電力變壓器放電檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展

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現(xiàn)階段，我國(guó)電力行業(yè)發(fā)展進(jìn)入技術(shù)變革的關(guān)鍵時(shí)期，電壓等級(jí)要求也不斷提高。同時(shí)，電壓升高也容易發(fā)生變壓器的局部放電現(xiàn)象，而局部放電產(chǎn)生的電流與周圍介質(zhì)會(huì)發(fā)生相互反應(yīng)作用，產(chǎn)生熱效應(yīng)或者生成活性物質(zhì)，其中最重要的問(wèn)題是局部放電會(huì)加速絕緣體老化，隔熱性能降低，進(jìn)而引發(fā)電氣事故。因此變壓器局部放電檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)化工作至關(guān)重要，能夠有效預(yù)防事故發(fā)生。局部放電現(xiàn)象的出現(xiàn)使得周圍介質(zhì)形成超聲波、高頻輻射等效應(yīng)，這也給檢測(cè)技術(shù)的升級(jí)提供了方向。本文針對(duì)電力變壓器的局部放電性能檢測(cè)為主要探討對(duì)象，對(duì)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用類型和工作原理、發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)展開分析，以期對(duì)未來(lái)檢測(cè)技術(shù)優(yōu)化提供思路。電力變壓器是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行中必不可少的一個(gè)關(guān)鍵運(yùn)行部件，運(yùn)行狀況與設(shè)備質(zhì)量直接關(guān)系到整個(gè)電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定性。同時(shí)，電力變壓器的絕緣狀態(tài)又直接影響到變壓器的整體運(yùn)行狀況，其中局部放電產(chǎn)生大量的電、光、聲、熱等的物理、化學(xué)效應(yīng)，是造成電力變壓器絕緣老化、變形的主要原因，進(jìn)而可能由此造成不同程度的電力事故。為應(yīng)對(duì)局部放電導(dǎo)致的變壓器運(yùn)行問(wèn)題，近年來(lái)相關(guān)專家結(jié)合這些效應(yīng)研發(fā)出了各類放電監(jiān)測(cè)技術(shù)，如電脈沖法、光檢測(cè)側(cè)法、超聲波法、超高頻法、氣相色譜法和紅外熱像法等，均有效地應(yīng)用在了局部放電檢測(cè)工作中，幫助整個(gè)電力工程正常運(yùn)行。

1局部放電檢測(cè)技術(shù)類型及應(yīng)用現(xiàn)狀

在我國(guó)電氣工程中，根據(jù)放電原因類型的差別，將局部放電現(xiàn)象大致分為三種類型：分別是是湯遜放電、注流放電以及熱電離引發(fā)的放電。此外，放電的表現(xiàn)形式也多種多樣，小間隙局部放電現(xiàn)象中又包括脈沖和非脈沖放電，還包括亞輝光放電。由于變壓器的局部放電現(xiàn)象會(huì)影響到周圍的其他物質(zhì)，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備與周圍介質(zhì)相互作用，這就使得變壓器的部分絕緣體產(chǎn)生相互反應(yīng)（物理化學(xué)效應(yīng)等），形成局部放電現(xiàn)象。局部放電的發(fā)生可能造成超聲波的出現(xiàn)以及介質(zhì)成分發(fā)生變化等，極可能引起電氣事故出現(xiàn)，造成嚴(yán)重后果。近年來(lái)，隨著電氣工程數(shù)量的逐步增多，我國(guó)有關(guān)部門加強(qiáng)了對(duì)局部放電的研究工作，旨在研究更多放電檢測(cè)新技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)變壓器的控制。下面就針對(duì)幾種常見變壓器放電問(wèn)題的檢測(cè)方法展開具體分析：

