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)狀和未來發(fā)展趨勢(shì)展開分析，以期對(duì)未來檢測(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)行問題，近年來相關(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，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，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。通過超高頻檢測(cè)法來對(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，或者通過電流互感器來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，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，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?；诖耍暡z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)方法就是通過對(duì)生成物質(zhì)的成分和濃度進(jìn)行檢測(cè)來達(dá)到檢測(cè)目的，判斷局部放電的狀態(tài)?；瘜W(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)荷過重的問題，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)類型來說，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)局部放電問題以其他故障的自動(dòng)識(shí)別與診斷?；诖?，許多關(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?。不論是電測(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