变压器局部放电在线监测方法综述

摘 要:本文概述了7种主要的变压器局部放电检测的方法,重点介绍了UHF局放检测和定位技术的国际及国内的发展情况。

关键词:变压器 检测方法 综述

中图分类号:TM774 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)05(c)-0148-01

目前,国内外在线检测变压器局部放电的方法主要有7种。

1 脉冲电流法

脉冲电流法是研究变压器局部放电在线监测技术最早、应用最广泛的监测方法。当变压器内部出现局部放电时,产生的高频脉冲电流可利用罗可夫斯基线圈检测变压器中性点、外壳接地电缆处的脉冲电流,或用监测器捕获变压器高压套管抽头连接处的脉冲电流,以此判断变压器内部是否发生局部放电。。该方法一般是检测脉冲电流信号的低频部分,通常为数kHz至数百kHz(至多数MHz)。目前,脉冲电流法广泛用于变压器型式试验、预防和交接试验、变压器局部放电实验研究等,其特点是测量灵敏度高、放电量可以标定等。

2 超声波检测法

当变压器内部发生局部放电时,不仅产生电脉冲信号,同时还产生超声波信号,可通过同时产生的超声波信号和电信号判断变压器内部的绝缘状况。超声传感器的频带约为50kHz～200kHz,以避开铁心的铁磁噪声和变压器的机械振动噪声。当变压器内部发生局部放电时,固定在变压器外壳的超声传感器采集到超声波信号,通过电—声传感器将声波信号转化为电信号,连同局部放电时产生的电信号一同送到监测系统。其中现场控制与预处理单元主要完成对超声信号和电信号的收集,并将超声信号转换为电信号后,并放大处理。该方法的优点是不影响电气主设备的安全运行,并且受电磁干扰影响较小;缺点是放电源和超声探头之间的波阻抗异常复杂,超声波信号常常因为传播途径复杂、衰减严重而导致检测灵敏度很低。光纤技术已经应用在局部放电的超声波探测上,变压器内局部放电产生的超声波挤压光纤并导致光波在光纤中传播时受到调制,采用合适的调制解调器可以把局部放电的超声波信号提取出来,可以避免传统的油—钢复合路径所造成的影响。采用光学技术对电气设备局部放电的检测技术达到现场应用还有很大距离,其主要原因在于光学设备造价高、检测稳定性不高。

3 射频检测法

射频检测法属于高频局部放电测量,其检测频带已达甚高频(VHF)范围,测量频率达30MHz。射频检测法使用方便,检测系统不会影响变压器的运行方式。超宽频带(UWB)局部放电检测技术(上限频率可达GHz)具有测量频带宽、信息量大等优点,可以较全面地研究局部放电的特性。利用传感器监测变压器中性点处或传感器直接在变压器内部截取变压器局部放电辐射产生的电磁波信号,截取频率可达到30MHz,常用的传感器主要有罗可夫斯基线圈、电容器传感器和射频传感器。相对于超声波法,射频检测法大大提高了测量频率,而且不受变压器运行方式改变的影响,但对于三相分体电力变压器来说,得到的射频信号是三相局部放电信号的总和,无法进行分辨,且脉冲电磁波信号在传递过程中易衰减损耗,特别是在变压器中性点处截取的电磁波信号衰减很快,得到的频率分量很低,而放在变压器内部传感器截取的局部放电产生的电磁波衰减相对较少。

4 气相色谱法

这是一种基于油中气体成分分析(DGA)的化学检测方法。变压器中发生的局部放电将导致各种绝缘材料发生分解破坏,产生新的生成物,通过检测各种气体生成物的组成和浓度,可以判断局部放电的状态。目前,该方法广泛应用于变压器故障类型和故障程度的诊断,IEC为此制定了三比值法的推荐标准。气相色谱法的优点是不受外界电磁干扰影响,准确度较高,且对早期潜伏性故障较灵敏,但不能反映突发性故障。

5 光测法

在变压器油中,放电产生脉冲电流的同时伴生发光、发热现象。光测法是利用光电探测器监测局部放电产生的光辐射信号,将截取的光辐射信号转化为电信号经放大处理送到监测系统。通常放电产生的光辐射信号波长500mm～700mm之间。光测法不受强电磁环境的干扰,但测量设备复杂昂贵,测量灵敏度较低。

6 化学法

化学法通过分析变压器油分解产生的各种气体的组成和浓度来确定故障(局部放电、过热等)状态,例如当变压器内部局部放电时,变压器油分解的特征气体成分主要是H2、CH4、C2H2、CO[5]。化学法检测变压器内部局部放电的缺点:一是油气分离时间较长,很难发现突发性的局部放电;二是化学法只能定性的分析变压器内部局部放电,无法对放电位置进行定位。

7 UHF法

这是目前局部放电检测的一种新方法,该方法通过天线传感器接收局部放电过程辐射的UHF电磁波,实现局部放电的检测。在20世纪80年代末,UHF法测量局部放电首先应用在GIS设备中。该技术的特点在于:检测频段较高,可以有效地避开常规局部放电测量中的电晕、开关操作等多种电气干扰;检测频带宽,所以其检测灵敏度很高;而且可识别故障类型和进行定位。UHF检测的特点使其在局部放电检测领域具有其他方法无法比拟的优点,因而在近年来得到了迅速的发展和广泛的应用。

变压器油/隔板结构的绝缘强度比较高,理论上其局部放电能够激发出很高频率的电磁波,最高可达数GHz。1996年Rutgers首先将UHF技术应用于变压器的局部放电测量。他们在实验室中检测到了几种缺陷放电的UHF信号,研制了300MHz～1200MHz的UHF天线并通过放油阀将其用于实际变压器中,其检测灵敏度可达10pC。英国Strathclyde大学的Judd等人在GIS特高频检测研究的基础上,也对变压器局部放电UHF检测进行了研究。他们以盘式电容作为传感器并通过在变压器箱体顶部开介质窗的方式安装,传感器耦合的局放信号送入频谱分析仪,选取最优频率后,使用频谱仪的POW模式进行分析。法国ALSTOM 输配电研究中心的K.Raja等人在实验室内研究了各种典型局部放电模型的UHF特性,通过频谱仪的Zero Span方式检测,并据此建立了模式识别方法。此外Raja等人在真实变压器模型上实验证实了UHF方法的灵敏度远高于超声法,且基本不受纸板等绝缘物的影响。

在国内,变压器的局部放电UHF检测方面也作了许多工作,特别是西安交通大学李彦明等人基于混频技术建立了频带可调的窄带检测系统,通过神经网络方法实现了局部放电类型的自动识别。华北电力大学李成榕等人则采用检波技术对原始UHF信号进行调理,并研制了基于检波技术的电力变压器在线监测装置。该装置已经于2003年10月底通过变压器事故放油阀在河南某220kV主变上进行了在线安装和运行,并成功地检测到局部放电信号。之后又发明了UHF人孔、手孔等传感器安装方式,在将该技术实用化方面做出了一些成绩。清华大学则试图通过在变压器内部引出线的附近安置UHF天线的方法来测量变压器的内部放电,在实验室内和现场都进行了探索。