电力变压器局部放电带电检测及定位方法分析

广东电网有限责任公司湛江供电局 李华轩

伴随着我国智能电网拥有了更快的发展速度和更高的发展质量，其可靠性和安全性得到了社会各界的认可。而电力变压器是输变电过程中必须要有的设备之一，如能保证它处于稳定的状态，整个电网的稳定性就有极大的保障。现阶段，很多大型电力变压器习惯于使用油纸复合绝缘，尽管在它的设计之初会被要求必须具备电气强度和力学性能，但是在实践过程中，生产制造、装备运行等环节会因为这样或那样的偶然因素造成绝缘系统出现问题，最为严重的后果是系统设备出现瘫痪。从其主要原因来看，很多时候故障发生的源头是因为局部放电，这一原因又被视为绝缘劣化程度的评估手段，所以，定期开展局部放电检测可实时获得放电点的具体位置，使得设备现场的运维效率和水平上升到新的层次，设备安全处于稳定的状态之中。

目前变压器局部放电现场检测精度及效果较之以往有了新的突破和进展，国内有关学者更是做了大量的试验和现场实践，像是高频电流法、超声波法等如雨后春笋般出现。从一些数据材料看，带电检测不但具有离线时间与在线监测的优势，还有非侵入、便携性等特征，让其具有非常广阔的市场。

1 局部放电带电检测技术原理及特征

当前的局部放电检测技术还是以局部放电进而产生的不同物理现象作为重要抓手，通过物理量来对发生的现象进行具体表述，最终呈现出局部的放电状态。现有的带电检测方法分为以下种类：

1.1 高频（射频）电流法

高频电流法是从传统的脉冲电流法演变而来的，是一种不需直接接触电的方式。将高频罗氏线圈取代测量阻抗的地位，并通过在耦合回路中运行，最后得到局部放电产生的陡脉冲电流信号。因为这样方法信号响应引入测量回路没有那么大的等效阻抗，同时还能实现穿套于试品接地线或接地扁铁，体现出了不需要直接接触电的优势，所以它对于设备正常运行所产生的影响微乎其微。在很多带电检测中，开环式结构的罗氏线圈是使用次数较多、出现频率较高的检测方式（图1）。

图1 电力变压器高频局部放电检测示意图

这种方法与标准的脉冲电流法有着很多相同的地方，如果在一切条件都得到满足后，可适时地进行相位跟踪测量，将放电幅值及放电次数等建立起紧密的联系，并通过PRPS、PRPD等统计分析模式的具体使用，查看测变压器的设备是否处于安全稳定状态，知晓绝缘缺陷到底属于哪一类型。此外，开窗技术对放电相位的频谱分析有着非常有利的作用，可将时间频域作为重要的突破口，以实时对照或联合分析的方式，找到检测当中出现的一些异常事件的频域特征量[1]。

1.2 超高频法

如果在油纸绝缘内部发生了局部放电情况，频率高达GHz的电磁波将会被最大程度地激发出来，但这一信号在金属箱体内的衰减速度要比在自由空间里慢很多，但还是可以通过箱体与套管的连接与缝隙之间传出。这种方法有两种不同的安装方式，分为既有内部的内置型传感器，也有外部的UHF外置传感器。

使用这一方法检测到的频率范围比较广，300～3000MHz的局部放电信号其受到了市场上的更多青睐，如在实践中能科学合理的选带，那么它发挥出的价值和作用将更加明显。此外，外部的UHF外置传感器瞬态响应好、线性度高等特征也是其独有的优势。尽管经过多次的实验证明脉冲电流参数与超高频参数基本上是同增或同减的趋势，但变压器的内部结构没有想象中的简单，这一方法的测量机理与以往的方式有很大区别，从不同的位置和不同的类型就能发现他们的缺陷所在，这也为局部放电电磁波强度的提高和传播路径优化出了一道难题。

1.3 超声波法

这一方法的可检测频率范围没有上一种方法大，但20～200kHz的局部放电信号具有不俗的抗干扰能力，实践中习惯用毫伏（mV）表征信号强度。如果变压器内的放电量突然变大，那么就可以得到声压信号幅值和放电量二者之间有着正相关的关系，这也证明了这一方法可有效判断出放电量是强还是弱。站在局部放电类型的识别角度看，可对超声波的到达时间、放电次数等多项内容进行提取计算，客观具体地指出不同放电类型的具体相位分布特征，同时又能知道对应的频谱特征。但超声波信号在变压器内部的传播过程让人捉摸不透，想要进行类型的判断和定量的分析非常困难，所以经常以一种辅助的身份存在。

2 电力变压器局部放电带电定位技术

超声波检测定位。想要更好地运用带电位置定位技术，要更加夯实检测的基础。超声波检测定位是当前使用次数较多的技术手段之一，通过其脉冲的强度可知晓最终电流互感器的局部放电到底在哪里。所以，当局部放电客观发生以后，电力变压器便不会像以往正常有序的运作。这就要求在核查的过程当中，要确保其他的功能处于安全稳定的状态，这样最终部分的排放区才能得到精准科学的定位。

