朱學(xué)成，高自偉，盛阿芳，張 健，張洪達(dá)，李 童

(1.黑龍江省電力科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱150030;2.哈爾濱第二電業(yè)局，黑龍江哈爾濱150016)

0 引言

變壓器是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備，其運(yùn)行可靠性直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。由于變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，“超齡”(運(yùn)行時(shí)間超過(guò)25 a)變壓器數(shù)量普遍增長(zhǎng)，局部放電過(guò)程產(chǎn)生了多種物理化學(xué)現(xiàn)象，其中包括電荷的遷移、高頻電磁輻射、超聲振動(dòng)及介質(zhì)分解反應(yīng)等。因此，可以通過(guò)獲得的這些現(xiàn)象，識(shí)別變壓器內(nèi)部是否存在局部放電。目前，局部放電檢測(cè)方法很多，但各自都存在一些缺陷，所以，為了彌補(bǔ)這些缺陷，筆者經(jīng)過(guò)調(diào)研和對(duì)各檢測(cè)系統(tǒng)特點(diǎn)的分析，開(kāi)發(fā)了一種新的局部放電帶電檢測(cè)系統(tǒng)，即采用脈沖電流法、特高頻法、超聲法對(duì)變壓器局部放電應(yīng)進(jìn)行綜合帶電檢測(cè)，以提高檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性。

1 局部放電檢測(cè)方法

局部放電是電氣設(shè)備絕緣結(jié)構(gòu)中局部區(qū)域內(nèi)的放電現(xiàn)象，電氣絕緣結(jié)構(gòu)中若存在局部的電場(chǎng)較強(qiáng)處或因制造工藝不完善、運(yùn)行中有機(jī)物分解、絕緣受機(jī)械力作用而發(fā)生開(kāi)裂等原因，在絕緣中形成缺陷，則在電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)絕緣中的這些部位就容易擊穿而發(fā)生局部放電。在金屬(或半導(dǎo)體)電極的尖銳邊緣處或具有不同特性的絕緣層間，容易發(fā)生局部放電。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)變壓器局部放電帶電檢測(cè)的方法有脈沖電流法、超聲檢測(cè)法、特高頻檢測(cè)法、光測(cè)法、化學(xué)檢測(cè)法、射頻檢測(cè)法、紅外熱像法等。

1.1 脈沖電流法

脈沖電流法是通過(guò)檢測(cè)阻抗檢測(cè)變壓器套管末屏接地線、外殼接地線、鐵芯接地線中局部放電引起的脈沖電流，即測(cè)得視在放電量。檢測(cè)變壓器局部放電脈沖的電流傳感器通常分為窄帶和寬帶兩種。窄帶傳感器頻寬一般為10 kHz，中心頻率為20～30 kHz，具有靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但輸出波形嚴(yán)重畸變;寬帶傳感器帶寬為100 kHz，中心頻率為200～400 kHz，具有脈沖分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，但信噪比較低。

當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)，放電所產(chǎn)生的脈沖電流將流經(jīng)繞組、各種屏蔽及鐵心的接地回路，通過(guò)檢測(cè)這些回路中的脈沖放電電流即可判斷設(shè)備內(nèi)部的放電情況。檢測(cè)系統(tǒng)的脈沖電流傳感器采用鉗式結(jié)構(gòu)，能夠直接卡在接地線上，所以無(wú)需拆動(dòng)被測(cè)設(shè)備的任何部件。

1.2 特高頻檢測(cè)法

特高頻檢測(cè)法是通過(guò)特高頻信號(hào)傳感器接收局部放電過(guò)程輻射的特高頻電磁波，實(shí)現(xiàn)局部放電的檢測(cè)。在特高頻范圍(300～3 000 MHz)內(nèi)提取局部放電產(chǎn)生的電磁波信號(hào)，檢測(cè)系統(tǒng)受外界干擾影響小，提高變壓器局部放電帶電檢測(cè)的可靠性和靈敏度［1－2］。

