电力变压器局部放电带电检测及定位技术

摘要：随着我国现代化进程的加快，我国的电力行业得到迅速发展，使得电力变压器的应用越来越广泛，随之而来的是变压器设备事故越来越频繁的发生，变压器的绝缘状况对变压器的运行可靠性有很大影响，当变压器发生绝缘劣化时，产生局部放电，造成电力事故。因此，为避免电力事故的发生，在选择变压器时，需要对变压器进行局部放电现象的检测与定位，当变压器长时间运行时，也需要对其进行该方面的检测。所以电力变压器局部放电的检测及定位技术显得越来越重要。以目前技术水平，检测变压器局部放电的方法有两种即电测法和非电测法，由于非电测法在检测时需将变压器断电，对生产生活影响较大，造成经济损失，故非电测法应用和发展受到较大，本文就电力变压器局部放电带电检测及定位技术进行讨论，对带电检测的方法和局部放电定位原理进行简单介绍。

关键词：电力变压器、局部放电、带电检测、定位技术

1.电力变压器局部放电及放电定位的重要性分析

目前在大型电力变压器行业，最为通用的绝缘方式是使用油纸复合绝缘，该方式主要用绝缘油、绝缘纸和其他绝缘材料对变压器线圈绕组进行包裹绝缘。在电力变压器的生产、组装、运输、工作过程中，各种偶发因素会导致油纸绝缘被破坏，引发变压器绝缘劣化，产生局部放电，最终导致设备故障。

局部放电是在电气元件中，绝缘体内的电气强度较高电场向电气强度较低电场发生的放电现象，这种现象在电气件外观的表现为绝缘体被击穿，造成固体介质局部的沿面放电。局部放电与绝缘劣化是互为起因和结果的，只要一方出现，就会相互影响，并出现逐步变坏的趋势，所以基于局部放电和绝缘劣化的相互影响关系，可以依据局部放电的程度对电力变压器绝缘优劣进行评估，有助于对电力变压器的维护保养，保证设备安全稳定运行。

经过分析国内外研究得出，绝缘劣化不仅与局部放电互相影响，而且绝缘劣化程度与局部放电电量的大小密切相关，与放电位置密切相关。由于大型变压器结构复杂，为便于分析判断其内部放电的严重性，十分必要对变压器内部局部放电位置予以确认。另外，在对电力变压器局部放电进行故障检修时，也需要对局部放电定位，以便缩短检修周期，提高检修效率。

2. 电力变压器局部放电带电检测的常用方法介绍

目前，对电力变压器局部放电带电检测的技术，均以检测局部放电电流产生的物理现象为依据，并以测量该现象严重程度的物理量来对局部放电状态的大小进行表示。目前带电检测方法主要有脉冲电流法、超高频法、超声波法等方法。

2.1脉冲电流法

脉冲电流法检测电力变压器局部放电现象是通过检测变压器阻抗或电流传感器，检测变压器套管末端屏蔽接地线、变压器外壳接地线、中性连接点接地线以及线圈绕组中因局部放电现象引起的脉冲电流，以检测到的脉冲电流大小来判断局部放电大小。脉冲电流法作为最早被研究、应用最广泛的一种检测电力变压器局部放电的方法，其所用到的电流传感器以罗戈夫斯基线圈制成，该传感器与被测变压器仅通过磁祸合建立检测关系，而不使用电气连接，增加了该方法的科学性、准确性。

由于脉冲电流法通过磁祸合方式进行检测，检测现场的电磁干扰对检测结果影响大，所以该方法通常被用于离线测试中。脉冲电流法在电力变压器运行现场进行测试时，由于电磁干扰严重、局部放电在变压器绕组内的传播，导致脉冲电流法在测量时误差较大。采用脉冲电流法进行带电检测，会因其检测原理的缺陷而受到现场复杂环境的影响，实验证明，通过对检测仪器加装滤波器、对干扰源进行隔离、对比多次测量幅值和趋势分析等方法可以解决上述问题。

2.2超高频法

电力变压器内部发生局部放电时，会产生高频电磁波，基于电磁波在金属箱体内的衰减比在自然空间衰减慢的特性，可采用超高频传感器检测由电力变压器箱体缝隙传出的电磁波，对变压器内部局部放电现象进行检测，获得变压器内局部放电的相关信息，并由此信息判断变压器内部的绝缘优劣。 