1.1電測(cè)法

（1）超高頻檢測(cè)方法超高頻檢測(cè)方法是一種新的放電檢測(cè)手段，在對(duì)傳統(tǒng)檢測(cè)方法中存在缺陷的改進(jìn)與優(yōu)化的基礎(chǔ)上衍生出來(lái)，極大地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)檢測(cè)法的一些不足。變壓器的局部放電可產(chǎn)生300-3000MHZ的高頻信號(hào)，利用超高頻檢測(cè)法可對(duì)電力變壓器部分絕緣放電進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)和定位，并且減少干擾因素的影響。通過(guò)超高頻檢測(cè)法來(lái)對(duì)變壓器局部放電進(jìn)行檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)在于：①局部放電脈沖產(chǎn)生的能量和頻帶寬幾乎成正向比例，僅考慮熱噪聲在靈敏度方面的影響程度時(shí)，超頻寬帶檢測(cè)具有更高的靈敏性；②寬頻法可以有效抑制電暈引起的電磁干擾頻率，可以看出，合適的超高頻傳感器能夠?qū)ψ儔浩鹘^緣中局部放電的性質(zhì)和物理信息展開準(zhǔn)確測(cè)量。超高頻檢測(cè)最重要的組成部分是傳感器，其靈敏程度對(duì)系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果質(zhì)量形成直接影響。用于檢測(cè)局方信號(hào)的超高頻天線有內(nèi)置和外置兩類，然而現(xiàn)階段的大部分天線需要進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，以便于和各種超高頻檢測(cè)系統(tǒng)相互匹配。因此，如何使超高頻天線更加有效地接收電磁波是目前超高頻檢測(cè)方法進(jìn)行創(chuàng)新優(yōu)化的關(guān)鍵點(diǎn)之一。

（2）脈沖電流方法脈沖電流法是另一種應(yīng)用最為廣泛的電測(cè)類型的局部放電檢測(cè)手段，在國(guó)際上獲得公認(rèn)的時(shí)間最早，國(guó)際電工委員會(huì)還為脈沖電流法建立了一套專門的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)（IEC60270）。脈沖電流法方法利用接入檢測(cè)電路的檢測(cè)阻抗，或者通過(guò)電流互感器來(lái)獲得變壓器套管端屏地地線等其他不同位置的接地線，通過(guò)其引起的脈沖電流，然后利用數(shù)字信號(hào)處理設(shè)備獲取局部放電的相關(guān)參數(shù)。這種離線測(cè)量方法的靈敏度較高，能夠有效測(cè)量局部視在放電量。同時(shí)，結(jié)合超聲方法，能夠作為電聲定位方法對(duì)局部放電位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位。脈沖電流法也存在一些缺點(diǎn)，例如：①測(cè)試的環(huán)境要相對(duì)穩(wěn)定；②無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量；③抗干擾能力較差；④設(shè)備頻帶窄、頻率低，可獲取的信息量較少。近年來(lái)，寬帶脈沖電流法的研究也應(yīng)運(yùn)而生，并開發(fā)了一種基于甚寬帶脈沖電流法的檢測(cè)系統(tǒng)。在脈沖量與傳統(tǒng)脈沖電流法的基礎(chǔ)上，該系統(tǒng)可以相對(duì)提高靈敏度、抗干擾能力等檢測(cè)性能，同時(shí)，能夠應(yīng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境，識(shí)別較為準(zhǔn)確的放電信號(hào)、類型等信息。

1.2非電測(cè)法

（1）光測(cè)方法局部放電發(fā)生后，會(huì)產(chǎn)生400nm到700nm不等的光波，在通過(guò)光電倍增管強(qiáng)度和的處理后，進(jìn)而產(chǎn)生了光電流。有關(guān)人員對(duì)光電流中的強(qiáng)度和波長(zhǎng)便可對(duì)局部放電進(jìn)行定位和檢測(cè)。目前，光學(xué)測(cè)量方法在實(shí)驗(yàn)室研究中取得了巨大的成就，但由于檢測(cè)設(shè)備成本較高，同時(shí)需要測(cè)量部件的透明性強(qiáng)一些，因此在實(shí)際應(yīng)用中光學(xué)測(cè)量方法存在一些限制性因素，目前只適用于定性分析。在未來(lái)光測(cè)法的發(fā)展中，光纖技術(shù)的發(fā)展可作為進(jìn)一步創(chuàng)新的基礎(chǔ)，主要是將光測(cè)法與聲學(xué)法結(jié)合起來(lái)，測(cè)量局部放電情況，將會(huì)得到一定程度的發(fā)展。

