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摘要：随着人们生活水平的提高，电在人们生活中越来越重要，电力系统运行中出现的局部放电现象会使电力设备发生运行故障，因此对电力变压器局部放电带电检测及定位技术进行了研究。通过分析高频电流法、超高频法、超声波法、光学法和油中气体溶解分析法等局部放电带电检测技术，阐述超声波带电检测定位技术和特高频带电检测定位技术，并对比分析了这些检测和定位技术，旨在探究其现实应用。
关键词：变压器；局部放电；带电检测技术；现场应用
引言
我国电力系统正朝着特高压大电网输变电模式、智能化变配电系统、清洁能源大规模开发利用的方向发展，在电网规模大规模发展的同时，对电气设备运行的稳定性和可靠性提出了更严格的要求，特别是引入特高压后将改变原有地方区域电网的输变电系统格局，原有环网上一些重载变电站中部分断路器的遮断容量将不满足系统需求，相应的运行方式也需做必要调整。同时对包括现有500kV、220kV环网在内的所有变电设备的可靠性也提出了更高的要求。局部放电是电气设备的常见故障之一，因其成因多样、不易察觉，故障点既可能出现在设备表面也可能出现在设备内部，在一些极端情况下需要将设备拆解才能发现故障成因，如何避免任其发展造成严重的后果成为近年来国家电网公司试验专业的重要研究课题。为了提高设备投运前验收的准确性和设备投运后的可靠性，有必要总结出一套完善便捷的局部放电检测方案，实现设备投运前交接试验、运行中带电检测等环节实现局部放电的全过程监控，并通过分析设备特点，优化检测流程，达到缩短故障判别时间，提高设备运行可靠性的目标。局部放电带电检测是对电气设备运行健康状况的重要检测试验项目，目前变电站电气设备局部放电带电检测一般采用局部放电检测方法普测，重点运行设备定期检测和在线检测装置实时远传检测信息等方法。上述方法均未考虑采用单一检测方法无法覆盖电气设备全部类型局部放电的检测范围，同时在对疑似故障设备开展局部放电检测时通常仅凭借工作经验开展局部放电定位及定量检测工作，这就造成电气试验人员无法及时将设备准确故障信息反馈给设备检修人员，延长了设备故障判断时间，影响设备运行可靠性。
1变压器局部放电带电检测技术
1.1变压器高频局部放电检测原理
高频局部放电检测技术是利用脉冲电流原理来检测高压电气设备的局部放电。以变压器为例，若变压器内部发生局部放电，利用变压器绕组与铁心之间的分布电容形成的耦合通路，放电产生的高频信号通过此耦合通路经铁心接地线构成回路，卡装在铁心接地线上的高频电流传感器即可接收到变压器内部的放电信号并在巡检仪上显示出相应的检测数据，通过局部放电高频检测设备能够获得变压器的局部放电信息。
1.2超高频检测法
当电力系统发生局部放电现象时，系统会产生一种高频率电磁波。这种电磁波在自然空间中的衰减速度虽然相对正常，但是在金属箱中会变慢，进而逐渐从金属箱的缝隙部位传播出来。这种情况下，只要对这种电磁波进行带电检测，就可以判断电力变压器是否存在局部放电情况，并且有效诊断电力变压器的绝缘状态。超高频检测法进行带电检测主要是有效利用超高频传感器。这种传感器主要分为两种类型：一种是可以安装在设备内部的油阀式UHF传感器；另一种是可以安装在设备外部的外置式UHF传感器，具体情况如图2所示。例如，在现实检测过程中，超高频检测法能够检测到300-3000MHz范围内的信号，能够在这一频率范围内有效避免设备受检测现场的干扰，从而提高检测结果的准确性。超高频检测法的最大优势是灵敏度高、瞬态响应能力强，可直观表现出电流的强弱。电力变压器的结构复杂，超高频检测法并不能对不同位置的电流给予有效标定，因此在现实应用中存在局限性。
1.3变压器超声局放定位技术