特高频检测定位。电力变压器的局部出现了较严重放电情况，一定要及时地采用特高频检测定位技术。这一技术的穿透力非常强，复杂的绝缘板及金属结构可非常轻松的穿过。同时绕组的方法也可将电磁波的传输控制能力提升到新的层次，对于电力变压器的检测也会产生一定的影响，所以对于检测过程中所使用的技术方法一定要慎重。但它对于复杂多变的情况确实有着独一无二的检测与观察优势，如果变压器内部存在着可预测或不可预测的异常情况，这一技术的穿透效果非常明显。但其也不是完美无缺的，综合控制能力还有待提升，尽管有着非常良好的穿透效果，但检测精准度还有待提高，需通过技术的优化和升级将自身的优势进一步扩大，将现有的检测与定位所消耗的时间进一步缩短，从而具备更强的硬实力。

电气定位法。是这几种方法中最为简单便捷的，只需要对局部放电的过程中所产生的电脉波中的波形信息及信号能量变化建立相应的传递函数即可，并通过深入的分析和细致的总结，精准的确定好局部放电过程的带电空间的具体位置。这种方法将波的延迟功能及相关特性发挥到淋漓尽致，可通过波的延迟时间，较为贴切地计算出电源的所在范围和距离电源的具体位置，这样一来局部放电的带电点将会浮出水面。而使用到的起始电压法需以绕组的长度及两端的定位作为重要基础和依据，并需紧密结合放电电压等多个参数，从而以公式推导的方式确定好放电的最终位置。

局部放电检测定位联合方法。可看作是一种大融合、大贯通的方法，对于变压器中的局部放电复杂性有着独特的解决方法，可以快速精准地进行带电检测，并在定位电力变压器的过程当中能够及时知晓局部放电的最新情况，加之技术的高效整合，实现区域定位的科学化和精准化。此外，电力变压器的运行环境会造成一定的干扰和影响，需通过这样的方法切实增强综合的判断能力，以更强的基础优势对抗更多的环境干扰。但在这一技术具体应用的过程中，要对最终的整体效果进行相关性和必要性的论述，使得各环节的综合操控能力能够解决更多的实际问题。

3 局部放电检测联合定位方法

3.1 “特高频-声”联合检测

跟传统“电-声”检测方法有着异曲同工之妙，但站在实践的角度来看，超声波与特高频联合定位法也会在变压器内部的传播时出现细微的误差问题，而在这时超声波检测定位法就可以起到非常大的帮助。如果单独使用特高频法，当然也可以对变压器的放电源进行定位，并通过将其传感器放到变压器的充油阀附近，确实可以防止变压器箱壁的衰减等一系列情况发生。但在变压器的周围充油阀一般都是在3个以内，这样一来局部放电源的定位范围要比其他方法更大，要实现更加精确的定位和更小范围的确定便非常困难。针对上述问题的存在，“特高频-声”联合检测给予了有力的解答[2]。

第一步，将多个特高频传感器就放在变压器充油阀近前，通过深入分析个传感器获得的特高频信号幅值，知晓放电源的大体位置；第二步，将两个超声波传感器放在距离放电源较近的换油阀跟前，而这一步则需要使用到超声探头，以此作为接受超声信号和特高频信号的重要渠道，并通过将放电源的超声探头进行一定时间的延长，让局部放电的定位效果变得更加良好。从上述两个步骤可以看出，“特高频-声”联合检测无疑在现阶段是具有更强优势的检测方法。

除此之外，在多种方法的对比之中，“特高频-声”联合检测的定位方法不再受限于具体的变压器充油阀数量限制，其固有的超声波信号在传播路径上也得到了一定程度的缩减，因此其推广价值和应用价值是巨大的。

3.2 “特高频-光”联合检测

通过多方面的对比和研究，普通塑料光纤要比荧光光纤有着更为突出的优势，从图2能看到普通光纤的具体结构。因为它的自身数值孔径非常固定，所以接收到的房间光线好基本上来自于上下端部的数值孔径限制角范围内，所以采用光测法对于电力变压器进行放电定位是比较科学的。因为它的孔径限制角非常小，所以在使用光测法期间只能在小范围内发挥出实际的作用，所以还需要有机利用其他方式进行定位的联合检测。

图2 普通光纤结构

经过深入分析和细致研究后发现，如果对普通塑料光纤的探头进行固定，那么在光纤端部接收到的光信号强度与局部放电强度之间会呈现出直接的正相关关系。假如接收到的光信号是比较强的，则证明此时光纤距离放电点的位置非常近。通常情况下，会将数字识别技术和光纤阵列技术结合起来使用，这样的方法对于电力设备表面的放电检测更为有利（图3）。

图3 基于数字识别技术的放电源定位原理图

从上述的定位分析方法中可以得出，我国所具备了非常多的带电测试方法，每一种带电测试方法都对电力变压器的局部放电检测巨大的作用和价值。但是它们的优点和缺点以及适用范围条件非常受限，如果方法使用不当，那么将会对实验结果造成很大的误差。所以在实践中，要因时因势的考察好变压器内部的结构，以更加贴切的方法使用，实现快速精准的定位。

与此同时，在进行实验室的研究过程中，需要对变压器的局部放电所产生的声光电等相关现象进行相关的放电方面研究，并以多元化的联合定位方法进行放电检测，从而在创新和创造的过程中实现新的突破和进展。展望未来，电力变压器的局部测定方法与放电源的定位会朝着实用化和简洁化等正确的方向发展，借助于可视化的技术支撑，不管局部放电还是不放电，它的发生位置都能清晰地展现在我们面前。