（2）超聲波檢測(cè)方法變壓器的局部放電現(xiàn)象往往伴隨聲波的釋放，超聲波檢測(cè)就是利用傳感器接收釋放的超聲波來(lái)對(duì)局部放電的范圍和位置進(jìn)行檢測(cè)和定位。超聲波檢測(cè)法具有一定的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，最大的優(yōu)點(diǎn)便是工作原理簡(jiǎn)單。但同時(shí)，檢測(cè)局部放電的超聲波傳感器還無(wú)法完全滿足超聲波檢測(cè)的需求，主要表現(xiàn)在抗電磁干擾性能差、靈敏度低方面，這就給超聲波檢測(cè)工作增加了難度?；诖?，超聲波檢測(cè)大多對(duì)局部放電狀態(tài)進(jìn)行定性判斷與數(shù)據(jù)采集，利用電脈沖信號(hào)或直接使用超聲波信號(hào)進(jìn)行物理定位。有關(guān)機(jī)構(gòu)已經(jīng)利用超聲波法展開了大規(guī)模的檢測(cè)模擬工作，對(duì)110kV及以上類型的變壓器放電現(xiàn)象進(jìn)行試驗(yàn)。測(cè)試結(jié)果表明，超聲波檢測(cè)法具有準(zhǔn)確診斷局部放電問(wèn)題是否存在的能力。

（3）化學(xué)檢測(cè)方法電力變壓器發(fā)生局部放電時(shí)，其中的大部分絕緣體會(huì)被分解和破壞，同時(shí)形成新的物質(zhì)?；瘜W(xué)檢測(cè)方法就是通過(guò)對(duì)生成物質(zhì)的成分和濃度進(jìn)行檢測(cè)來(lái)達(dá)到檢測(cè)目的，判斷局部放電的狀態(tài)。化學(xué)檢測(cè)方法現(xiàn)階段應(yīng)用到變壓器在線故障的診斷工作當(dāng)中，其具有的模式識(shí)別系統(tǒng)能夠?qū)收险归_自動(dòng)識(shí)別，但目前并沒有對(duì)這種故障識(shí)別形式建立一個(gè)統(tǒng)一的判斷標(biāo)準(zhǔn)。并且，由于其對(duì)于潛在故障的靈敏性較高，但對(duì)突發(fā)故障的檢測(cè)不夠及時(shí)，因此無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別到突發(fā)性故障。

2局部放電檢測(cè)技術(shù)未來(lái)發(fā)展分析

電力系統(tǒng)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大間接促使電壓等級(jí)逐步提高，這也進(jìn)而形成了變壓器電壓負(fù)荷過(guò)重的問(wèn)題，導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)局部絕緣放電現(xiàn)象，成為電力變壓器絕緣局部惡化問(wèn)題的導(dǎo)火索。也因此，電氣研究機(jī)構(gòu)、電氣制造廠商或者是電力系統(tǒng)管理部門近年來(lái)更加重視變壓器局部絕緣放電檢測(cè)技術(shù)的創(chuàng)新工作，并將局部放電檢測(cè)工作視為變壓器運(yùn)行質(zhì)量的重要檢測(cè)要素。由于電力變壓器在絕緣部分發(fā)生放電時(shí)，周圍介質(zhì)會(huì)形成一些新物質(zhì)，如超聲波、電脈沖和電磁輻射等，并且周圍環(huán)境相對(duì)過(guò)熱，熱效應(yīng)較為明顯，在此基礎(chǔ)上研發(fā)了光學(xué)測(cè)量、電脈沖檢測(cè)、超聲波檢測(cè)以及化學(xué)檢測(cè)等局部放電檢測(cè)手段。同時(shí)，近年來(lái)現(xiàn)代化數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用使得放電檢測(cè)技術(shù)在數(shù)字測(cè)量和超高頻檢測(cè)方面也取得不錯(cuò)的研究成果。

