馬建濤，馮新巖，趙廷志，李承振

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，山東 濟(jì)南 250018）

0 引言

電力變壓器是電力系統(tǒng)中的重要電氣設(shè)備，其運(yùn)行狀況直接影響電網(wǎng)的可靠性。國(guó)際CIGRE工作組國(guó)際調(diào)查報(bào)告的統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，局部放電造成的絕緣故障占58.3%以上［1］。因此，開展變壓器局部放電帶電檢測(cè)或在線監(jiān)測(cè)，提前發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部局部放電隱患，對(duì)保證電力變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行非常重要。

變壓器局部放電帶電檢測(cè)方法主要有絕緣油溶解氣體分析法、超聲波法、高頻脈沖電流法、特高頻法等檢測(cè)方法，其中，高頻脈沖電流法由于安裝使用方便、檢測(cè)靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，已成為變壓器局部放電帶電檢測(cè)或在線監(jiān)測(cè)的主要技術(shù)手段［2-5］。

變壓器發(fā)生局部放電時(shí)，通常會(huì)在其鐵芯、夾件、套管末屏等接地引下線上產(chǎn)生高頻脈沖電流。通過使用高頻電流傳感器檢測(cè)接地引下線或其他地電位連接線上的高頻脈沖電流信號(hào)，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器局部放電的帶電檢測(cè)。其檢測(cè)原理如圖1所示。

圖1 脈沖電流法檢測(cè)原理

在運(yùn)行變電站中存在大量干擾信號(hào)，根據(jù)其時(shí)域特征的不同，主要分為：白噪聲干擾、周期性信號(hào)干擾和脈沖型干擾3類［6-7］。白噪聲干擾主要包括熱噪聲、地網(wǎng)噪聲、配電線路中由于耦合而進(jìn)入的各種隨機(jī)噪聲等，白噪聲在整個(gè)頻段是連續(xù)平緩的。周期性干擾信號(hào)主要來自電力系統(tǒng)載波通信、高頻保護(hù)信號(hào)以及無線電干擾等。脈沖型干擾信號(hào)主要來自線路高壓端的電暈放電、開關(guān)及晶閘管開斷過程中的脈沖干擾、懸浮電位物體放電、接地不良引起的干擾等，脈沖型干擾信號(hào)是持續(xù)時(shí)間短的脈沖信號(hào)，在時(shí)域與頻域上與局部放電信號(hào)非常相似，因此脈沖型干擾信號(hào)識(shí)別排除難度最大。目前，人們?cè)谛盘?hào)數(shù)據(jù)處理及傳感器方面對(duì)抑制干擾信號(hào)做了大量的工作，也取得一定成效［8-10］，然而現(xiàn)場(chǎng)總有些干擾無法徹底消除，這些干擾信號(hào)的產(chǎn)生給脈沖電流法檢測(cè)的信號(hào)識(shí)別帶來很大困難，因此現(xiàn)場(chǎng)對(duì)干擾信號(hào)的識(shí)別和排除顯得尤為重要。

1 干擾信號(hào)識(shí)別方法

高頻脈沖電流局部放電檢測(cè)發(fā)現(xiàn)信號(hào)時(shí)，首先需要判定所測(cè)信號(hào)是否具有放電特征，對(duì)于沒有放電特征的高頻信號(hào)可直接判定為干擾信號(hào)。若所測(cè)高頻信號(hào)存在放電特征，則需進(jìn)一步分析信號(hào)特征，判定信號(hào)是否來自變壓器內(nèi)部，若局部放電源位于變壓器外部則可定為外部放電干擾信號(hào)。

干擾信號(hào)的識(shí)別與判斷主要依據(jù)信號(hào)的時(shí)域特征和頻域特征進(jìn)行分析辨別，包括信號(hào)的頻段、高頻電流波形的極性等；對(duì)于部分變壓器外部的局部放電類干擾信號(hào)，可采用特高頻信號(hào)與高頻信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系將局部放電源定位，進(jìn)而排除干擾信號(hào)。

1.1 頻率識(shí)別法

利用高頻脈沖電流法進(jìn)行局部放電檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)到一個(gè)信號(hào)波形，首先需要在10 ms時(shí)基范圍內(nèi)確認(rèn)該信號(hào)是否存在工頻周期相關(guān)性，如圖2所示，若沒有工頻周期相關(guān)性，則說明檢測(cè)到的波形不存在局部放電特征；如果信號(hào)存在周期性，則需要將信號(hào)波形展開，計(jì)算所測(cè)信號(hào)的等效頻率。根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司規(guī)程Q／GDW 11400—2015《電力設(shè)備高頻局部放電帶電檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用導(dǎo)則》中的規(guī)定，高頻電流局部放電脈沖的頻段為3～30 MHz，但是實(shí)際中曾檢測(cè)到信號(hào)頻率為2.5 MHz左右的變壓器內(nèi)部局部放電的脈沖電流信號(hào)，故上述經(jīng)驗(yàn)頻率范圍僅作為一個(gè)參考，在實(shí)際檢測(cè)中可適當(dāng)拓寬。當(dāng)檢測(cè)到信號(hào)頻率在兩個(gè)邊界值周圍的信號(hào)時(shí)均需要仔細(xì)分析信號(hào)特征，不能直接采用頻率法將信號(hào)判為干擾信號(hào)而排除。