超高频法在检测电力变压器局部放电时，其检测频率范围为300-3000MHz，通过对频率带宽的合理选择，可以有效的避开现场环境干扰。超高频传感器相比于脉冲电流传感器，具有高灵敏度、高线性度、极短响应时间等优势。虽然实验证明脉冲电流法测得的局部放电数据与超高频法测得的局部放电数据的变化趋势相同，可用超高频法参量近似反映电力变压器局部放电的强弱，但由于变压器内部结构的复杂性，超高频测量原理与脉冲电流测量原理的不同，不同类型缺陷造成的变压器内部不同位置局部放电的电磁波强度、传播路径和衰减程度的差异对超高频测量方法得到的结果标定带来较大难度。

2.3超声波法

电力变压器工作时，其局部放电会造成绝缘油中气泡的气体分子剧烈碰撞，震动产生超声波，超声波通过油和绝缘纸板传播到达变压器外壳，在外壳上产生震动，所以我们可以将超声波传感器附在变压器外壳上，通过采集的超声波数据来分析检测变压器内部的局部放电情况。

超声波法在检测电力变压器局部放电时，其检测频率范围为20-200KHZ，由于这种检测方法，直接将传感器贴附于变压器表面，具有一定的抗干扰能力。经过反复试验和数据分析，测得的声压信号幅值与放电量成正相关性，所以可用超声波法测量变压器内局部放电强弱。但由于超声波的传播特性，其会在变压器箱内反复折射，使得超声波在变压器内部的传播过程异常复杂，所以目前还不能用超声波法准确的判断局部放电类型，超声波法在局部放电测量方面仍为一种辅助测量手段。

3.电力变压器局部放电带电检测定位技术介绍

由于电力变压器内部结构复杂，发生局部放电时，能有效确定变压器内部局部放电的发生位置，对迅速排除缺陷故障尤为重要，因此需要对局部放电位置进行定位。

3.1超声波检测定位

超声波定位法的基本原理是利用超声信号和电脉冲信号之间的时延，或直接利用各超声信号的时延进行定位。目前超声波带电定位技术以其便携性、抗干扰能力及离线、在线监测结果相近等优势成为国内外的研究热点。

利用超声波进行局部放电定位时，首先选取贴附在变压器箱体上的一路传感器作为参考点，分别测得放电信号传播至其他传感器与参考传感器间的相对时延，将此时间差带入满足该组传感器几何关系方程组求解，即可得到放电的几何位置，也称双曲面法。据此原理，影响变压器局部放电定位精度的主要包括三方面，即定位计算方法、超声传感器间时延估计以及等值声速v的取值。

3.2特高频检测定位

局部放电产生的特高频电磁信号具有很好的抗干扰能力，又由于电磁波在变压器中传播速度较快，能够实现放电点快速准确定位，但特高频电磁波难以穿透金属障碍物，遵循几何绕射理论，而电力变压器内部结构复杂，绝缘纸板、绕组等都会影响电磁波的传播路径，有必要探讨影响UHF电磁波传播的影响因素。

电磁波在油纸复合绝缘介质中的传播损耗很小，在良导体中电磁波传播衰减很大，基本全部反射。在放电源与特高频传感器间分别放置铁心和变压器线圈等进行实验室模拟测试，发现变压器铁心等实体金属对电磁波造成强烈衰减，信号首峰难以分辨，而电磁波可有效穿越绕组线圈并接近直线传播。

4.结论

目前已有多种带电测试方法应用于电力变压器局部放电的检测，每种方法均有其优缺点、适用范围与条件，往往造成实测结果差异较大，难以比较，极大地了现场应用。由于变压器内部结构十分复杂，对其内部放电源进行快速、准确的定位仍存在较大困难。实验室主要针对变压器局部放电产生的声、光、电现象进行放电研究，并着重利用不同的放电检测方法对放电进行联合定位，在现场已起到指导性作用，而现场对于变压器外部绝缘的放电检测，主要采用光学成像技术，如红外热成像检测技术与紫外成像检测技术。今后，对于电力变压器局部放电检测与放电源的定位会朝着实用化、简洁化和可视化的方向发展，通过可视化，不但可知局部放电是否发生，对放电的发生位置也“一目了然”。

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