（1.新疆送变电工程公司 新疆乌鲁木齐 830011；2，3.杭州易休特科技有限公司 浙江杭州 310011）
摘要：针对不同厂家电力变压器局部放电检测设备准确性、稳定性和可靠性存在较大差异，以及目前不同带电测试方法优劣势和数据分析不够深入的问题，本文设计了基于电力变压器局放模拟装置，该装置模拟110kV电压等级的电力变压器，设计了四类局部放电物理模型，包括尖端放电、悬浮放电、气隙放电、颗粒放电，通过分析不同模型物理特性对局部放电状态的影响，找出不同类型的放电量稳定可控放的放电模型，并针对这四种放电模型，研究其在油环境下视在放电量与UHF测试值、视在放电量与AE测试值间的关系，完善各种检测技术针对变压器局部放电的检测效果，分析各类检测技术的优点及缺点，建立完善的变压器局放带电检测实施方案，为实际生产、试验教学及电网检修提供必要的数据支持。
关键词：电力变压器；局部放电；局放模型；带电检测
Research On Live Detection Method Based On Partial Discharge Model of Power Transformer
（Yibao Jia；）
（Xinjiang Electric Power Transmission & Transformation Corporation；Urumchi；）
Abstract：as for the great difference between different manufacturers in accuracy，stability and reliability of partial discharge detection equipment of power transformer as well as the problems related to advantages and disadvantages and no further analysis of live testing methods at present，the paper is intended to design a simulated device based on partial discharge of power transformer.The device is aimed to simulate 110kV power transformer to design four physical models of partial discharge，including point discharge，suspended discharge，air-gap discharge and particle discharge model.By analyzing the influence of physical properties of different models on partial discharge condition，the discharge model with stable control of the discharge capacity can be found.With respect to these four discharge models，the research can be carried out in oil environment for the relationship between the apparent discharge capacity and UHF test value as well as the relationship between the apparent discharge capacity and AE test value.Therefore，it is possible to enhance the detection effect of various detection techniques on partial discharge of the transformer，analyze advantages and disadvantages of the detection technique and implement a perfect live detection plan of partial discharge of the transformer，providing necessary data support for actual production，experimental teaching and maintenance of power grid.