對(duì)于信號(hào)頻率在1 MHz以下的低頻信號(hào)，多來自接地網(wǎng)回路中耦合干擾，在變壓器的不同接地部分均可檢測(cè)到類似信號(hào)，可根據(jù)頻率法直接判定此類信號(hào)為干擾信號(hào)。對(duì)于特高頻干擾信號(hào)比較明顯的環(huán)境，在進(jìn)行高頻電流檢測(cè)時(shí)會(huì)檢測(cè)到部分頻率高達(dá)100 MHz的周期性信號(hào)，該部分信號(hào)多是直接耦合到高頻電流檢測(cè)回路的特高頻信號(hào)，可以直接判為干擾信號(hào)。

圖2 10 ms時(shí)基下脈沖電流波形

1.2 脈沖電流波形極性識(shí)別法

針對(duì)檢測(cè)到的脈沖電流波形，如果呈現(xiàn)工頻周期性，且信號(hào)頻率在脈沖電流檢測(cè)頻率范圍之內(nèi)，則可通過信號(hào)波形極性法來判別信號(hào)源范圍。一般變壓器或換流變壓器進(jìn)行高頻電流檢測(cè)時(shí)，分別從鐵芯和夾件接地下引線部位測(cè)取信號(hào)。如果發(fā)現(xiàn)鐵芯夾件上二者信號(hào)極性相反（如圖3所示，高頻電流波形第一個(gè)脈沖的極性），則表示變壓器內(nèi)部存在異常放電現(xiàn)象，需要利用其他方法對(duì)該信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步定位。如圖4所示，當(dāng)換流變壓器閥側(cè)繞組或網(wǎng)側(cè)繞組對(duì)鐵芯之間的絕緣發(fā)生破壞產(chǎn)生局部放電時(shí)，能量流向局部放電點(diǎn)、局部放電電流從繞組流向鐵芯，鐵芯接地線中流過正向的局部放電電流，夾件中會(huì)有電流從接地網(wǎng)流回局部放電點(diǎn)。其他部位的接地引線中也會(huì)有電流回流到故障點(diǎn)，圖4中紅色箭頭標(biāo)識(shí)了具體電流流向（即極性）。當(dāng)閥側(cè)繞組或者網(wǎng)側(cè)繞組對(duì)夾件之間的絕緣發(fā)生破壞以及鐵芯與夾件之間絕緣發(fā)生破壞時(shí)，鐵芯與夾件中的接地高頻電流脈沖極性相反。

圖3 鐵芯夾件極性相反的脈沖電流波形

如果鐵芯與夾件部位的高頻電流信號(hào)極性相同，如圖5所示，則不能完全排除變壓器內(nèi)部無異常放電，這時(shí)需要結(jié)合其他手段對(duì)該信號(hào)進(jìn)行排除和確認(rèn)。如圖6所示，閥側(cè)繞組對(duì)地發(fā)生局部放電時(shí)，換流變壓器鐵芯夾件上的高頻信號(hào)極性相同。

借助不同位置套管的末屏引下線，可檢測(cè)不同位置的高頻脈沖信號(hào)幅值大小及頻率，結(jié)合變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可有效判斷變壓器內(nèi)部局部放電的大體位置，如圖4和圖6所示，套管末屏接地部位亦可進(jìn)行高頻局部放電檢測(cè)。而目前多數(shù)變壓器套管在設(shè)計(jì)時(shí)并沒有考慮末屏引下線，因此，若未對(duì)套管進(jìn)行后期技術(shù)改造，脈沖電流極性識(shí)別法只能在鐵芯夾件處檢測(cè)，從而限制了其應(yīng)用和發(fā)展。

