干式变压器局部放电在线监测中的应用分析

李娜

正泰电气股份有限公司箱变制造部 上海市 201614

摘要：电力变压器局部放电会给电力变压器造成很大的损害，影响电力变压器的正常运行，甚至影响整个电网系统，因此，要采取针对性检测对电力变压器局部放电情况进行预防。在变压器发生局部放电故障时，快速准确判断放电故障位置，排除故障点对由此产生的影响降低到最小。局部放电的过程中通常会有电磁泄漏电极两端有脉冲电压的释放、绝缘的物质分解出的气体等现象随之产生。鉴于此，文章结合笔者多年工作经验，对干式变压器局部放电在线监测中的应用分析提出了一些建议，仅供参考。

关键词：干式变压器；局部放电在线监测；应用分析

引言

根据总结出电力变压器在局部放电过程中伴随产生的现象，结合实际应用时的情况，使用特定方法进行检测。相关工作者应当重视对干式变压器的绝缘性能检测，确保设备的正常运行，保障电能资源的高效运输，推动我国社会经济的可持续发展。

1、干式变压器局部放电在线监测

1.1干式变压器

干式变压器，依靠空气对流进行冷却，一般用于局部照明、电子线路、机械设备等变压器。在电力系统中，一般居民小区配电变压器、工厂中的锅炉变压器、除灰/除尘变压器、脱硫变压器等都是干式变压器，电压比可为6（6.3）/0.4kV和10（10.5）/0.4kV，用于带额定电压380V的负载。简单的说干式变压器就是指铁芯和绕组不浸渍在绝缘油中，使用空气热循环的变压器。按线圈工艺分SGB敞开式干式变压器和SCB环氧树脂浇筑式干式变压器。干式变压器有以下性能特点：（1）高安全性：在使用过程中不助燃，能阻燃，不会爆炸及释放有毒气体、不会对环境、其他设备和人体造成危害，对湿度、灰尘、污染不敏感。干式变压器因没有油，也就没有火灾、爆炸、污染等问题，故电气规范、规程等均不要求干式变压器置于单独房间内，可节约配电房空间。（2）高可靠性：SGB系列干式变压器高、低压线圈可选用NOMEX绝缘纸作为绝缘材料、并经VPI真空加压设备多次浸渍H级无溶剂浸渍漆，并多次高温烘培固化，产品绝缘性能高，在通风良好的情况下，允许长期过载20%运行。SC系列干式变压器，高压真空环氧树脂浇注一次性成型，过负荷能力强，有很好的抗短路能力。（3）节能环保：产品寿命结束后，钢、铁等材料易回收；SG系列的所有使用的NOMEX纸燃烧时不会释放有毒物质；SC系列的干式变压器，环氧树脂也可经过环保处理，大大降低对环境污染；其他绝缘材料能降解；产品的损耗低、节能；噪音低、设计灵活。目前，中国SC系列干式变压器年产量已达10000MVA，成为世界上干式变压器产销量最大的国家之一。随着低噪（2500kVA以下配电变压器噪声已控制在50dB以内）、节能（空载损耗降低达25%）的NX1系列干式变压器的推广应用，使得中国干式变压器的性能指标及其制造技术已达到世界先进水平。目前，世界首台110kV干式变压器也于中国联通上海浦江数据中心一次性送电成功。

1.2干式变压器局部放电在线监测综述

干式变压器局部放电研究在信息传感技术、材料功能技术的应用下快速发展，并取得了较大的成效，加拿大研制出在线变压器故障监测与诊断系统，实现对溶解气体浓度的测量；德国则利用电容分压原理设计研发局部放电检测装置，比较分析高压套管处及套管底座两处的信号和滤波，具有较强的抗干扰性。我国也对变压器局部放电现象进行了研究，开发出变压器局部放电的在线装置，具有良好的现场运行效果。对于干式变压器局部放电研究，主要是利用相关的技术提取变压器不同类型的局部放电特征信息，并对其不同的绝缘缺陷进行模式识别和分析，如：尖端放电、沿面放电、气隙放电等，从而成为变压器检修的依据，有效地消除潜在的绝缘缺陷。同时，可以采用多样化的方法实现对变压器局部放电信号的检测采集及特征量的有效提取、模式识别。

2、干式变压器局部放电原因和信号形成原理

2.1干式变压器局部放电产生的原因

干式变压器通常会掺入微小气泡、水分以及其他杂质，无法保持其绝缘介质的纯净和致密性，它们在干式变压器长期运行的状态下，处于电场、热等环境而出现绝缘老化分解的现象，加之干式变压器生产制造过程中的残留杂质的影响，导致电场出现畸变而发生电离放电现象。具体来说，干式变压器产生局部放电的原因主要包括以下方面：（1）变压器生产过程复杂也会因此而引发局部放电现象，如果对这些工艺的控制不够合理，则会对干式变压器产生绝缘影响，致使绝缘中出现微小气泡、受潮等而引发气隙放电。（2）干式变压器内部存在小的尖刺，它们会使干式变压器出现针尖电晕放电的现象。（3）由于干式变压器长期使用的过程中，会要承受极大的过电压冲击或雷电冲击，导致干式变压器出现绝缘老化或破坏的故障。

