蔣建旭 張?jiān)票?/p>

（華電濰坊發(fā)電有限公司，山東 濰坊 261204）

1 現(xiàn)狀調(diào)查

高壓電氣設(shè)備內(nèi)部絕緣介質(zhì)內(nèi)部電氣放電現(xiàn)象稱為局部放電。高壓設(shè)備的局部放電可以導(dǎo)致絕緣介質(zhì)的局部損壞，如果局部放電行為無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期積累將導(dǎo)致絕緣劣化并最終導(dǎo)致絕緣擊穿。根據(jù)統(tǒng)計(jì)調(diào)查，絕緣故障導(dǎo)致的變壓器故障占總故障的67%以上。因?yàn)榧皶r(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行變壓器的絕緣情況尤為重要，所以電力變壓器局部放電在線檢測(cè)技術(shù)在這個(gè)背景下快速發(fā)展起來(lái)。

2 局部放電產(chǎn)生原因及其現(xiàn)象

在制造維修過(guò)程中，由于變壓器絕緣部件、金屬部件等部位常存在一些尖角、毛刺，使尖角、毛刺處常因電場(chǎng)強(qiáng)度的作用聚集有大量電荷。此外變壓器絕緣體中存在的空氣間隙以及變壓器油中的微量氣泡等原因都會(huì)導(dǎo)致變壓器內(nèi)部局部放電。

局部放電過(guò)程中除造成電荷的轉(zhuǎn)移和電能的損耗外，還伴隨電磁輻射、超聲波，發(fā)光、發(fā)熱以及出現(xiàn)新的生成物等，因此這些伴隨現(xiàn)象的不同使局部放電的測(cè)量方法分為電氣測(cè)量法和非電氣測(cè)量法[2]。

3 常規(guī)局部放電檢測(cè)方法

以變壓器局部放電所產(chǎn)生的各種現(xiàn)象（超聲波、發(fā)熱、發(fā)光、電磁波信號(hào)等）為檢測(cè)依據(jù)，同時(shí)根據(jù)這些伴隨信號(hào)的強(qiáng)弱來(lái)判斷變壓器內(nèi)部局部放電的強(qiáng)弱以及定位。

3.1 高頻脈沖電流法

將高頻電流互感器（CT）套在變壓器接地線上，采集變壓器內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)產(chǎn)生的高頻脈沖電流信號(hào)。該方法具有測(cè)量靈敏度較高、脈沖分辨率高、抗電磁干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但因其采集信息少，不能對(duì)變壓器局部放電位置明確定位[3]。

3.2 化學(xué)檢測(cè)法（氣相色譜法）

化學(xué)檢測(cè)法就是通過(guò)檢測(cè)變壓器絕緣油中各種生成物的濃度來(lái)判斷變壓器的局放程度。該方法具有抗電磁干擾較強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。但由于發(fā)生局部放電時(shí)，變壓器內(nèi)部絕緣油分解時(shí)間較長(zhǎng)導(dǎo)致其檢測(cè)周期較長(zhǎng)，只可用于初期故障檢測(cè)，無(wú)法用于突發(fā)性故障檢測(cè)；而且該方法只可用于大體分析，無(wú)法判斷故障位置及故障程度。此外由于氣體檢測(cè)儀檢測(cè)原理，無(wú)法區(qū)分氣體成分，在檢測(cè)過(guò)程中容易被非檢測(cè)氣體干擾。

3.3 光測(cè)法

局部放電過(guò)程中將伴隨大量的光，此時(shí)可以利用光電轉(zhuǎn)換，來(lái)達(dá)到檢測(cè)局部放電的目的。

3.4 超高頻法

當(dāng)變壓器內(nèi)部絕緣介質(zhì)發(fā)生局部放電時(shí)，可產(chǎn)生數(shù)百M(fèi)Hz甚至數(shù)千MHz的超高頻電磁波信號(hào)，同時(shí)考慮到變電站現(xiàn)場(chǎng)的其他電磁干擾信號(hào)頻譜范圍普遍在160 MHz以下，且在傳播過(guò)程中會(huì)有較大的衰減。所以超高頻法具有避開(kāi)電暈干擾的優(yōu)點(diǎn)，但仍具有無(wú)法明確定位放電部位的劣勢(shì)[4]。