1.3 結(jié)合特高頻信號(hào)識(shí)別法

當(dāng)檢測(cè)到脈沖電流信號(hào)極性相同時(shí)，判斷信號(hào)來自變壓器內(nèi)部還是外部較困難時(shí)，可同時(shí)結(jié)合特高頻信號(hào)來進(jìn)行判斷。如圖7所示，如果每次檢測(cè)到的脈沖電流信號(hào)均有對(duì)應(yīng)的特高頻信號(hào)，則可采用多個(gè)特高頻傳感器進(jìn)行檢測(cè)，利用特高頻信號(hào)時(shí)間領(lǐng)先法進(jìn)行粗略判斷局部放電源位置?？稍谧儔浩髦車胖?個(gè)特高頻傳感器，1個(gè)放置在變壓器周圍命名為A，1個(gè)放置于變壓器高壓側(cè)命名為B，1個(gè)放置于變壓器低壓側(cè)命名為C，觀察10 ms時(shí)基下脈沖電流信號(hào)和特高頻信號(hào)在周期上是否對(duì)應(yīng)，若不存在周期對(duì)應(yīng)關(guān)系，可判斷為干擾信號(hào)，若存在周期對(duì)應(yīng)關(guān)系，將波形展開，比較3個(gè)特高頻傳感器的時(shí)間差，若傳感器B最領(lǐng)先，則說明特高頻信號(hào)來自變壓器高壓側(cè)，若傳感器C最領(lǐng)先，則說明特高頻信號(hào)來自變壓器低壓側(cè)，若傳感器A領(lǐng)先于B和C，則說明特高頻信號(hào)來自變壓器周圍。這時(shí)需要在變壓器周圍對(duì)信號(hào)進(jìn)行再細(xì)分定位，判斷信號(hào)來自變壓器內(nèi)部還是套管上的干擾，如表1所示。

圖4 繞組對(duì)鐵芯發(fā)生局部放電示意

圖5 鐵芯夾件極性相同的脈沖電流波形

圖6 繞組對(duì)外殼發(fā)生局部放電示意

圖7 脈沖電流信號(hào)與特高頻信號(hào)的對(duì)應(yīng)

表1 結(jié)合特高頻信號(hào)識(shí)別法的判斷

2 典型案例

2.1 脈沖電流極性法檢測(cè)換流變內(nèi)部局部放電

對(duì)某站換流變壓器進(jìn)行高頻脈沖局部放電檢測(cè)，在換流變壓器鐵芯夾件上檢測(cè)到一個(gè)周期性高頻脈沖信號(hào)，如圖8所示，發(fā)現(xiàn)021 C相鐵芯與夾件高頻脈沖信號(hào)極性相反，而其余相換流變壓器鐵芯與夾件高頻脈沖信號(hào)極性均相同，如圖9所示。分析圖9中信號(hào)，信號(hào)頻率約為30 MHz，頻率較高。不考慮放電類型因素的情況下，頻率較高的信號(hào)距離檢測(cè)部位較近，因此判斷信號(hào)源距離鐵芯與夾件引出部位距離較近。由于油色譜未出現(xiàn)異常，判斷信號(hào)放電能量較少。

圖8 021 C相鐵芯夾件高頻信號(hào)（極性相反）

圖9 021 B相鐵芯夾件高頻信號(hào)（極性相同）

2.2 結(jié)合特高頻信號(hào)識(shí)別法檢測(cè)變壓器內(nèi)部局部放電

對(duì)某變電站進(jìn)行高頻脈沖局部放電檢測(cè)，在變壓器鐵芯夾件上檢測(cè)到一周期性高頻脈沖信號(hào)。將信號(hào)展開后發(fā)現(xiàn)鐵芯與夾件高頻脈沖信號(hào)極性相同，如圖10所示，分析其信號(hào)頻率為18 MHz，頻率在高頻脈沖放電信號(hào)頻率范圍之內(nèi)。外接2個(gè)特高頻信號(hào)傳感器，一個(gè)放置在變壓器周圍，另一個(gè)遠(yuǎn)離變壓器周圍移動(dòng)，發(fā)現(xiàn)靠近變壓器的特高頻信號(hào)始終超前其外側(cè)傳感器信號(hào)，如圖11所示。由此判斷變壓器內(nèi)部存在局部放電。

圖10 變壓器檢測(cè)脈沖電流法信號(hào)展開波形

圖11 外接特高頻傳感器的時(shí)間領(lǐng)先法波形

3 結(jié)語

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)高頻電流局部放電檢測(cè)過程中存在干擾信號(hào)難以識(shí)別判定的難題，分析現(xiàn)場(chǎng)存在的干擾信號(hào)類型以及各自特征，提出采用計(jì)算高頻電流脈沖信號(hào)頻率的方法對(duì)變壓器鐵芯及夾件接地線中存在的低頻干擾信號(hào)以及耦合在高頻電流檢測(cè)回路中特高頻信號(hào)進(jìn)行排除；分析了脈沖電流的極性鑒別法，鐵芯夾件脈沖電流極性相反則必定存在局部放電，兩者極性相同時(shí)需要進(jìn)一步判定；特高頻信號(hào)與高頻電流信號(hào)一一對(duì)應(yīng)時(shí)，可結(jié)合多路特高頻信號(hào)識(shí)別法實(shí)現(xiàn)局部放電源的定位，進(jìn)而區(qū)分變壓器外部干擾信號(hào)。換流變壓器局部放電案例驗(yàn)證了頻率法、極性法以及特高頻信號(hào)識(shí)別法的有效性。熟練掌握干擾信號(hào)的識(shí)別排除方法，可以明顯提升現(xiàn)場(chǎng)高頻電流局部放電檢測(cè)的效率，讓高頻電流局部放電檢測(cè)法發(fā)揮真正的作用。