馬洪杰 邊慶華 陳文通

（廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司崇左供電局）

0 引言

電力變壓器在我國整個電網(wǎng)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，電力變壓器的絕緣性決定了變壓器的使用壽命，其運(yùn)行狀態(tài)直接影響到整個電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。近年來，國內(nèi)外許多學(xué)者對變壓器局部放電帶電檢測技術(shù)和定位技術(shù)展開了大量研究實(shí)驗(yàn)，并總結(jié)出相應(yīng)的檢測方法和定位方法，例如脈沖電流檢測法、超聲波檢測法、光學(xué)檢測法、超聲波定位法和特高頻定位法等等，這些檢測技術(shù)和定位技術(shù)各有優(yōu)勢。

1 電力變壓器局部放電帶電檢測技術(shù)

1.1 高頻電流檢測法

高頻電流檢測方法是通過羅氏線圈對電力變壓器局部放電鐵心位置進(jìn)行電流信號測量，通過對電流信號進(jìn)行分析，判斷出電力變壓器局部放電的問題［1］。高頻電流檢測法在耦合回路中測量阻抗力非常小，能夠在不影響變壓器正常運(yùn)行下進(jìn)行非電式測量，但是利用高頻電流法進(jìn)行檢測時，會受現(xiàn)場復(fù)雜因素的影響，導(dǎo)致信號耦合方式發(fā)生改變，通過對變壓器添加濾波器可以對干擾進(jìn)行分離，也可以通過對其多次測量和數(shù)據(jù)分析來解決以上問題，電力變壓器局部放電高頻電流檢測示意圖如圖1所示。

圖1

1.2 超聲波檢測法

在電力變壓器局部放電過程中，會產(chǎn)生大量超聲波信號，通過超聲波檢測法可以準(zhǔn)確快速找出變壓器局部放電的位置以及放電量的大小。超聲波具有高頻率、波長短的特點(diǎn)，在對電力變壓器局部放電進(jìn)行檢測時，具有很強(qiáng)的抗干擾能力?？梢詫Ψ秶?0～200kHz放電頻率的變壓器進(jìn)行檢測，變壓器局部放電量較大時超聲波測量的信號與放電量成正比關(guān)系，工作人員就可以根據(jù)超聲波的強(qiáng)弱對局部放電情況進(jìn)行識別［2］。但是，超聲波在傳播放電量時過程比較復(fù)雜，無法準(zhǔn)確判斷出放電類型。因此，超聲波法在電力變壓器局部放電帶電檢測中依舊起到輔助作用，電力變壓器超聲波局部放電檢測示意圖如圖2所示。

圖2

1.3 脈沖電流檢測法

在電力變壓器局部放電帶電檢測中，脈沖電流檢測法是最常見的一種方法。電力變壓器局部放電時會產(chǎn)生脈沖電流，這些電流會經(jīng)過地面進(jìn)入傳感器，將傳感器和變壓器回路相連接，通過對脈沖電流測算可以計(jì)算出變壓器局部放電的電荷量，并精確找到放電位置［3］。電力變壓器脈沖電流檢測示意圖如圖3所示。

圖3

1.4 光學(xué)檢測法

在變壓器放電過程中會出現(xiàn)發(fā)光發(fā)熱的現(xiàn)象，利用紫外線、可見光和紅外線這些光輻射信號可以判斷出變壓器放電的位置。光信號轉(zhuǎn)化為電信號后，通過電壓信號的幅值和脈沖電流的放電量顯示出變壓器放電強(qiáng)弱，光學(xué)檢測主要是對變壓器內(nèi)部和外部放電情況通過紫外線光學(xué)攝像進(jìn)行視頻檢測，形成數(shù)據(jù)檢測報(bào)告，如圖4所示。