3.5 紅外熱像法

在變壓器局部放電時(shí)，其產(chǎn)生的電熱能量將會(huì)造成放電局部位置溫度的變化，紅外熱像法正是利用檢查變壓器局部溫度的變化來(lái)判斷局部放電的發(fā)生及位置。因此紅外熱像法具有原理簡(jiǎn)單，清晰直觀的優(yōu)點(diǎn)。但由于該方法只能檢測(cè)表明溫度，所以無(wú)法檢測(cè)變壓器內(nèi)部故障，不能確定故障位置。

3.6 超聲波法

當(dāng)變壓器發(fā)生局部放電產(chǎn)生超聲波信號(hào)時(shí)，超聲波信號(hào)以球面波的形式以某一速度通過(guò)絕緣紙板、絕緣油等介質(zhì)向變壓器油箱外傳播。此時(shí)將超聲波傳感器安裝在變壓器適當(dāng)位置用于檢測(cè)局部放電時(shí)產(chǎn)生的超聲波信號(hào)，以此來(lái)確定變壓器局部放電的位置和大小。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于能對(duì)放電點(diǎn)所處的空間位置進(jìn)行確定，其主要局限性是由于聲波在傳播途徑中經(jīng)過(guò)絕緣介質(zhì)、金屬部件等后其衰弱、變形較為嚴(yán)重，所以聲測(cè)法基本不能反映放電量的大小，只能作為輔助測(cè)量[5]。

4 超聲波與高頻脈沖電流聯(lián)合檢測(cè)法

隨著變壓器局部放電檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展以及要求的逐步提高。近年來(lái)超聲波與高頻脈沖電流聯(lián)合檢測(cè)法由于相較傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)更加優(yōu)越而逐漸被推廣與應(yīng)用。

4.1 工作原理

圖1為電力變壓器局部放電檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理，該方法采用的是超聲波與高頻脈沖電流法相結(jié)合的工作原理。

該方法的采集系統(tǒng)由超聲波傳感器（AE）與高頻電流傳感器（HFCT）這2個(gè)傳感器實(shí)時(shí)采集工作現(xiàn)場(chǎng)的超聲波信號(hào)及高頻電流信號(hào)。具體方法為安裝在變壓器外壁上的AE傳感器用于檢測(cè)變壓器局部放電時(shí)產(chǎn)生的超聲波信號(hào)。安裝在變壓器接地線上的HFCT傳感器用于檢測(cè)高頻脈沖電流。

為了使設(shè)備局放時(shí)產(chǎn)生的微弱信號(hào)不被電力變壓器四周的各干擾源干擾，該檢測(cè)系統(tǒng)配置有兩類高性能配置及信號(hào)處理能力強(qiáng)的傳感器，且該傳感器采用不同原理的信號(hào)處理技術(shù)，使其可在時(shí)域中同步分析交變場(chǎng)中的檢測(cè)信號(hào)。該系統(tǒng)中的主機(jī)包括模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、前置放大器、數(shù)據(jù)圖譜顯示模塊以及中央處理器等，其主要功能為信號(hào)放大及信號(hào)處理（例如數(shù)字濾波、波形測(cè)量、脈沖記數(shù)、波形數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋?。系統(tǒng)處理器可利用傳感器采集到的相關(guān)信息，經(jīng)專用軟件對(duì)增益、閾值及顯示圖譜類型、進(jìn)行信號(hào)分析，同時(shí)可對(duì)局放信號(hào)與典型圖譜進(jìn)行對(duì)比分析，判斷放電類型并存儲(chǔ)相關(guān)信息，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備的在線檢測(cè)[6]。

4.2 技術(shù)特點(diǎn)