2.2局部放电超声波信号的形成原理

干式变压器一般有气隙放电、沿面放电、针尖放电三种。当出现局部放电时，电场力作用会导致放电区域的空气与气泡介质的受力出现改变，从而造成收缩或膨胀，由此导致改变该区域的气泡和空气质量体积，该变化会使得外部出现疏密波，即声波，该中波的频率如果超过20kHZ时就被称作超声波。在进行受力相关的分析时，若具有局部放电情况，就会导致气泡及空气受到两个力的作用，一个为放电时的众多热辐射，会给气泡及空气增加压力，让空气介质或者气泡出现胀缩，产生超声波；其二为脉冲电场力的作用，气泡会形成振荡作用，其外部介质会产生超声波。由此可见，在形成局部放电后这两个力是相互作用的。超声波与放电脉冲信号有着紧密的联系，是一种机械波，因为所处环境、传播介质、放电形式的不断改变，随着局部放电而造成的超声波的频谱也会出现较大的差异。

3、干式变压器局部放电在线监测中的应用分析

3.1干式变压器局部放电在线监测试验

以超声波信号为基础的局部放电试验主要由工频试验变压器、隔离变及自耦调压器构成高压电源，可保证工频高电压，避免超负荷电流损坏变压器。局部放电在线检测试验的具体阶段主要包括:1)测试环境噪声检测。超声波传感器收集的信号是噪声干扰信号，直到制作的局部放电模型加压为止。(2)试验局部放电模型的起始放电电压。对超声波采集系统进行在线调试，输出电压超高，直到能显示清晰的超声信号为止，即为局部放电初始电压。(3)收集局部放电稳定信号。当初始电压不断提高到初始放电值的1.2倍时，会出现清晰、稳定的局部放电超声信号，可以收集。

3.2利用声-电定位法在线监测局部放电

对于频率较高的干式变压器的局部放电，必须采用声电联合定位方法，对变压器出现局部放电的详细区域进行精确分析，以保证变压器的维修。超高频超声波定位方法可以使用较高频率的信号，全面了解局部放电信号的具体参数，确保它不受电磁信号的影响，抗干扰性强，可以科学地防止某种干扰源对局部放电的影响。主要采用干式变压器外部的超声波传感器，在线监测局部放电情况，通过菱形排列多路超声波传感器的途径，尽可能覆盖变压器的两边，从而降低了超声波信号的作用。此外，还可以采用模式识别、遗传算法、线性定位、三角测量等算法展开定位，准确获得传感器之间的超高频和延迟信号，获得当地电源放电区域的详细信息，防止局部放电定位问题的发生。

3.3虚拟仪器的使用

虚拟仪器严重违反了原始设备的存储、传输、显示、处理限制，使用户能够快速部署、扩展、维护，能够将计算机软件技术与传统设备硬件技术结合起来，扩大原始设备的功能，进行信息显示、分析和收集。虚拟设备技术的核心技术或软件技术。在线监测系统设计的成功与否极大的受到硬件设备、软件平台等的制约。与以前使用虚拟设备生成的在线监控技术进行比较，利用虚拟装置所形成的在线监测技术，无论在处理能力、性价比、智能化水平等多方面都具有明显提升。

3.4变压器超高频局部放电信号识别

首先根据IEC60270的PD测量方法，检测得出变压器内至少有3个不同的PD源，然后运用超高频局部放电检测法进行变压器局放信号监测，分析和评估了120－MVA发电机升压变压器连续三年的监测数据，最后基于监测数据对3种放电源进行了分类和影响程度研究，得出的主要结论如下所示:(1)提出了一种用于识别PD信号源以及评估放电活动的统计方法，结果表明信号源1是变压器中局部放电的主要类型，相比于其他两种信号源，信号源1具有放电幅值高、次数多、稳定的特点，表明了该方法的有效性。(2)在局部放电发生频率较高或较低时，进行单次或者多次局部放电检测，有可能导致对变压器的PD状态错误判断。为此引入超高频局部放电连续监测的方法，试验结果表明该方法能有效对局部放电信号进行监测和分类。(3)使用UHFPD测量时，某些时段内PD总数具有高波动性从而无法识别其变化趋势，为此需要引入PRPD模式识别，结果表明不同信号源可以通过与源相关的PD数量及其相对于所有PD的相对分数来描述和区分。

结束语

总之，干式变压器的正常工作与绝缘密切相关，一定要全面研究干式变压器局部放电问题的类型以及工作环境，向干式变压器开展超声波在线观测和试验模拟，获得局部放电模式确定的输入特性数，准确获得干式变压器局部放电超声信号特性和区域，从而保证干式变压器的正常工作。

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