圖4

在光學(xué)檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上延伸出熒光光纖檢測技術(shù)，這種技術(shù)可以對普通光學(xué)傳感器無法深入的環(huán)境進(jìn)行檢測，檢測對象不受微光信號的限制，擴(kuò)大了檢測范圍。通過運(yùn)用光學(xué)檢測技術(shù)對變壓器局部放電帶電檢測，不僅能夠更加直觀地反映出變壓器放電情況，同時還能檢測出變壓器局部放電次數(shù)和電流強(qiáng)弱。光學(xué)檢測方法是電力變壓器局部放電帶電檢測中是一種新的變壓器故障檢測方法［4］。同時，該方法尚不成熟，依舊有很多技術(shù)和問題需要進(jìn)一步研究解決，比如說光電轉(zhuǎn)換成本比較高，內(nèi)部設(shè)備對檢測結(jié)果易造成影響等等。

1.5 超高頻檢測法

超高頻檢測法是電力變壓器局部放電帶電檢測常見的技術(shù)方法，具有很高的靈活度和抗干擾能力。當(dāng)電力變壓器局部產(chǎn)生電流時，超高頻檢測技術(shù)能夠?qū)植糠烹娦盘栴l率在300～3000MHz范圍內(nèi)的電流信號進(jìn)行快速檢測，獲得局部放電信息實(shí)現(xiàn)對變壓器故障的快速診斷。在進(jìn)行高頻檢測時，高頻傳感器起到了重要作用，它不僅可以安裝在變壓器內(nèi)部，也可以安裝在變壓器外部，如圖5所示。

圖5

1.6 油色譜分析法

近年來變壓器運(yùn)行過程中從油中產(chǎn)生的氣體對變壓器故障預(yù)警起到重要作用，在變壓器局部產(chǎn)生電流時，局部絕緣體會因老化等情況產(chǎn)生化學(xué)氣體，這些氣體很快會溶解在變壓器油中。工作人員通過對油中氣體的特征、成分和含量進(jìn)行分析，從而進(jìn)一步判斷出變壓器故障的原因。氣體分析法不僅可以在變壓器帶電運(yùn)行中進(jìn)行檢測，同時也可以進(jìn)行離線狀態(tài)檢測［5］。此方法的不足之處在于，無法對變壓器瞬間產(chǎn)生的故障進(jìn)行分類，大多還需要企業(yè)專業(yè)人員進(jìn)行輔助判斷。

1.7 紅外線檢測法

紅外線檢測法是通過變壓器外部溫度變化形成的紅外線成像進(jìn)行變壓器局部放電帶電檢測。由于大氣中存在不同成分的氣體，這些氣體對紅外線的波長輻射吸收存在明顯差異。紅外線呈現(xiàn)出短波和長波兩種狀態(tài)。通過變壓器耦合元件將紅外線輻射信號轉(zhuǎn)化成電信號，通過專業(yè)設(shè)備顯示在顯示器中，方便工作人員進(jìn)行檢測。紅外線檢測法具有很強(qiáng)的實(shí)效性，并且在一定的距離內(nèi)進(jìn)行直接檢測，由于變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜和傳熱過程的復(fù)雜，紅外線檢測法只針對一些變壓器外部故障進(jìn)行檢測。

1.8 超頻寬帶法

此種方法是利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析對變壓器放電的電荷進(jìn)行輸入和輸出差計(jì)算，更加直觀地對電力變壓器局部放電位置進(jìn)行判斷，方便技術(shù)人員及時檢修。這種方法的缺點(diǎn)在于變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，放電位置電荷流動不穩(wěn)定，對計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的采集和計(jì)算存在誤差。

1.9 新型現(xiàn)代檢測技術(shù)

定向耦合差動平衡技術(shù)是一種新興現(xiàn)代技術(shù)，在電力變壓器局部放電帶電檢測中應(yīng)用越來越廣泛。其工作原理主要是針對電壓器在放電過程中產(chǎn)生的電磁信號進(jìn)行抑制，自動形成屏蔽墻，快速判斷放電帶電位置，同時還能判斷出不同放電位置的電流強(qiáng)弱［6］。有時候變壓器放電帶電位置不止一處，運(yùn)用定向耦合差動平衡技術(shù)可以同時讓雙向脈沖電流或者三向脈沖電流發(fā)出信號，根據(jù)脈沖信號的大小對放電區(qū)域進(jìn)行帶電檢測。