（1）聲學(xué)檢測(cè)法、光學(xué)測(cè)量法以及化學(xué)檢測(cè)等非電檢測(cè)方法的抗干擾性能力較強(qiáng)，同時(shí)對(duì)于環(huán)境的敏感性較低，能夠適應(yīng)不同電氣特性，受到的影響較小，操作也相對(duì)方便，今后的發(fā)展空間也相對(duì)更加廣闊，潛力較大。目前，非電檢測(cè)方法作為主要輔助檢測(cè)手段，在對(duì)絕緣局部放電超聲進(jìn)一步研究的基礎(chǔ)上，將對(duì)放電強(qiáng)度展開更加準(zhǔn)確的定量分析，從而建立一個(gè)包含檢測(cè)、定位等工作的局部放電判斷標(biāo)準(zhǔn)。

（2）脈沖電流法是針對(duì)目前檢測(cè)類型來(lái)說(shuō)，最為標(biāo)準(zhǔn)的局部放電檢測(cè)方法，形成了一個(gè)統(tǒng)一的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。但同時(shí)其仍然存在一些不足，如測(cè)量的頻帶窄、頻率低、參數(shù)數(shù)據(jù)收集規(guī)模較小等問(wèn)題，需要進(jìn)行深入研究，積極創(chuàng)新。射頻檢測(cè)法收取的放電信號(hào)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)測(cè)量方法，能夠最大限度排除干擾因素，精確提取脈沖信號(hào)，為電力變壓器的診斷工作提供了一種新的思路。新興的超高頻檢測(cè)技術(shù)就是這一原理的創(chuàng)新和延伸。超高頻檢測(cè)技術(shù)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)脈沖電流法存在的缺點(diǎn)，具有較高的潛在優(yōu)勢(shì)，在未來(lái)將產(chǎn)生較高的應(yīng)用價(jià)值，是今后新型檢測(cè)方法研究和開發(fā)的一個(gè)研究方向。

（3）超高頻方法的主要優(yōu)勢(shì)是測(cè)量頻率帶寬、抗干擾能力強(qiáng)，能夠滿足變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)的各項(xiàng)要求，未來(lái)將成為局部放電在線檢測(cè)的主流技術(shù)之一。除此之外，隨著數(shù)字化在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用，超高頻檢測(cè)與數(shù)字檢測(cè)相結(jié)合的可能性也越來(lái)越高，稱作數(shù)字局部放電檢測(cè)技術(shù)，加大計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輔助力度，將在今后變壓器局部絕緣放電檢測(cè)中發(fā)揮重要作用。例如，對(duì)超高頻變壓器中典型的局部放電類型特點(diǎn)進(jìn)行深入研究，在此基礎(chǔ)上建立一個(gè)變壓器的局部放電信息庫(kù)，利用數(shù)字測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)局部放電問(wèn)題以其他故障的自動(dòng)識(shí)別與診斷?；诖耍S多關(guān)鍵技術(shù)的優(yōu)化、改進(jìn)工作需要積極跟進(jìn)，以便更好實(shí)現(xiàn)上述檢測(cè)思路。

總結(jié)：

綜上所述，超聲波檢測(cè)、光學(xué)測(cè)量和化學(xué)檢測(cè)等非電檢測(cè)方法的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)是具有較強(qiáng)的抗干擾性，因此在局部放電的性能檢測(cè)方面具有較高的應(yīng)用價(jià)值與較廣闊的發(fā)展?jié)摿Α２徽撌请姕y(cè)法還是非電測(cè)法，都需要積極不斷實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新化發(fā)展，推動(dòng)電力變壓器甚至電力系統(tǒng)中的其他部分的運(yùn)轉(zhuǎn)性能，提高故障診斷的準(zhǔn)確性和可靠性，為電力工程運(yùn)行提供可靠的技術(shù)支撐。

作者：王智樺 單位：福州億力電力工程有限公司配電工程分公司