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摘要：为了提高变压器的产品质量，必须对变

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压器局部放电实施在线监测并及时报警，这对预防重大事故的发生、保障变压器稳定运行具有重要意义。本文分析了局部放电的检测技术研究，展望了变压器局放检测的前景。
关键词：变压器局部放电在线检测前景
变压器内部的绝缘在运行中, 长期处于工作电压的作用下, 特别是随着电压等级的提高, 绝缘承受的电场强度值将趋高, 在绝缘薄弱处很容易发生局部放电。局部放电时间虽短, 能量也很小, 但具有相当大的危害性, 它的长期存在, 对绝缘材料将产生较大的破坏作用。局部放电可使邻近的绝缘材料受到放电质点的直接轰击造成局部绝缘的损坏; 由放电产生的热、臭氧及氧化氮等活性气体的化学作用, 使局部绝缘受到腐蚀老化, 电导增加, 最终导致热击穿。变压器内部绝缘的老化及损坏, 多半是从局部放电开始的。随着电网不断扩展, 提高电气设备的安全运行水平、开展对变压器局部放电实施在线监测、结合智能化诊断的专家系统分析变压器绝缘状态、及时确定绝缘缺陷的性质就显得越来越重要。

一、局部放电的检测技术研究

1、脉冲电流法

脉冲电流法又称耦合电容法. 该方法一般是用罗哥夫斯基线圈制成的电流传感器套接在变压器的铁心接地线、套管末屏接地线、中性点接地线或外壳接地线上, 用以检测因局部放电而产生的脉冲电流, 从而得到局部放电的基本信息.
该方法灵敏度高, 可定量测量, 是研究较早、应用较广泛的一种检测方法. 但其灵敏度会随试品电容的增加而下降, 且测量频率低、频带窄(一般不超过1MH z), 易受电磁干扰, 所以不能有效地用于现场的在线检测. IEC 在2000年为脉冲电流法正式公布了测量标准( IEC60270) , 另外, 也可依据椭圆示波图来分析局部放电信号的特征.

2、超高频法

局部放电时会产生很陡的电流脉冲, 且向四周辐射高频率的电磁波, 其中的超高频成分( 300 ~3 000MH z)相当丰富. 现场干扰的频谱范围一般小于300MH z, 且干扰信号在传播过程中衰减很大, 因此使用超高频传感器来接收局部放电辐射的电磁波, 可有效避开多种现场干扰, 极大地提高变压器局部放电在线检测的灵敏度和可靠性. 清华大学于1995年研究开发的基于超高频法的便携式局部放电检测仪为外部传感器检测, 具有很强的实用性,且便于确定局部放电源的位置.
超高频法解决了脉冲电流法测量频率低、频带窄的问题, 目前, 已应用在G IS, 电缆和电机的局部放电测量中, 取得了较好的效果. 然而, 变压器内部的绝缘结构十分复杂, 电磁波在传播过程中将发生多次折射和反射, 造成衰减, 而且变压器箱壁的屏蔽作用也会影响电磁波的传播, 利用超高频法对变压器的局部放电进行检测变得十分困难. 所以, 迫切需要对变压器超高频局部放电信号的传播特性及放电源的定位进行研究.
近年来, 国外开始研究基于多导体传输线的超高频信号在变压器绕组中传播的模型. 英国曼彻斯特工业大学初步建立了放电脉冲在变压器连续式单绕组中传播的多导体传输线模型. 仿真结果表明, 该模型适用于10~ 100 Us放电持续时间的局部放电信号, 且绕组传输函数中的零点位置表征了局部放电的定位信息, 但只局限于连续式单绕组.

3、超宽频法

该方法是在超高频基础上对检测频带的拓宽,带宽可达几GHz, 能更加全面地研究局部放电信号的特征. 目前, 使用超宽频法对局部放电进行检测的研究还处于探索阶段, 但也取得了一些成果. 西安交通大学于1998年研制成功一种超宽频带局部放电传感器, 经网络分析仪测量, 其频率响应特性良好. 当前, 该方法需要解决的技术关键包括局部放电超宽频测试系统的研制、实时高速数据采集技术及电磁干扰的抑制等.
日本的K aw ada提出一种新的用于监测局部放电源的超宽频带UHF无线电抗干扰系统. 该系统通过不同频率提取2个经傅里叶变换处理后的宽带电磁波信号, 然后根据它们的相位差来判断局部放电的程度, 并计算出了从局部放电源发射的电磁波的方向, 且不需要安装天线. 华北电力大学在实验室检测系统的基础上, 开发出了一套用于现场的基于超高频检波信号的固定式监测系统. 该系统可以实现在线数据采集和相位统计, 并分析超高频信号随时间变化的历史趋势等, 2003 年2 月23日对其成功地进行了在线安装和试验.

