的局部放電要比直流回路中要大的多。

1.2絕緣介質(zhì)的沿面放電

絕緣介質(zhì)處于電場中，電場中的各個分量中有一個場強分量平行于介質(zhì)表面，并且這個場強分量高于耐受場強時，就會出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象。在絕緣介質(zhì)的彎曲處，絕緣紙板的尖角處都會發(fā)生表面放電。絕緣介質(zhì)的表面發(fā)生局放與電場的電極形狀有關(guān)，當發(fā)生局放的電極不對稱時，脈沖幅值的正負半周就會產(chǎn)生變化。如果固體件表面放電的電極位于大電壓時，此時放電零點坐標下的放電波形會較大、較??；正半周的放電脈沖一般較小、很密。當施加電壓相反時，放電圖形也會相反。放電波形密集，一、三象限不對稱，放電小的象限波形更為密集。放電頻率類似油中放電。放電量較大時伴隨氣穴放電。放電量的大小隨勵磁升高而顯著增大。一般采用沿面放電的絕緣紙重新包扎，更換沿面放電的夾木等方式處理。

1.3尖端放電

在極不均勻的電場中，電場強度很高的部位通常都會發(fā)生放電，這種現(xiàn)象稱之為電暈放電。交變電場下，交變波形零坐標的電壓更容易產(chǎn)生電暈。在導體的曲率半徑小的位置，特別是尖端位置，場強集中并且更高，非常容易產(chǎn)生電暈現(xiàn)象。在正常進行局放測量時，一般都對變壓器佛手扣上均壓環(huán)或均壓冒，目的就是為了防止佛手產(chǎn)生電暈，造成對測量結(jié)果的誤判。特別是引線曲率半徑比較小的地方，此處由于電荷分布很密集，高電場比較強。會使得在導體和絕緣油或者絕緣紙等介質(zhì)發(fā)生放電，也稱作尖端放電。不勻稱的場強中常會呈現(xiàn)，不勻稱的場強部位，像套管蘿卜頭附近，電場強度分布比較集中，易發(fā)生電暈放電，易采用加包絕緣，加大絕緣距離以及采用絕緣隔離等方式來減少此類放電。

2電力變壓器局部放電帶電檢測方法

2.1紅外線檢測法

紅外熱成像監(jiān)測法即是通過熱成像系統(tǒng)對電氣設(shè)備的紅外輻射強度進行測量，通過對電氣設(shè)備外層溫度的變化和差異間接判斷出設(shè)備局部放電的位置和程度。輻射在穿透空氣過程中其能量隨著傳輸距離的增大成遞減趨勢，但由于大氣中的不同成分（二氧化碳、臭氧、水蒸氣）對不同波長輻射的吸收程度存在差異，通過實驗室觀察發(fā)現(xiàn)紅外輻射在1μm-2.5μm、3μm-5μm、8μm-14μm這三個波長范圍內(nèi)被大氣的吸收作用最弱，在這三個波長范圍內(nèi)對被測物體進行紅外輻射檢測收到的效果最好，這三個波長范圍也被稱為“大氣窗口”。常用的紅外檢測設(shè)備選用的波段是3μm-5μm（短波）、8μm-14μm（長波）。目前變電、輸電、檢修等專業(yè)廣泛使用的紅外測溫儀器，也叫做焦平面紅外熱像儀，其原理是通過高密度的半導體光電耦合元件（類似CCD或CMOS）將紅外輻射信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)信號處理系統(tǒng)輸出到顯示器。

2.2高頻電流法

該方法是由傳統(tǒng)脈沖電流法演變而來的，屬于非電接觸式測量法，測量抗阻為高頻羅氏線圈，局部放電產(chǎn)生的脈沖電流信號又耦合回路中獲取。高頻電流法的信號應(yīng)引入測量回路的等效阻抗非常小，而且能夠在不影響設(shè)備運行的情況下進行非電接觸式測量，以開環(huán)式結(jié)構(gòu)羅氏線圈較為常見。

