电力变压器局部放电超声—光纤监测方法研究

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摘 要：变压器局部放电现象有可能引发电力事故，给电网安全运行带来严重威胁，深入研究局部放电监测方法对于保证电能的正常输送具有重要意义。本文综述了目前关于电力变压器局部放电在线监测的常用方法，并且针对其中超声波监测方法的不足之处，阐述了一种超声-光纤监测方法。该方法利用光纤传感器接收测量信息，具有较好的抗干扰性和较高的可靠性。

关键词：电力变压器；局部放电；超声波监测；光纤传感器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.124

1 引言

根据我国能源资源分布特点，电力系统向着高电压、高容量、大规模互联的趋势不断发展，系统规模的不断扩大对电网元件的可靠运行提出了更高的要求。电力变压器作为电网中电能传输的枢纽器件，其运行可靠性直接决定了电网安全稳定水平，因此保证电力变压器的正常运行至关重要。但是电力变压器由众多复杂部件组成，其中不乏存在一些安全隐患，比如局部放电现象便可能导致变压器寿命缩短甚至出现烧损[1]。电力变压器局部放电现象的存在极大影响了其正常运行，开展对电力变压器局部放电的在线监测工作具有重要意义。

2 局部放电在线监测方法

电力变压器局部放电在线监测可以通过识别放电时产生的化学、物理及电气变化来判别。常见的在线监测方法如下：

变压器油色谱在线监测方法通过鉴别局放产生的故障气体的组分来判断变压器是否发生了局放现象并且判别故障的类型[2]。变压器油色谱分析方法已经形成了较为完善的油色谱判别标准，并且在实践中取得了较好效果。但是，由于气体传感器容易受干扰，所以故障气体的准确提取存在很大问题。另外，由于脱气环节占用时间较长，因此，油色谱分析方法在线实时监测能力相对较弱。

脉冲电流法通过检测变压器局部放电时检测回路中的脉冲电流信息来获得局放相关信息[3]。脉冲电流法的优点是可以通过定量测定放电量来快速判定变压器局部放电的严重程度，并且具有很高的灵敏度。但是脉冲电流法对脉冲电流的检测环境相当苛刻，且抗干扰能力差，因此在实际中应用效果较差。

超声波监测法的基本原理是通过截取故障时产生的超声波来判断局放的发生，并且通过不同传感器接收到超声波时间的不同来定位放电源[4]。超声波监测方法属于一种物理监测方法，具有简单有效、灵敏度高等优点。缺点为超声波在电力变压器内的传播路径不能确定，这便可能造成放电源定位不准。另外，超声波监测方法受环境噪声、电磁干扰的影响存在精度不够的缺点。

3 超声-光纤监测法

超声波监测方法的主要弊端在于变压器内部的多路径问题和受环境噪声影响严重。近年来，一种可安装在变压器内部并且不受环境噪声影响的光纤传感器的问世给超声波监测方法注入了新的活力。

3.1 光纤传感器及其原理

光纤传感器是一种可以将声信号转换为光信号，再转换为电信号的装置。光纤传感器具有稳定的化学性能和良好的绝缘性能并且可以直接安装在变压器油内对局部放电超声波信号进行测量，这样便有效解决了超声波信号在变压器内部传输的多路径问题。因为光纤传感器将声信号转化为了光信号，因此光纤传感器不受环境噪声和电磁波干扰的影响。

光纤传感器根据光敏元件的不同可以分为两类，一类是功能型光纤传感器，另一类是非功能型光纤传感器。

3.2 超声-光监测法在电力变压器中的应用

电力变压器发生局放现象时，放电源如同一个声源向四周发射超声波。超声-光监测方法通过光纤本身或者光敏元件可以将放电源发射的声信号首先转换为光信号，再由光敏元件转换为电信号。通过分析电信號便可以解调出声信号所包含的信息，从而判别局部放电是否发生并可以根据不同传感器接收信号的时间差来定位放电源。

超声-光监测的基本原理可以通过Fabry—Perot光纤传感器实例来进行具体说明。F-P光纤传感器示意图如图1所示。

F-P光纤传感器的工作原理：由SLED驱动器发射的光经过隔离器、连接器、光纤到达局放传感器，并且在局放传感器的空气间隙上发生衍射现象。局放传感器平时放于变压器油内，用于感知变压器内声波信号的变化。变压器内部发生局部放电时，放电源产生的声波便以油为介质向四周传播。利用变压器油内不同位置的局放传感器接收声波信号的时间差可以进行放电源的准确定位。

由上述工作原理可以发现，光纤传感器不但具有不受电磁干扰影响、灵敏度高的优点，而且由于传感器直接安置在变压器油里，还可以避免超声波多路径传输的弊端，因此超声-光纤监测方法相比超声波监测法更加准确。

4 总结

本文首先概括介绍了电力变压器局部放电监测的几种方法并且分析了各自的优缺点，然后针对超声波监测方法的一些不足之处，阐述了一种超声-光纤监测方法。经过分析发现，该方法可以有效避免超声波多路径传输问题，并且不受电磁干扰的影响，准确度更高。

参考文献：

[1]李书，金鑫，戴舒.变压器局部放电在线监测综述[J].东北电力技术，2009（08）：37.

[2]张言苍，张毅刚，徐大可.变压器局部放电在线监测的现状与发展[J].继电器，2004（22）：32.