摘要：作为输变电系统的核心设备，变压器运行的可靠性越来越受到重视。影响变压器正常运行的主要原因是变压器绝缘缺陷引起的局部放电，这将导致绝缘结构的电气强度降低，最终导致绝缘击穿或表面闪络。本文研究了变压器局部放电的超声波检测方法。
关键词：电力变压器；局部放电；超声波检测
前言
电网发展的现状要求变压器必须要可靠运行，如何保证变压器能可靠运行，主要是在不停电的情况下及时发现变压器内部的各种缺陷。变压器内部各种绝缘缺陷的早期表现为局部放电，所以需要定期对缺陷的性质和严重程度进行综合评价。从现有的带电诊断变压器局部放电技术看,超声波局部放电检测是较为可靠和行之有效的手段，定位变压器局部放电的位置，对于变压器缺陷的性质及严重程度的诊断是十分必要的，针对超声波局部放电检测的缺陷性质及定位的位置，可以相应地制定变压器的现场或返厂检修策略，这对提升变压器安全及经济运行具有重要意义。
1变压器局部放电在线监测的意义
随着城市建设的迅速发展和人们生活质量的逐渐提升，人们对电力的依赖越来越大，提供稳定可靠的电力系统越来越为重要。城市化的重要枢纽处的大型变压器承担的输送电力的重要任务，如果发生故障将会造成以片为区域的民用和工业等停电事故。鉴于电力设备的重要性，保证电气设备的稳定安全运行可以从以下两方面来避免，一方面可以使用质量较为可靠和绝缘强度较好的绝缘材料，另一方面要定期检测电气设备的绝缘情况，有损坏时及时更换和处理，减少因此导致的电气事故发生。在实际测试和总结的电气设备损坏统计中，发生绝缘破坏的主要原因是变压器局部放电导致的。因此检测变压器局部放电情况，能够凸显出电气设备的绝缘状态，能够第一时间检测到运行的电气设备绝缘情况，参考其检测结果来判断是否存在局部放电隐患存在。此项工作对于电力系统的稳定安全运行具有重要的意义。
2电力变压器局部放电现状分析
电力变压器在局部放电的过程中通常会有电磁泄漏、电极两端有脉冲电压的释放、绝缘的物质分解出的气体等现象随之产生。根据总结出电力变压器在局部放电过程中伴随产生的现象，结合实际应用时的情况，使用特定方法进行检测。实际检测多种方法中脉冲电压测试方法和电流测试方法是最为常用的两种。而在定期对电力变压器进行维护和检测时，使用较多的是脉冲电流法。在变压器发生局部放电故障时，快速准确判断放电故障位置，排除故障点对由此产生的影响降低到最小。在电力变压器施工安装阶段，首先要对电压器可能存在隐患点进行排查和记录，在实际使用过程中，发生故障能够快速的排查出局部放电位置。其定位原理主要包含如下:一种是电气元器件定位方法可以细化为电容改造之后的分量检查方法、极性检查法和多个位置排查检查法等。另一种是超声波检测法，可以利用超声波反射的原理来检测故障点。此方法可以细化为声音检测和电声转化。声音转化检测的方法使用较为普遍和准确。在对电力变压器进行局部放电检测时候，要排除电磁干扰和防止电磁干扰的措施，在检测时候，如果存在电磁干扰的话，对电力变压器局部放电检测结果都会产生影响，严重时会无法测试结果，所以在检测过程中必须对电力变压器电磁干扰进行有效防护的情况下进行检测，确保检测准确性。
3超声波检测法
超声波检测法的检测原理主要是利用局部放电发生时会产生超声波信号，通过对超声波信号的检测来判断放电特性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆局部放电发生前，放电点周围的电场应力、介质应力、粒子力处于相对平衡状态，当局部放电发生时，电荷快速释放迁移，将导致放电点周围的电场应力、机械应力与粒子力失去平衡状态而出现振荡变化过程。机械应力与粒子力的快速振荡，导致放电点周围介质出现震动现象，从而产生声波信号，电气设备局部放电产生的超声波信号频段一般为20～200kHz。目前超声波检测法主要包括局部放电类型识别技术和局部放电源定位技术。检测装置由硬件系统和软件系统组成。