電力變壓器內(nèi)部局部放電產(chǎn)生的UHF信號(hào)能夠耦合到鐵芯引出地線上，沿此地線傳播到變壓器體外，在地線長(zhǎng)度方向存在顯著的幅值相位變化，相距一段距離的兩點(diǎn)間存在傳輸線電位差，測(cè)量此傳輸線電位差。對(duì)鐵芯引出地線和地線套管進(jìn)行屏蔽，并與設(shè)備金屬外殼相連，構(gòu)成封閉的屏蔽體能有效抵抗外部空間的電磁干擾。此傳感方法不改變變壓器結(jié)構(gòu)，安裝方便，傳感靈敏，抗電磁干擾能力強(qiáng)，適用于電力變壓器局部放電帶電檢測(cè)。測(cè)試接線如圖1所示。

圖1 特高頻檢測(cè)法測(cè)試

1.3 超聲檢測(cè)法

超聲檢測(cè)法是測(cè)量局部放電時(shí)產(chǎn)生的超聲波信號(hào)。用固定在變壓器油箱壁上的超聲傳感器可以接收到變壓器內(nèi)部局部放電產(chǎn)生的超聲波，由此來(lái)檢測(cè)局部放電的大小及位置。通常采用的超聲傳感器是壓電傳感器，選用頻率范圍為70～150 kHz，目的是避開(kāi)鐵芯的磁噪聲和變壓器的機(jī)械振動(dòng)噪聲。

當(dāng)發(fā)生局部放電時(shí)，放電區(qū)域分子相互產(chǎn)生劇烈地撞擊，形成一種壓力。放電是由一連串的脈沖形成，所以由放電產(chǎn)生的壓力波應(yīng)為脈沖式，從而形成局部放電的聲信號(hào)。放電超聲探測(cè)是通過(guò)放置在變壓器箱體外的超聲傳感器，檢測(cè)設(shè)備內(nèi)部局部放電產(chǎn)生的超聲振動(dòng)。信號(hào)通過(guò)空間介質(zhì)傳播，不需拆動(dòng)被測(cè)設(shè)備的任何部件。檢測(cè)過(guò)程不會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行。

2 局部放電現(xiàn)場(chǎng)帶電檢測(cè)

局部放電現(xiàn)場(chǎng)帶電檢測(cè)系統(tǒng)采用脈沖電流法、特高頻檢測(cè)法和超聲檢測(cè)法，檢測(cè)系統(tǒng)包括便攜式工業(yè)計(jì)算機(jī)、脈沖電流傳感器和超聲傳感器。對(duì)220 kV變壓器進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)局部放電帶電檢測(cè)，檢測(cè)的具體結(jié)果如圖2－圖5所示。

圖2 脈沖電流法檢測(cè)時(shí)域波形

圖3 脈沖電流法檢測(cè)的三維圖譜

圖4 特高頻法檢測(cè)時(shí)域波形

圖5 特高頻法檢測(cè)的三維圖譜

圖2和圖3是脈沖電流法測(cè)量的波形和圖譜，沒(méi)有明顯的時(shí)域特性。圖4和圖5是特高頻法測(cè)量的波形和圖譜，具有明顯時(shí)域特性，峰值為40～60 mV。從圖2－圖5可以看出，采用脈沖電流法和特高頻法測(cè)量沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常，超聲檢測(cè)局部放電量為10～30 pC，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常。

3 應(yīng)用效果

變壓器局部放電帶電檢測(cè)與診斷系統(tǒng)自2011年4月在220 kV主變壓器投入使用以來(lái)，在使用過(guò)程中經(jīng)受了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的嚴(yán)格考驗(yàn)，獲得了大量有關(guān)主變的局部放電檢測(cè)數(shù)據(jù)。到目前為止，該檢測(cè)系統(tǒng)已完全進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用階段。經(jīng)過(guò)近150 d的運(yùn)行和使用驗(yàn)證，檢測(cè)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

［1］張銳，吳旭濤，丁培.750 kV主變壓器超高頻局部放電在線監(jiān)測(cè)［J］.寧夏電力，2010(2):11 －13、70.

［2］歐陽(yáng)旭東，袁鵬.變壓器超高頻檢測(cè)方法的應(yīng)用［J］.廣東電力，2004(4):34－36.