分形理論放電檢測技術(shù)在電力變壓器局部放電帶電檢測中根據(jù)變壓器帶電區(qū)域的放電次數(shù)和放電量進(jìn)行準(zhǔn)確判斷和識別，提取重要參數(shù)通過人工智能技術(shù)和電力變壓器對其進(jìn)行不同維度的分析，展現(xiàn)出放電的規(guī)律，幫助工作人員進(jìn)行帶電檢測。

2 電力變壓器局部放電帶電檢測定位技術(shù)

2.1 特高頻定位法

利用 高 頻 定 位 技 術(shù)（Uitra High Frequency，UHF），可以對變壓器局部放電信號做出快速定位，有利于及早排除故障。其定位原理是對變壓器局部放電過程中產(chǎn)生的電磁波信號進(jìn)行局部定位，具有很強(qiáng)的抗干擾能力和高靈敏度。由于變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，當(dāng)電力變壓器進(jìn)行局部放電時，電磁波從變壓器內(nèi)部傳出，在傳出過程中遇到金屬障礙物時，電磁信號會明顯降低［7］。所以在具體應(yīng)用中，高頻定位法依然存在很大的局限性。電力變壓器局部放電帶電定位系統(tǒng)如圖6所示。

圖6

2.2 超聲波定位法

當(dāng)變壓器局部放電時，會產(chǎn)生超聲波能量，通過不同介質(zhì)超聲波向外進(jìn)行傳播，根據(jù)超聲波傳播時延時間的長短，就能對變壓器放電位置定位。超聲波傳播路徑主要有兩條，如圖7所示。

圖7

超聲波定位是以變壓器的傳感器作為參考點(diǎn)，通過對變壓器的放電信號傳播到其他傳感器與參考點(diǎn)的時延相對比，將時間差帶入幾何關(guān)系方程式中求解，便可得出變壓器放電的位置。影響該放電位置精確度的因素主要有三種，第一種是定位的計(jì)算方法，第二種是傳感器之間的時延估計(jì)，第三種是等值申訴V的取值。超聲波定位系統(tǒng)如圖8所示。

圖8

2.3 聯(lián)合定位法

變壓器在局部放電時產(chǎn)生大量脈沖電流，脈沖電流會受到各種因素如噪音的干擾，使其抗干擾能力低，造成對局部定位放電位置定位不準(zhǔn)確。為了進(jìn)一步提高電力變壓器局部放電帶電檢測定位的準(zhǔn)確性，采取聯(lián)合定位法。如特高頻技術(shù)與聲聯(lián)合定位，特高頻定位技術(shù)與光聯(lián)合定位法等等。特高頻與聲聯(lián)合定位是通過將超聲波與特高頻定位法技術(shù)相結(jié)合，將獲得的超聲信號時差與高頻電磁波時差進(jìn)行相比較，在定位時通過變壓器的特高頻傳感器進(jìn)行信號傳播，避免電磁波造成電信號的衰弱，從而更準(zhǔn)確地定位變壓器放電位置。聯(lián)合定位法彌補(bǔ)了單一定位法的缺陷，在電力變壓器局部放電時，作出快速準(zhǔn)確的帶電檢測。

3 結(jié)束語

電力變壓器的局部放電會對電力系統(tǒng)造成事故安全隱患，其中變壓器的絕緣老化是導(dǎo)致安全問題的重要原因，同時電力變壓器結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，電力變壓器局部放電帶電檢測技術(shù)和定位技術(shù)仍然具有更多的研究價值，目前的檢測技術(shù)和定位技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)該做到取長補(bǔ)短。除此之外，對電力變壓器局部放電帶電檢測技術(shù)和定位技術(shù)的研究是為了更好地保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高電力變壓器的安全性能，隨著電力行業(yè)在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域和數(shù)字信息化處理方面的技術(shù)不斷提高，相關(guān)研究人員還需進(jìn)一步對變壓器進(jìn)行深入研究。