摘要：本次研究，针对以特高频技术为基础的变压器局部放电特征做出深入分析，首先分析特高频发局部放电测量原理，随后在进行变压器局部放电特高频信号的传播特性研究的同时，分析基于特高频测量技术的不同类型局部放电的频谱、图谱特征。
关键词：特高频电磁波；局部放电；特高频信号
变压器在日常应用中十分广泛，包括变电站应用，工程施工应用等，其稳定的运行状态，不论是对于电网供电服务的稳定性还是工程施工安全，都具有至关重要的意义。在变压器运行阶段，普遍存在着局部放电的现象，而变压器长期处于局部放电状态，会对变压器的绝缘介质产生长久性的侵蚀，最终导致失去绝缘性能从而带来风险，因此对变压器局部放电特征开展研究，是间接保障变压器安全运行的重要举措
1.特高频法局部放电测量原理
UHF法、又称特高频法，其应用原理是利用特高频信号传感器来接收变压器局部放电阶段所辐射出的特高频电磁波，在变压器在运行阶段出现局部放电的情况下，出于正负电荷的中和效应，会形成电流脉冲，并将电磁波向周围辐射，同时，电磁波与电流脉冲的特性参数同变压器的局部放电源的放电间隙绝缘强度、几何形状有密切关联。基于变压器的油——隔板结构，其绝缘强度较高，进而发生局部放电可以辐射出频率极高的电磁波，可达数吉赫兹。此外，油中放电的上升沿十分陡，多为纳秒级别的脉冲宽度可以有效激起＞1GHz的特高频电磁信号，此刻就可以使用特高频传感器，于变压器特高频（300~3000MHz）范围中提取变压器在局部放电中辐射的电磁波，同时这一过程中不存在外界干扰信号，能够很好的提升变压器局部放电检测灵敏性，尤其是在线监测模式，更可提高局部放电检测的可靠性与灵敏性。
当下，我国对于特高频检测技术的应用仍处于起步阶段，但该技术所体现出的潜在优势，证明其具有极其广阔的应用前景，相比传统局部放电检测技术，采用特高频局部放电检测，能够对变压器等电力设备的最小局部放电量进行精确检测，同时基于数字化测量的特高频检测，能够检测频带宽、灵敏度高、该频率且具备强抗干扰能力的电力设备局部放电现象，可进一步提升检测质量。
2.变压器局部放特高频信号传播影响因素
在变压器产生局部放电阶段，其辐射的特高频电磁信号，经过变压器内部复杂结构后，极易出现折射、反射、衰减现象，造成局部放电特高频电磁波检测检测困难度提升，对特高频电磁波传播特征做出研究，是有效避免传感器接收的电磁波变弱、失真的有效措施，直接影响着检测结果的准确性。
2.1油—隔板绝缘结构影响
在变压器局部放电阶段，伴随其产生的特高频信号，经过绝缘油盒、变压器油、外部的绝缘纸板，虽然对特高频电磁波传播会造成影响，但实际上影响极小，在特高频电磁波传播经过变压油期间，必然会产生衰减，变压油盒外部的绝缘纸盒质数量越多，则衰减越大，即特高频电磁波，同变压器结构复杂程度呈正相关。
2.2传感器内外设置影响
变压器的箱体会对特高频电磁波传播造成较大影响，变压器所产生的内局部放电，在经过金属箱体之后，因屏蔽带来的影响，外置传感器所接收到的信号会大幅度减弱，即变压器设置在内部或外部，很大程度决定着检测结果准确性。当传感器设置于变压器内部情况下，内置传感器不同的设置位置，也会对特高频信号幅值带来影响，传感器越接近电源，信号越强，反之则较弱。
3.基于高频技术的变压器放电特征测试
3.1测试目的概述
因变压器结构复杂，局部放电位置具有极高不确定性，且局部放电特高频电磁波通过的介质有所差异，不同介质存在不同阻尼系数，所以电磁波的衰减系数具有较高的不确定性，同时基于多种类型变压器外形上的差异和传感器安装位置的不同等，加上不同类型变压器放油阀安装位置、几何尺寸都有所差异，因此各种局部放电的特征也有所不同。另外，在变压器长期使用环境下，其内部的设备也会出现不同程度的损坏，如纸板出现缝隙，纸板浸渍不完全等，在这些缺陷的影响下，变压器的局部放电特征也会受到影响，本次文章主要研究变压器不同类型放电在频谱、图谱角度的特征。
3.2测试基础条件
对变压器开展局部放电特高频特征开展研究实验，基于变压器五类局部放电形式，即纸板沿面放电、纸板内部缝隙燃放电、油-屏障放电、油中气泡放电、悬浮电位体放电，即分别对这5中放电类型开展测量与分析工作。
3.3各类型局部放电的频谱特征
测试阶段，采用频谱分析仪，记录变压器局部放电阶段的背景噪声频谱，在设备调试方面，频谱分析仪调至最大保持状态，设置9kHz~1.8GHz测量频带，扫描时间定为5s，共计开展10次扫描，下列为扫描结果图：图A~图E分别为A沿面放电；B纸板内部缝隙放电；C油、屏障放电；D油中气泡放电；E.悬浮电位体放电：