硬件系统包括超声波传感器和信号处理与数据采集系统。超声波传感器主要以压电式为主，谐振频率选取根据电器设备的不同而不同，以变压器为例，谐振频率为160kHz最佳，以GIS设备为例，谐振频率为40kHz最佳。软件系统包括人机交互界面、数据处理、缺陷类型分析和数据存储。超声波检测法抗电磁干扰能力强、便于实现放电定位、适应范围广泛;其缺点也很明显，易受低频段声波干扰，对内部缺陷不敏感，灵敏度较低。超声波局部放电检测技术用于变压器局部放电检测最早始于20世纪40年代，因灵敏度低、易受外界干扰等原因，没得到广泛应用。随着微电子技术和信号处理技术的飞速发展，压电换能效率的提高和低噪声集成元件放大器的应用，超声波法的灵敏度和抗干扰能力得到极大提高，在实际应用中得到重视。广泛应用于变压器、GIS、开关柜等各类一次设备，也可作为辅助手段与特高频法或射频电磁法进行放电精确定位联合检测，结合信号处理和数据采集技术应用在在线监测系统中是主要趋势之一。国外方面，挪威电科院的L.E.Lundgaard从20世纪70年代末开始研究局部放电超声波检测法，并于1992年发表了介绍超声波检测局部放电的基本理论及在变压器、电容器、电缆、户外绝缘子、空气绝缘开关中应用情况的文章;2000年，澳大利亚的西门子研究机构使用超声波和射频电磁波联合检测技术监测变压器中的局部放电现象;2002年，法国ALSTOM输配电局的研究人员对变压器中的典型局部放电超声波信号的传播与衰减进行比较研究;2005年德国Ekard Grossman和Kurt Feser发表了基于优化声发射技术的油纸绝缘设备超声波局部放电在线测试方法，通过二维傅里叶变换对信号处理，可达10pC的检测灵敏度。应用光谱工具分析了局部放电产生的声发射脉冲，设计了一个光谱分析程序，并定义一种用来表征声发射脉冲特性的频域描述符，通过分析与时间、振幅相关联的描述符的值的能量密度来研究声发射脉冲。结果覆盖了能够生成声发射脉冲的四种放电模型:油中点平面放电、油中表面放电、油中气泡放电和不确定粒子在油中运动。结果表明，这些描述符可构成唯一标准识别局部放电类型。研究了变压器模型发生局部放电时产生的超声波信号特性。国内方面，2000年初，超声波局部放电检测技术开始引入国内。国内清华大学、华北电力大学、西安交通大学、武汉高压所等科研机构开始逐渐开展超声波局部放电检测技术的研究。西安交通大学提出了相控定位方法，武汉高压所开发的JED系列超声波定位系统，其对变压器放电缺陷定位误差可小于10cm。基于BP算法的人工神经网络分析方法反映放电信号的频域特征量与变压器放电模式的关系，提出了一种基于三星S3C2410处理器和嵌入式uClinux操作系统的变压器局部放电在线监测系统，并介绍了系统软硬件的设计。该系统与传统检测设备相比，能够大大提高放电检测的实时性及系统性。首先分析了光栅布喇格(FiberBraggGrating)对超声波的影响特性，在掌握FBG波长变化与超声波频率和幅值相关关系基础上，提出了基于光纤传感的变压器局部放电超声检测系统，解决了传统超声检测技术在现场应用中存在外置式传感器灵敏度低、抗干扰能力差等问题。
结束语
超声波检测定位技术对变压器局部放电的检出及定位具有良好的实用性，在变压器绝缘缺陷初级阶段即能有效地检出并定位缺陷，为以后进一步的维修及试验策略的制定提供了可靠的依据。
参考文献
[1]张泽华,陆国俊,王勇,等.变压器局部放电带电测试在电网中的应用[J].高电压技术,2017,33(10):217-218.
[2]杜振波,伍志荣,聂德鑫,等.特高压换流变压器局部放电超声波检测及定位[J].变压器.2014,51(8):59-62.
论文作者:李静静
论文发表刊物:《防护工程》2019年第5期
论文发表时间:2019/6/16
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