Key words：power transformer；partial discharge；partial discharge model；live detection；
0 绪论
电力变压器是电力系统中的关键设备之一，它承担着电压变换、电能分配和传输等功能，是输变电系统中最为关键的环节。变压器的正常运行是电力系统安全、可靠、优质、经济运行的重要保证，其健康水平和运行状况的好坏直接影响着整个电力系统的安全运行。变压器的故障不仅影响电力系统的输电能力，甚至可能造成电力系统的大规模停电，给电力系统和国民经济带来重大损失。随着电力系统规模和变压器单台容量的不断增大，其故障对国民经济造成的损失也愈来愈大，因此努力提高变压器运行维护和技术管理水平，降低变压器故障的发生几率，是电力系统迫切需要解决的问题。
而各类变压器带电局放检测设备以其检测灵敏度高，缺陷定位及类型判断精准、现场容易应用等特点获得广泛的应用，但是由于监测/检测手段不科学，方法不当，数据分析不够深入，实际检修中设备仍存在一定的盲检率。尤其是输变电设备状态监测系统建设中，一方面接入数据量还需逐步扩充；另一方面对关键数据的高级分析挖掘能力还急需深入研究整合。各个电力部门普遍开展了定期设备带电检测工作，但在执行中还存在标准不高、手段不健全、统一的技术标准不够完善等等问题，因此进一步发挥带电局放检测技术对设备状态评价的支撑作用是摆在我们面前的一项重要研究内容。
本文针对目前变压器现场局放试验方法的要求，以变压器局放模型入手，通过对变压器故障原理的分析，利用精密故障模拟、局放原理分析等技术开发电力变压器局放故障模拟检测试验装置，并利用该系统对变压器在不同工作环境下的局放故障特征进行研究，建立局放故障模拟数据库，分析局放故障信号特征，为现场变压器故障诊断提供依据。
1 变压器局放检测方法现状分析
电力变压器中有可能出现的主要绝缘缺陷可以总结为以下几个方面：
（1）固定缺陷。其中包括内部绕组、相关导体和外壳内表面上的金属突起，以及固体绝缘表面上的微粒。金属突起通常是在制造不良和安装损坏擦划时造成的，导致毛刺且较尖。在稳定的工频状态下不引起击穿，但在快速电压如冲击、快速暂态过电压条件下很危险，易发生绝缘事故；
（2）电力变压器油箱内可以移动的自由金属微粒。金属微粒是最普遍的微粒，在制造、装配和运行中均有可能产生，它有积累电荷的能力。在交流电压场的影响下能够移动，在很大程度上运动与放电的可能性是随机的。当靠近高压导体且并未接触时，放电最可能发生，且放电可能性比同样微粒但为固定物时高10倍左右；
（3）传导部分接触不良。例如静电屏蔽和其它浮动部件。由松动或浮动部件产生的放电可能性很大，通常易于检测，放电趋向于反复，其放电电荷在nC到gC间转变。
（4）变压器制造时造成的内部空隙和实验闪络引起的表面痕迹，还包括或是因电极的表面粗糙或是来自制造时嵌入的金属微粒，此外因内部油循环产生的部分气泡在绕组以及其它部位产生的气隙绝缘缺陷，这些电力变压器的绝缘缺陷类型极有可能会在电力变压器中产生局部放电，在绝缘体中的局部放电甚至会腐蚀绝缘材料，进一步发展成为树枝，并最后导致绝缘击穿。
而电力变压器发生以上绝缘故障时，往往会伴随各种物理现象的产生，比如常规的脉冲电流信号、纳秒级脉冲信号、振动冲击或声波信号、油中气体含量变化、水分变化、各种光热现象等，因此针对不同物理现象研发设计的多种检测技术手段也应运而生，常用的测试方法比如有脉冲电流法、UHF局放检测法、AE局放检测法、高频局放检测法等方法。
脉冲电流法：常规停电检测方法，优点是放电电流脉冲信息含量丰富，可通过电流脉冲的统计特征（如局放量值）和实测的波形来判定放电的严重程度，进而运用现代分析手段了解绝缘劣化的状况及其发展趋势；对于突变信号反应灵敏，易于准确及时地发现故障；具有较有效的校准方法，易于定量，因而得到广泛的应用。目前国内外比较成熟的局部放电检测装置普遍采用这种方法。缺点是需要停电检测，测试过程较为复杂，易受现场环境干扰，对试验人员的局放判断水平有较高的要求，且试验成本相对较高。
UHF法：带电测量方法，优点是测量方法不改变设备的运行方式，并且可以实现在线连续监测，可有效地抑制背景噪声，如空气电晕等产生的电磁干扰频率一般均较低，UHF方法可对其进行有效抑制，抗干扰能力强。缺点是仅能判断局放故障是否产生，无法直接判断具体量值，缺乏相关标准规范支持，且现场安装比较麻烦。
