摘要：局部放电在线监测不仅可以检测出电力变压器的早期内部绝缘故障，避免放电情况的恶化；而且可以代替压力测试来测试电力变压器制造和安装中造成的绝缘缺陷，确定故障位置以便快速有效地解决缺陷。近年来国内外研究者针对电力变压器局部放电在线监测系统展开了大量研究。
关键词：电力变压器；局部放电；在线监测；超高频法；
1 局部放电的检测技术
1.1 脉冲电流法。脉冲电流法又称耦合电容法.该方法一般是用罗哥夫斯基线圈制成的电流传感器套接在变压器的铁心接地线、套管末屏接地线、中性点接地线或外壳接地线上,用以检测因局部放电而产生的脉冲电流,从而得到局部放电的基本信息.该方法灵敏度高,可定量测量,是研究较早、应用较广泛的一种检测方法.但其灵敏度会随试品电容的增加而下降,且测量频率低、频带窄(一般不超过1 MH z),易受电磁干扰,所以不能有效地用于现场的在线检测.IEC在2000年为脉冲电流法正式公布了测量标准(IEC60270),另外,也可依据椭圆示波图来分析局部放电信号的特征.
1.2 超高频法。局部放电时会产生很陡的电流脉冲,且向四周辐射高频率的电磁波,其中的超高频成分(300~3 000MH z)相当丰富.现场干扰的频谱范围一般小于300 MH z,且干扰信号在传播过程中衰减很大,因此使用超高频传感器来接收局部放电辐射的电磁波,可有效避开多种现场干扰,极大地提高变压器局部放电在线检测的灵敏度和可靠性.基于超高频法的便携式局部放电检测仪为外部传感器检测,具有很强的实用性,且便于确定局部放电源的位置.超高频法解决了脉冲电流法测量频率低、频带窄的问题,目前,已应用在G IS,电缆和电机的局部放电测量中,取得了较好的效果.然而,变压器内部的绝缘结构十分复杂,电磁波在传播过程中将发生多次折射和反射,造成衰减,而且变压器箱壁的屏蔽作用也会影响电磁波的传播,利用超高频法对变压器的局部放电进行检测变得十分困难.所以,迫切需要对变压器超高频局部放电信号的传播特性及放电源的定位进行研究.
1.3 超声波法。变压器内部发生局部放电时,会产生超声压力波,其在不同介质(油纸、隔板、绕组和油等)中以球面波的方式向四周传播,因而,可以把超声波传感器固定在变压器油箱壁上来检测局部放电.该方法可以避免电磁干扰的影响,定位方便,且易于在线检测.但超声波在变压器内部的传播是一个很复杂的过程,且衰减严重,因而到达油箱壁外的超声信号很微弱.而且,目前还无法利用超声波信号对局部放电进行模式识别和定量分析,因此它主要用于定性分析局部放电信号的有无,或作为一种辅助测量方法,与其他检测方法联合使用.澳大利亚学者就曾对利用光纤测量系统深入变压器内部测量局部放电的超声波法进行了研究.
1.4 化学检测法。该方法的离线监测即油色谱分析(DGA)法,是通过分析变压器发生局部放电时产生的各种气体(CH 4,C2H6,C2H 4,C2H 2,CO,CO2和H 2)的组成和浓度,来确定故障类型和故障程度的方法,IEC为此特意制定了三比值法的推荐标准.油色谱分析法已经积累了很多的故障诊断经验,但是将变压器油和气体分离开需要很长的时间,所以该方法只能较好地检测出早期的潜伏性故障,对突发性故障无能为力,且只能作定性的分析,无法进行定量判断.6.光测法。变压器局部放电时也会发生光辐射,不同原因造成的局部放电,产生的光波长也不同,一般在500~700 n m之间.把光辐射进行光电转换,然后检测光电流的特性,便能对局部放电进行识别.该方法不受电磁干扰影响,灵敏度高.目前,在实验室里利用光测法来分析局部放电的特征及绝缘劣化的机理已经取得了较大的进展.然而,光测法所用的设备复杂、昂贵,并且要求被检测的物体对于光来说是透明的,所以,将其应用于现场检测还需很大的努力.局部放电检测方法很多,目前主要采用脉冲电流法和超声波测量法.二者除传感器不同外,基本测量原理是相同的.
2 电力变压器局部放电在线监测系统的总体设计
2.1 电力变压器局部放电在线监测系统的整体架构。图1为电力变压器局部放电在线监测系统的整体架构。整个系统的工作原理如下：通过设置在电力变压器
上的UHF传感器来捕捉电力变压器内部出现的特殊信号（如局部放电的超高频信号），将检测到的特殊信号转变为相应数字量来完成对特征信号的检出工作，然后结合波形、频谱来进行深入分析，从而进一步达到故障定位及预警的目的。
图1 电力变压器局部放电在线监测系统的整体架构
2.2 电力变压器局部放电在线监测系统的功能模块调研后可知，电力变压器局部放电在线监测系统要能够结合UHF传感器捕捉的局部放电信号来进行信号的分析及存储，实时显示状态参数及三维放电谱图；并且实现局部放电故障的自动化报警。基于上述需求，电力变压器局部放电在线监测系统的功能模块将划分为如下几个部分：第一，站点管理模块。作为电力变压器局部放电在线监测系统正常运行的基础条件，站点管理模块主要负责对采集通道参数和采集设备进行管理。本系统中的1个采集设备可以采集16路传感器的数据，而如果想要更改采集通道参数，那么可以发送UDP等配置数据包到采集设备中。第二，局放数据采集处理模块。在对电力变压器局部放电数据进行采集时，要求每秒采集量应大于5条，并且局放数据处理时间要控制在0.2s以内，这样才能够确保系统拥有足够的吞吐量。第三，局放数据输出模块。根据相位、报警等级等局放信号，局部数据分析子模块经过一定运算后将得到报警信息和局放分析结果。此外，局放数据存储子模块包含的数据由如下两个方面组成：（1）历史局放数据。历史局放数据包含的主要是当日内局放数据的脉冲平均值、最大值，局放缺陷的结果等；（2）实时局放数据。实时局放数据包含的主要是50组最近及最新的局放数据。第四，局放数据查询模块。局放数据查询模块提供单通道放电曲线、多通道放电曲线、警报数据（不同警报等级下，对具体日期的警报数据进行查询）、历史数据（在具体采集设备及一定时间范围内，查询三维放电图谱、24h趋势图、俯视图及右视图等）的查询，确保操作人员能够根据实际需求来查询所需数据。第五，局放数据导出模块。对于已经存储到数据库中的局放数据，系统能够通过相应操作将它们导入到Excel表格中（具体操作时，操作人员先选取指定的采集设备及采集通道，找出合理的时间范围，然后将相应局放数据导出到Excel表格中）。第六，系统设置模块。系统设置模块的主要功能是对用户的权限进行管理，通常用户包括管理用户和匿名用户两类。其中管理用户的权限包括局放采集、查询、修改、增加及删除等，匿名用户的权限包括局放采集及查询。通过对用户权限进行管理，能够极大降低站点的操作错误率，提高系统的整体安全性。
总之，当运行环境恶劣或内部出现故障时，电力变压器会由于局部场强过高而产生局部放电。局部放电的发生会影响电力变压器的正常运行，严重时可能造成电力变压器的损坏，因此对电力变压器局部放电进行在线监测是电力变压器监测的重要环节。
参考文献
[1]王渊.变压器局部放电在线检测的研究,2017.
[2]张伟娜.电力变压器局部放电检测技术的研究与设计,2017.
论文作者:贾友超
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
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