2.3超聲波檢測法

高壓電氣設(shè)備內(nèi)部發(fā)生局部放電時，會產(chǎn)生大量超聲波信號。超聲信號從局部放電源沿絕緣介質(zhì)和金屬構(gòu)件傳遞到電力設(shè)備外殼，并通過介質(zhì)和縫隙向周圍空氣中傳播。超聲波具有頻率高、波長短、方向性強、能量集中的特點，因此檢測較容易。通常若檢測值超過7dB，則環(huán)網(wǎng)柜很可能出現(xiàn)了局部放電現(xiàn)象。

2.4超高頻檢測法

利用紅外測溫傳感器和熒光屏發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷問題后，可以進一步使用超高頻局放檢測技術(shù)對主變壓器周圍放電情況進行檢測，確定局部放電特點。從現(xiàn)場檢測情況來看，主變壓器10kV低壓側(cè)放電信號較為明顯，而且越接近低壓側(cè)放電信號越強。同樣利用超高頻傳感器和熒光屏自動獲得超高頻檢測圖譜，通過對圖譜進行觀察，可以看出主變壓器的兩側(cè)放電信號都開始減弱，而且高頻側(cè)幾乎檢測不到異常的放電信號。這說明放電信號不是干擾信號，而是由于紅外測溫檢測中設(shè)備熱度異常升高部分存在局部放電缺陷導致的。接下來可以根據(jù)超高頻圖譜特點，確定放電波形幅值較為密集、具有對稱性、存在于正半周，且相鄰放電信號的時間間隔基本一致，具有較為典型的懸浮放電特征。

3電力變壓器局部放電檢測定位技術(shù)分析

3.1超聲波定位

該定位方法是利用超聲波信號和電脈沖信號之間的時差進行定位。具有抗干擾能力強、攜帶方便等優(yōu)點，是目外比較常用的定位方法。在進行定位時，以變壓器箱體上貼附的一路傳感器為參考點，測試放電信號參考點與其他傳感器之間的時差，然后利用雙曲面法計算放電的位置。然而在計算的過程中，經(jīng)常會將聲速假設(shè)為以個固定的等值，但實際情況是由于放電部位等的差異，超聲波傳播的速度并不一樣，所以會對定位的精確性造成比較大的誤差，所以在使用超聲波定位的過程中必須要注意，采用聲速變量以及增加探頭的方式進行優(yōu)化。此外，影響超聲波定位準確的因素還有計算方法、時差估計等。

3.2特高頻定位技術(shù)

特高頻定位技術(shù)的最大優(yōu)勢是抗干擾能力強、定位速度快，因此在現(xiàn)實中得到了有效應(yīng)用。這種定位技術(shù)的缺陷非常明顯，即穿透能力較弱，且電力變壓器的內(nèi)部構(gòu)成相對復雜，因此在現(xiàn)實應(yīng)用中存在局限性。為了解決這一問題，必須對特高頻定位技術(shù)的影響因素給予有效分析。當電力變壓器發(fā)生局部放電現(xiàn)象時，電磁波會從設(shè)備內(nèi)部傳播出來。在面對實體金屬時，電磁波信號會發(fā)生劇烈衰減。為了保障帶電測量定位的準確度，必須計算出不同傳感器之間的時延，同時定位計算局部放電的電源，具體可應(yīng)用復數(shù)域內(nèi)牛頓迭代算法。在現(xiàn)實應(yīng)用中，可以對非線性方程進行線性化處理，關(guān)系式為：

其中，假設(shè)?是f（x）=0的根，x、y、z、t分別代表復數(shù)域內(nèi)?的初始近似值。將一組復數(shù)作為初始值，即將（x0，y0，z0，t0）這組數(shù)帶入到方程式中進行迭代運算，將迭代誤差嚴格控制在ε以內(nèi)，一直到迭代運算結(jié)束，局部放電現(xiàn)象就能得到精確定位。

參考文獻：

[1]劉嘉林，董明，安珊，楊蘭均，鄺石，張偉政.電力變壓器局部放電帶電檢測及定位技術(shù)綜述[J].絕緣材料，2015，4808：1-7.

作者簡介：

張福生（1982），男，山西朔州人，2008年畢業(yè)于臨汾電力高級技工學校，高級技師，工程師，從事電氣試驗和帶電檢測技術(shù)工作。

（作者單位：國網(wǎng)山西省電力公司朔州供電公司）