电力变压器局部放电定位研究

焦伟

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摘要：现阶段市面上的电力变压器局部放电在线监测系统都是根据单一的监测结果进行诊断，系统本身的稳定性和精度不够理想，无法清晰区分电力变压器绝缘体系统放电的类别，因此对电力变压器绝缘受到何种程度的破坏无法得到准确的结论。局部放电是造成电力设备故障的主要原因之一，开展局部放电定位研究一直是电力设备故障诊断的有效手段。局部放电不仅是绝缘故障产生的重要原因，也是绝缘劣化程度的主要评估手段，因此对于现场的电力设备，获得局放源的具体位置将有助于提高电网运行效率及安全性。

关键词：电力变压器；局部放电；定位

引言

局部放电在线监测不仅可以检测出电力变压器的早期内部绝缘故障，避免放电情况的恶化；而且可以代替压力测试来测试电力变压器制造和安装中造成的绝缘缺陷，确定故障位置以便快速有效地解决缺陷。近年来国内外研究者针对电力变压器局部放电在线监测系统展开了大量研究。例如日本研究者在20世纪80年代研制了电力变压器在线监测系统，其具有初步的自动诊断功能；清华大学电机系在20世纪90年代研制了可远程和在线的变压器局部放电监测的微机系统，其还可以鉴别电磁干扰并定位局部放电源。

1目前确定局部放电源的几种常用方法

1.1电气定位法

通过各个绕组、铁芯夹件之间局放量的大小以及传递关系，各绕组端头及铁芯夹件出现局放时与电压的关系判断局部放电原因及位置，这是最常规、最快捷的方式，目前在检测时也是运用最多的方法。常见的电气定位法包括极性法、起始电压法、行波法、多端测量法及电容分量法等。虽然国内外学者对电气定位法进行了大量的研究，但由于电气定位法现场操作的复杂性、电力设备结构的复杂性以及强电磁干扰的存在，在工程实际中应用较少。

1.2放电产物分析法

油纸绝缘材料在局部放电作用下会分解产生各种气体，分析产生的化学生成物，例如用色谱分析仪分析放电产生的微量可燃性气体，可推断局部放电程度，从而判断故障类型。该方法已在生产实际中广泛应用，并取得了较好的效果。各种气体中对判断故障有价值的气体有甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、氢、一氧化碳、二氧化碳等。

1.3超声波定位法

针对电力设备局部放电定位中的“噪声”影响，分析了超声波在变压器设备内的传播路径及声压分布规律，指出仅声波入射的最前沿部分能用于时延计算，反射及折射后的信号不能直接利用。传统的超声波定位算法主要是球面法和双曲面法，但两者都存在非线性特性，很容易出现无解情况。因此学者们先后提出遗传算法、粒子群算法、模式识别算法及一些混合算法等。相关文献提出将小波降噪和能量判据相结合的方法，实测数据证实了判据的有效性。文献提出一种带混沌搜索的粒子群算法，能防止结果陷入局部最优，扩大了搜索范围。超声波定位法即利用超声波检测技术来测定局部放电的位置及放电程度。这种方法较简单，不受环境条件限制，常用于放电部位确定及作为配合电测法的补充手段。声测法有它独特的优点，即可在试品外壳表面不带电的任意部位安置传感器，从而较准确地测定放电位置，且接收的信号与系统电源没有电联系，不会受到电源系统电信号的干扰。因此，进行局部放电检测时，电测法和声测法常同时运用，两种方法优点互补，再配合一些信号处理分析手段，则可得到很好的测量效果。

1.4局部放电联合定位技术

1.4.1“特高频-声”联合定位技术

特高频信号在电力设备中的传播速度近似为光速，其速度远大于超声波波速，因此可近似认为局放源信号由局放源传播到特高频传感器时无时延。联合定位时，将特高频信号作为触发信号，通过读取各超声波传感器与特高频传感器之间的时延差，构造时延方程。以变压器局放源的定位为例，将特高频传感器置于变压器充油阀附近，以防止特高频信号沿变压器箱壁传播造成信号衰减的问题。由于充油阀一般不多于3个，故特高频法对放电源的定位范围较大，无法小范围精确定位。针对此，德国学者SCoenen采用“特高频-声”联合定位法对变压器内部放电源进行了定位。采用“特高频-声”联合定位法既能克服充油阀的数量限制，也能减少超声波信号在设备箱壁传播时造成的衰减，因此在定位精度上较单一的超声波定位法具有明显优势。

1.4.2“特高频-光”联合定位法

普通光纤由于受到自身孔径的限制，只能接收端部孔径限制角范围内的局放光信号。因光纤端部孔径限制角范围很小，因此光测法只能对小范围的局放源进行定位，要对设备局放源进行定位，需借助其他方法进行大致定位，将范围缩小后再利用光测法。普通光纤传感器固定后，其接收到的光信号强度与局部放电强度呈正相关关系，当光信号较强时，传感器离放电点也较近。由于特高频信号现场干扰小，且波速总以光速传播，检测到的放电信号也极其灵敏，因此，可利用特高频法对电力设备的局放源进行一次定位，大致确定局放源位置后，再结合光测法进行小范围的二次定位，能有效提高定位精度。

2电力变压器局部放电检测技术未来的发展趋势

超高频检测技术与数字化检测技术，作为两种主要的电力变压器局部放电检测技术，相对于传统技术而言，已经充分解决了检测灵敏度低，及抗干扰能力弱的问题，提高了检测的灵敏度与准确度，对于电力变压器使用性能的保证，以及使用寿命的延长，能够起到一定的促进作用。在未来，超高频检测技术与数字化检测技术的联合，有望成为电力变压器局部放电检测的主要方法。常见的局部放电问题，类型较多，数字化检测技术对数据库中信息量的要求大，在实践中，必须不断总结与积累局部放电经验与数据，将其存储在数据库中，以提高局部放电检测的精确度。另外，可建立变压器局部指纹库，将其存储到数据库中，以确保能够通过将所获得的放电信息与数据库的对比，及时有效的判断出故障类型以及所处位置，以便及时对其加以维修，从而避免电力变压器发生更大的故障。超高频检测技术与数字化检测技术中，对信息的采集都属于关键部分，因此，必须就如何提高信息采集效率、全面性、及时性与准确度的问题，进行进一步的研究，需保证在局部放电现象发生时，相应检测仪器能够及时感知，进而立刻对放电的位置等具体信息加以判断，为有关人员对故障的处理提供参考。

结束语

综上所述，当运行环境恶劣或内部出现故障时，电力变压器会由于局部场强过高而产生局部放电。局部放电的发生会影响电力变压器的正常运行，严重时可能造成电力变压器的损坏，因此对电力变压器局部放电进行在线监测是电力变压器监测的重要环节。电力变压器在运行过程中，出现局部放电故障较常见，对电力系统运行稳定性及安全性的保证，会产生一定影响，将局部放电检测而技术应用到电力变压器运行过程中，是解决上述问题的关键。

参考文献

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