摘要：局部放电类的带电检测方法是一种新型的检测方法，它能更早的发现变压器内部绝缘类潜伏性故障。本文论述了变压器典型缺陷局放特性及其带电检测技术。
关键词：变压器；局部放电；带电检测
作为电网中最重要的设备之一，变压器的运行直接关系到整个电力系统的安全。而带电检测是指在电力设备不停电的情况下对其进行现场检测，它具有无需停电、可及时发现设备早期潜伏性故障的优点。开展变压器局部放电带电检测技术的研究，对保证变压器乃至整个电力系统的安全稳定运行意义重大。
一、局部放电概念及特性
局部放电是指在绝缘介质电极间发生且未击穿整个绝缘介质的放电现象。局部放电通常发生在绝缘介质局部电场畸变严重或电场强度较高，且介质绝缘强度较低的绝缘介质表面、内部或两种绝缘介质的交界面。
常见局部放电现象主要包括：绝缘介质内杂质的击穿；高场强条件下绝缘固
体或液体介质内部的局部击穿；光滑金属表面的边缘，毛刺，附着颗粒物等部位由于局部场强过于集中造成的局部绝缘介质击穿的放电现象等。通常情况下这种放电所释放的能量很小，所以绝缘介质表面短时存在局部放电对电气设备整体绝缘特性影响不大，但需注意的是局部放电过程中会产生一定的热量、发生电解反应或其他电化学反应，若电气设备绝缘在工频额定电压下持续不断的发生局部放电现象，这些发生局部放电的部位或表面将产生累积效应，长期持续运行情况下可能会造成绝缘表面灼伤，产生毛刺，加速绝缘设备绝缘强度的劣化，极端情况下能造成整个绝缘界面的击穿。在潮湿环境下在不同金属介质间的交界面发生局部放电会形成局部电解池，加速金属构件的锈蚀，最终导致金属交界面电阻增大，从而引起局部发热。
二、局部放电带电检测技术原理及特征
通常，人们所使用的局部放电检测的技术，基本以不同的物理现象来作为依据，通过能表述该现象的物理量来表征局部放电状态。
1、高频局部放电检测。变压器高频局部放电检测是在不停电的情况下，通过安装在变压器的铁芯、夹件或套管末屏接地线上的高频电流传感器和专用仪器来检测由局部放电而产生的高频脉冲电流。其检测信号频带一般为3～30MHz，采用硬件滤波和软件滤波相结合的方式去除电磁干扰噪声。
高频局部放电检测表征局部放电特征的图谱主要是PRPD相位图谱和等效频率-等效时间图谱。PRPD图谱是局部放电相位分布图谱，横坐标表示相位，纵坐标表示幅值，根据脉冲的分布情况能判断信号主要集中的相位、幅值及放电次数，进而判断其放电类型。而等效频率-等效时间图谱是将放电脉冲进行时域和频域变换，计算得到每个脉冲的等效频率和等效时间，根据等效频率和等效时间确定每个脉冲在该图谱上的位置。
变压器高频局部放电检测的诊断是将检测到的图谱与典型放电图谱进行比对，进而判断是否存在局部放电及具体放电类型。无典型放电图谱时判断为正常；在同等条件下同类设备检测的图谱有明显区别时判断为异常；具有典型局部放电图谱时判断为缺陷。
此外，这种方法是非接触方式的放电测量检测，依据与传统的脉冲电流法延伸出来的，采用高频罗氏线圈来替代测量阻抗，从耦合回路中取得由局部放电产生的陡脉冲电流信号。由于该方法信号响应引入测量回路的等效阻抗极小（毫欧级），且可穿套于试品接地线或接地扁铁上实现非电接触式测量，对设备正常运行不构成影响。因此，在实际带电检测中，该方法多采用开环式结构的罗氏线圈进行检测。
2、特高频局部放电检测。变压器局部放电通常发生在变压器内的油纸缘中，脉冲宽度多为纳秒级，能激励起1GHz以上的特高频电磁波。变压器特高频局部放电检测通常选择将传感器安装在油阀处，通过特定接口特高频信号接入检测仪器，然后再进行信号分析处理。其检测信号频带范围一般为300～3000 MHz。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