超声局放定位一般需在变压器油箱壁上布置多个传感器，利用超声波传至各个传感器的时延不同，计算得出放电源的空间位置。超声波传播要经过铜、油纸等多种介质，为了定位计算方便，一般用等值波速取代声波在变压器内的真实传播速度，通常取1400m/s，进而通过声速和时延计算得到放电源的位置坐标区间。目前应用较广的是利用电声时延和声声时延定位两种方式定位局部放电源的位置。电声时延定位法是在变压器油箱外壁上安装多于3个超声传感器，以局部放电的电脉冲作为触发基准信号，记录电脉冲信号和多个通道的超声波信号，以测得电信号与超声波信号的时延作为从局部放电点到达各传感器的传播时间。以变压器中超声波等值声速乘以时延而得到放电点到各传感器的空间距离,就可以建立声波传感距离和时间的球面方程求解。声声时延定位方法是在变压器油箱外壁上安装多于4个超声传感器，选用一路声信号触发其余声信号。定位时选择第一个声信号的传感器为参考探头,以此为基准测量同一局部放电超声信号传播到其他传感器时对应的时差,利用该组时差和超声波的等值波速建立双曲面方程求解,即可求出局部放电点的几何位置坐标。由于变压器内部结构复杂，超声波在多种介质中传播的声速、衰减、途径等复杂多变，超声局放检测难以精确定位放电源位置，但通过判断分析超声局放信号却能够确定放电源的区域范围，为变压器缺陷定位提供参考。
2超声局放检测的现场应用
现场检测应用经验通过总结变压器超声局放检测现场应用的经验，得出在测试和分析时应注意以下几点。①超声探头布置好后，应先依据背景噪声设置触发门槛值和各通道信号增益。变压器外形尺寸、超声探头的布置位置坐标均要明确，以便于进行局放信号定位。在变压器的高压引出线、磁屏蔽等位置要重点测量，这些部位的超声信号更易测量到。由于超声波的衰减特性，很难反映变压器低压绕组的局部放电点。②检测到疑似信号时，要从超声信号的重复性、频谱、相位特征、幅值、持续时间综合分析判断。局放超声信号的频率一般在40-300kHz，幅值一般在40-80dB，与50Hz相关，多通道采集时信号之间应存在一定的时延。③超声波局部放电检测结果应与油色谱等其他高压试验相结合，对内部缺陷作出准确判断。④在进行超声局放定位时，要结合被测变压器或电抗器的内部结构，进行综合分析判断。此外，工作人员应着重分析和研究PLC组态软件、控制器等组件，确保其在系统大环境下有良好的可操作性和自适应性，同时不断升级和完善数据库、操作系统及机械设备，增强系统的自主管控性，提高PLC的可控程度。
结语
变压器油中溶解气体的气相色谱分析、红外热成像、铁心接地电流被认为是检测变压器内部是否发生故障以及故障类型的重要手段，案例中试验人员在设备周期性检测过程中发现变压器内油色谱检测异常，并结合红外热成像仪和铁心接地电流法准确判断出故障点，为设备的停电检修工作提供了准确的信息。近几年各地变电站容量发展迅速，但是一些老旧变电站设备运行状况不容乐观，由于许多主变压器经历过多次短路电流冲击，因此试验人员应灵活运用油色谱、红外测温、高频局放测试等带电检测手段，对主变压器的运行状态进行持续性监测，并根据设备运行状况，电网负载，夏季温度等有针对性的缩短检测周期，能有效发现设备隐患，提高缺陷的检出率。
参考文献
[1]郭俊，吴广宁，张血琴.局部放电检测技术的现状和发展[J].电工技术学报，2005，30(8)：29-35.
[2]刘振亚.特高压交流电气设备[M].北京：中国电力出版社，2008.
[3]王国利，郝艳捧，李彦明.电力变压器局部放电检测技术的现状和发展[J].电工电能新技术,2001，20（2）:52-57.
论文作者:陈文浩
论文发表刊物:《城镇建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/7/18
标签：局部论文; 变压器论文; 超声论文; 设备论文; 信号论文; 传感器论文; 超声波论文; 《城镇建设》2019年第8期论文;