AE法：带电测量方法，优点是传感器与电力变压器设备的电气回路无任何联系，不受电气方面的干扰。设备使用简便，技术相对比较成熟，现场应用经验比较丰富，由于测量的是AE信号，因此对电磁干扰的抗干扰能力比较强，可以对缺陷进行定位。缺点是由于电力变压器设备内部结构复杂，AE信号会产生各种反射，传导路径更加多样，本身变压器运行时也会产生各种振动，信号模式复杂，灵敏度不高，无法直接判断具体量值，缺乏相关标准规范支持。
高频法：带电测量方法，优点是高频CT可直接安装在变压器接地母排或其它接地点，可以实现在线连续检测，且在高频段检测局部放电信号还可以有效避免外界噪声干扰。缺点是高频信号量微弱，入地电流大，容易被背景淹没，相关滤波器和放大器会使原始波形发生畸变，容易误导误判，缺乏相关标准规范支持。
2 变压器典型局放模型设计
2.1典型放电理论模型油中试验研究
2.1.1针尖对板放电
模型如图1所示，高压端为针尖，接地端为极板，针尖与板之间的距离大致从3mm到15mm不等，其针尖尖锐程度也选择了不同的弧度。
（1）气隙放电：目前该模型放电量的大小完全取决于模型的形状和长度。现模型采用柱状结构，在相同的直径条件下，改变模型长度就是调节放电量。而且其本身局放量就稳定，调节范围大。
（2）悬浮放电：悬浮放电模型的局放量受悬浮金属的形状体积影响较大，且放电量很大超过5000PC。
（3）颗粒放电：现有颗粒模型能很好的将颗粒控制在一定范围内，能自由的接近或远离母线。其局放量受颗粒的大小、数量影响很大。一般采用30颗以下的直径为0.8mm小铝球，再加一直径为5mm大铝球，就会产生8Pc以上的局放量，能使用脉冲电流法明显的观察到。
（4）尖端放电：主要受尖端曲率以及距离影响，包括高压尖端和地尖端。曲率越大，放电量越大，起始放电电压越低。考虑到高压尖端距离不可调，且尖端放电的同时伴随着沿面爬电出现。但在变压器缺陷模拟装置中，由于油中尖端放电的特点，极易击穿，因此需要在测试时小心调节。
3 变压器局放模拟装置设计
变压器局放模拟装置具备准确模拟各类局部放电的能力，通过外部调节装置直接体外控制局放故障的产生、消失以及加重，利用不同的检测方法对变压器的局放故障进行检测研究，分析局放信号特征，建立相关局放图谱与数据库，为变压器故障诊断、科研教学、仪器考核等提供参考依据。装置系统接线与外观如图11与图12所示：
4.5尖端放电图谱
由于油中尖端放电的特点，极易发生击穿，且放电非常不稳定，放电便击穿，因此相关图谱不稳定且不易截取。
4.6试验分析及总结
根据4.1实验数据以及4.2～4.5实验图谱分析得出，四种局放放电模型中，气隙放电与颗粒放电最为稳定，模拟效果最好；而悬浮放电由于其放电值最大最明显，最容易判断；尖端放电由于在油中放电特点，极易发生击穿，因此不宜观察与截取图谱。
另外在三种带电检测方法中，由于变压器本身结构特征以及油环境影响，UHF法测试效果较AE法、HF法较好，原因是变压器整体为金属封闭环境，不易受外界电磁干扰影响。但在针对颗粒放电测试中，AE法的测试效果最明显，也最好；此外，HF法由于目前检测部位有限，其实际检测效果不如UHF法与AE法明显。
5 结论
本文通过专门设计的变压器典型局部放电模型，构建变压器局部放电试验系统，在试验室内获取了大量局部放电样本数据，构造出变压器局部放电样本模式库，通过对不同局放类型进行特征提取，构建出放电模式识别样本库，完善变压器典型局部放电模式识别系统，采用多种检测技术手段，分别对变压器典型局部放电模型进行检测试验，完善各种检测技术针对变压器局部放电的检测效果，分析各类检测技术的优点及缺点，建立完善的变压器局放带电检测实施方案，为实际生产、试验教学及电网检修提供必要的数据支持，进一步将局部放电试验系统与局部放电在线、带电监测结合起来，将理想化实验室检测与变压器实际现场环境进行对比，进一步完善本实验装置的性能，构建出局部放电带电诊断系统，进一步满足需要，方便实验人员实时科学、准确、及时对设备进行状态分析、维修及检修。
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论文作者:贾逸豹1,余发辉2,毛城3
论文发表刊物:《电力设备》2016年第18期
论文发表时间:2016/12/2
标签：变压器论文; 局部论文; 模型论文; 电力变压器论文; 尖端放电论文; 故障论文; 脉冲论文; 《电力设备》2016年第18期论文;