4、超声波法

变压器内部发生局部放电时, 会产生超声压力波, 其在不同介质(油纸、隔板、绕组和油等)中以球面波的方式向四周传播, 因而, 可以把超声波传感器固定在变压器油箱壁上来检测局部放电. 该方法可以避免电磁干扰的影响, 定位方便, 且易于在线检测. 但超声波在变压器内部的传播是一个很复杂的过程, 且衰减严重, 因而到达油箱壁外的超声信号很微弱. 而且, 目前还无法利用超声波信号对局部放电进行模式识别和定量分析, 因此它主要用于定性分析局部放电信号的有无, 或作为一种辅助测量方法, 与其他检测方法联合使用. 澳大利亚学者就曾对利用光纤测量系统深入变压器内部测量局部放电的超声波法进行了研究.

5、化学检测法

该方法的离线监测即油色谱分析( DGA )法, 是通过分析变压器发生局部放电时产生的各种气体( CH4, C2H6, C2H4, C2H2, CO, CO2 和H2 ) 的组成和浓度, 来确定故障类型和故障程度的方法, IEC 为此特意制定了三比值法的推荐标准. 油色谱分析法已经积累了很多的故障诊断经验, 但是将变压器油和气体分离开需要很长的时间, 所以该方法只能较好地检测出早期的潜伏性故障, 对突发性故障无能为力, 且只能作定性的分析, 无法进行定量判断. 化学检测法的在线检测正逐步应用推广, 它能实时检测出变压器内不同气体的变化情况, 及时诊断出突发性故障. 然而, 需要长期的现场经验才能积累并形成其知识体系.
上海思源电气公司于2005 年成功研发了TROM—600型变压器油色谱在线检测系统, 它采用真空脱气方式, 并在混合气体分离、数据处理及智能诊断等方面都有很多的创新, 使得变压器油色谱在线检测成为现实. 该系统目前需要解决的主要问题是如何提高透气膜的抗老化性、气敏传感器的稳定性及色谱柱的性能和检测灵敏度等.

6、光测法

变压器局部放电时也会发生光辐射, 不同原因造成的局部放电, 产生的光波长也不同, 一般在500~ 700 nm之间. 把光辐射进行光电转换, 然后检测光电流的特性, 便能对局部放电进行识别. 该方法不受电磁干扰影响, 灵敏度高. 目前, 在实验室里利用光测法来分析局部放电的特征及绝缘劣化的机理已经取得了较大的进展. 然而, 光测法所用的设备复杂、昂贵, 并且要求被检测的物体对于光来说是透明的, 所以, 将其应用于现场检测还需很大的努力.
局部放电检测方法很多, 目前主要采用脉冲电流法和超声波测量法. 二者除传感器不同外, 基本测量原理是相同的。

二、变压器局放检测的前景

随着电力系统的发展和电压等级的提高, 局部放电已经成为电力变压器绝缘劣化的重要原因, 因而局部放电的检测和评价也就成为绝缘状况检测的重要手段。而局放检测应用于判断变压器绝缘状况,首先要解决的问题是变压器是否发生局放、严重程度以及绝缘是否受损等, 尽量不误判、不漏判; 其次才涉及到如定位、绝缘寿命等其他问题。因此笔者认为, 变压器局放检测下一步的研究工作应集中在:

1、局放基础理论的研究

各种局部放电模型的建立, 如气隙放电, 尖板放电等, 以及局放信号在变压器绕组中的传播模型等。只有对这些基础理论进行深入的研究, 才能弄清变压器局放信号的特征表现, 从而采取有效的措施抑制外界干扰, 准确地判断出变压器是否发生了局放,为后续开发可靠的监测系统打下良好的基础。

2、新型传感器的开发

随着基础理论和信号处理技术的发展, 开发出高带宽, 灵敏度高, 线性度好, 信噪比高的传感器将是局放测量系统的研究重点之一。另外, 随着传感器技术的发展, 许多新型的传感器也应用于局放的检测, 如光传感器等, 这也将推动局放检测技术的发展。

3、放电量标定问题

这是判断变压器发生局放严重程度及绝缘是否受损的关键所在。如何对放电量进行标定也是目前声测法、红外热像法、超宽频法等亟待解决的难点,这就需要在现场积累大量的实测数据。这一问题的解决必将推动声测法、红外热像法、超宽频法等在变压器局放检测中的广泛应用。
局部放电在线监测主要对变压器实施实时在线监控，随着传感器技术和信息分析技术的发展，将使得变压器局部放电在线监测的灵敏度、监测精度越来越高。目前，对于正在运行中的变压器，由于放电部位很多，无法逐一实行监测，需要把监测定位主要放在具有破坏性（包括引起油分解）的局部放电在线监测上。
参考文献：
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