系統(tǒng)同時(shí)采用超聲波與高頻脈沖電流檢測(cè)技術(shù)，使其將兩者單一檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合，又避免了其自身檢測(cè)的局限性，具有2個(gè)優(yōu)勢(shì)。1）相較于超聲波檢測(cè)法傳播過(guò)程中衰減、畸變嚴(yán)重，聲測(cè)法無(wú)法反應(yīng)電氣量變化等檢測(cè)方法的局限性，高頻脈沖電流檢測(cè)法具有靈敏度較高、抗電磁干擾能力強(qiáng)、脈沖分辨率高等優(yōu)勢(shì)，因此使用該方法檢測(cè)變壓器局放，具有極高的準(zhǔn)確性。2）利用雙超聲傳感器的球面分析定位法，在確定變壓器存在局放時(shí)可準(zhǔn)確定位其放電源。并通過(guò)繪制三維圖形，幫助技術(shù)人員有效分析判斷電力變壓器的安全狀況。彌補(bǔ)高頻脈沖電流法對(duì)于局部放電信號(hào)不能精確定位的局限性[7]。

5 超聲波與高頻脈沖電流法的應(yīng)用實(shí)例

某變電站220 kV #1主變局放測(cè)試儀采用具有超聲波與高頻脈沖電流聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)，其現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)安裝如圖2、圖3所示。

在安裝后發(fā)現(xiàn)220kV #1主變有異常，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)圖譜如圖4、圖5所示。

根據(jù)圖4、圖5分析，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)高頻脈沖信號(hào)的測(cè)量信號(hào)幅值和數(shù)量較大，信號(hào)團(tuán)集中在一、三象限，峰值出現(xiàn)在90°和270°附近，具備典型局部放電特征，由此可判斷為變壓器內(nèi)部的局部放電。

此外利用超聲波傳感器將局部放電源定位于變壓器B相中部，同時(shí)通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)際測(cè)量分析，初步將局部放電源鎖定在高壓繞組處。

圖1 工作原理圖

圖2 高頻CT現(xiàn)場(chǎng)安裝情況

圖3 超聲波傳感器現(xiàn)場(chǎng)安裝情況

檢修部門(mén)根據(jù)局放在線檢測(cè)結(jié)果，通過(guò)油色譜分析等具體手段對(duì)故障變壓器進(jìn)行綜合分析，最終確定此臺(tái)主變確實(shí)存在絕緣缺陷，并將主變返廠維修。

通過(guò)該次局放在線檢測(cè)，證明了利用超聲波與高頻脈沖電流聯(lián)合檢測(cè)法的局放在線檢測(cè)裝置確實(shí)能夠在線檢測(cè)變壓器在正常運(yùn)行過(guò)程中的局部放電情況，且能及時(shí)判斷變壓器局部放電問(wèn)題，并且其測(cè)量位置與實(shí)際放電位置相符，證明了將聲電聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)運(yùn)用于變壓器局部放電帶電檢測(cè)具有重要的實(shí)用價(jià)值[8]。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)現(xiàn)在主要投入使用的變壓器局部放電檢測(cè)手段的分析論證，我們發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)有各手段的優(yōu)缺點(diǎn)，并通過(guò)背景調(diào)查及分析論證，最終提出了利用超聲波與高頻脈沖電流聯(lián)合檢測(cè)法對(duì)變壓器局部放電檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)，該方法既可以充分發(fā)揮高頻脈沖電流法可以很好地獲取故障量的優(yōu)點(diǎn)，又可以充分發(fā)揮超聲波法抵抗外界干擾、定位清晰的優(yōu)點(diǎn)，有效避免了單一檢測(cè)方法的局限性，可以有效地對(duì)電力變壓器進(jìn)行檢測(cè)。最終通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝運(yùn)用，將采集的現(xiàn)場(chǎng)信息用于軟件，分析發(fā)現(xiàn)該方法在在線檢測(cè)、定位變壓器的局部放電具有極佳的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用價(jià)值。

圖4 幅值大小分布

圖5超聲波局放定三維圖