图1五类变压器局部放电扫描图
观察图1-A可发现，纸板中沿面型局部放电主要集中频带范围为300~1000MHz；观察图1-B可发现纸板内部缝隙局部放电，其辐射的特高频电磁波集中频带范围为400~850MHZ；观察图1-C可发现油—屏障局部放电模式下，辐射的特高频电磁波普遍不超过900MHz,图1-D显示油中气泡局部放电模式下频谱频带集中在400~850MHz，最后观察图1-E可以发现悬浮电位体放电下，特高频电磁波在整个测量频带中大面积广泛分布。经过对沿面局部放电、纸板缝隙放电、油—屏障局部放电、油中气泡放电和悬浮电位体局部放电进行测试扫描后，可以得出结论，针对不同类型局部放电，在测试阶段设置相对应的中心频率，便可得到做好的信噪比，且随着电压的提升，仅对局部放电敷设的超高频电磁波的辐值会造成影响，而对于频谱分布只有轻微的影响[1]。
3.4各类型局部放电谱图特征分析
3.4.1沿面型局部放电谱图特征
在测试阶段，将中心频率设置为580MHz开展测试，测试过程中变压器局部放电，在正负半周的产生时间相近，测试开始阶段复幅值基本相等，测试后，发现油中绝缘纸板上的沿面局部放电强度极高，在发生局部放电的情况下，位于高压电极附近的放电幅值有十分明显的提升现象，并且会随着放电幅值的增大出现炭化痕迹，痕迹特点为树枝状，且峰值周围位于正负半周的部位都存在放电现象，且谱图分布特点为对称锥形分布。
3.4.2内部缝隙局部放电谱图特征
在测试阶段，将重心频率设置为620MHz，测试过程中局部放电电压在正负半周平均出现的情况下十分相近，并且电压较低，谱图差别不明显，局部放电主要在90与270部位集中，随着电压升高，范围会出现扩大，超出0与180处，但是当放电超过90、270的情况下，在某一阶段内会停止局部放电。
3.4.3油—屏障局部放电谱图特征
在测量阶段，首先开展尖板油隙局部放电开展测量，测量结果显示当油隙较小的情况下，十分容易被击穿，相比空气隙更加不稳定。油内杂质，可能对局部放电带来严重影响，因此该类型局部放电具有不稳定性特征，因而在研究阶段采用油—屏障局部放电来取缔油中尖板局部放电。在测试阶段，将中心频率设置为630MHz，并将放电开始到击穿纸板的放电信号加以记录，当纸板因局部放电效应出现炭化后，纸板击穿电压出现下降趋势，放电现象在正负半周电压峰值周围都有出现，谱图分布形式为不对称锥形，且放电幅值、此时均是正半轴少[2]。
3.4.4油中气泡局部放电
实践证明，很多工程变压器在使用中出现局部放电都是从油中气泡开始，通常这种局部放电中变压电油被击穿现象，会使用小桥理论进行描述。在本次测试中，将中心频率设置为520MHz，在正负半周的局部放电电压较低，并且起始幅值十分相近，在三维谱图和李萨中，具体分布形式为对称锥形分布，并且正负半周的电压峰值周围都出现了放电现象。
3.4.5悬浮电位体局部放电谱图特征
在测试阶段，将中心频率设置为510MHz，测试结果显示，放电在图谱的0~90、150~280、330~360相对集中，并且相位分布较集中，正负半周对称。同时，本次测量期间，还分别围绕细导线体、圆柱体、圆锥体开展测试，分别模拟带尖端大、小导体和不带尖端的大导体，分别将其以同电场平行或是垂直的形式放置，保证其浸渍到变压器油当中，随后观察局部放电在不同情况下的特征，测试结果显示，当电场的均匀度较高，通常很难发生放电，但是一旦发生局部放电，那么电压必然较高[3]。
结语
本次研究，对以特高频技术为基础的变压器局部放电特征做出深入探析，首先介绍了特高频法局部放电测量的原理，随后围绕油—隔板绝缘结构和传感器内外设置分析变压器放电阶段特高频信号传播影响因素，并基于特高频技术开展变压器放电特征测试，围绕沿面放电、值班内部缝隙放电、油—屏障放电、油中气泡放电和悬浮电位体放电，分析频谱特征和谱图特征，以起到指导我国供电企业变压器局部放电测量作业的效果
参考文献
[1]沈鑫,束洪春,曹敏,变压器局部放电超高频在线监测天线研究[J].电测与仪表,2016(1)
[2]王伟平.基于特高频法变压器局部放电在线监测系统[J].农村电气化,2018(1).
论文作者:郑岳城,纪长城,陈习勋,林典豪
论文发表刊物:《电力设备》2018年第26期
论文发表时间:2019/1/15
标签：局部论文; 变压器论文; 电磁波论文; 特征论文; 纸板论文; 阶段论文; 测试论文; 《电力设备》2018年第26期论文;