变压器由于器身基本没有非金属缝隙，特高频信号很难传出，现场检测只能通过内置传感器进行。传感器置于变压器油箱内，能有效屏蔽外部干扰，同时特高频信号频段高，能避免低频背景噪声和电晕干扰，可提高局部放电检测的灵敏性和抗干扰能力。因此，特高频局部放电检测具有良好的应用前景。
特高频局部放电检测表征局部放电特征的图谱主要是PRPS图谱和PRPD图谱，PRPS图谱是一种实时三维图，将带有相位标识的放电脉冲按时间先后显示出来，3个坐标轴分别代表相位、时间与信号幅值。同时，PRPD图谱与高频局部放电检测中的相位分布图谱所表示的特征基本相同。
特高频局部放电的诊断分析可通过放电幅值的大小对比判断，但更重要的是将PRPS图谱和PRPD图谱的特征与变压器内部典型放电图谱进行对比。其判断方法和缺陷等级定义与高频局部放电检测相同。
3、超声波检测法。超声波检测法是利用对超声波声源、声压进行定性、定量检测，进而判断局部放电的位置和放电剧烈程度的方法。超声波是频率高于声波的一种机械振动，检测过程是利用超声波传感器捕获由于局部放电产生的超声波信号，将其转换为电信号后进一步可分析局部放电的位置和强度。
超声波检测法原理简单，其优势在于测量过程方便，测量过程中受周围环境影响小，能在设备可靠接地的外壳任意部位进行测量或提前预置传感器，通过多角度，不同位置的测量可较为准确的估算出局部放电具体位置，同时由于局部放电产生的超声波信号与待测设备的电源特性及运行工况无关，因此可有效排除待测设备自身电气量的干扰。
此外，在变压器的局部放电过程中，大体上是通过一些棋牌或不导电的纸的缝隙内产生出来的，放电时内部的气体不断剧烈的云端相互碰撞，宏观上瞬间形成一种压力，产生脉冲机械声波，超声波在油和绝缘纸板中传播到达变压器外壳，在外壳上也产生一定压力，因此可通过贴附在变压器外壳上的超声波传感器来检测变压器内部的局部放电情况。
三、变压器局部放电带电检测定位方法
在有关变压器某些部位的放电中，必须对其检测与正确的定位，这样当它发生故障时，能对发生故障的位置进行正确的定位，这一点非常重要，这就要求相关人员掌握一些相关的方法。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。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。
四、局部放电检测联合定位方法
以上内容是在介绍一些变压器局部放电的检测和定位的一些方法，但这些基本上都是单独作用，也可采用一个局部放电检测的联合定位方法，它能很好的为人们服务。由于脉冲电流法在现场易受外界干扰、噪声的影响，抗干扰能力差，检测灵敏度较低，一般不适用于现场带电检测。传统的“电-声”联合方法对现场变压器定位时其定位准确度不高，甚至不能在现场开展。为了提高变压器局部放电定位准确性和扩大定位适用范围，目前已采用具有更高灵敏度与抗干扰性的特高频检测对电力变压器局部放电进行联合定位。
五、结语
总之，带电检测技术能有效发现变压器运行下的异常情况，更为灵敏、及时的发现一些早期缺陷。因此，通过对变压器全面开展带电检测，能准确把握其状况，减少停电损失和维护费用，提高供电可靠性，是电网发展的必然趋势。
参考文献：
[1]王国利.用于变压器局部放电检测的超高频传感器研究[J].中国电机工程学报，2014（04）.
[2]杨景刚.超高频方法在变压器局部放电检测中的应用[J].高电压技术，2015（08）.
[3]徐阳.变压器局部放电超声法检测中超声传感器的应用[J]绝缘材料，2014（01）.
论文作者:刘亚彬
论文发表刊物:《电力设备》2018年第36期
论文发表时间:2019/6/11
标签：局部论文; 变压器论文; 图谱论文; 信号论文; 脉冲论文; 超声波论文; 介质论文; 《电力设备》2018年第36期论文;