常規(guī)電力變壓器局放檢測(cè)的現(xiàn)狀與新技術(shù)

　　摘要：常規(guī)的電力變壓器局部放電檢測(cè)方法有脈沖電流法、DGA法、超聲波法、RIV法、光測(cè)法、射頻檢測(cè)法和化學(xué)方法等。

　　關(guān)鍵字：變壓器 檢測(cè) 新技術(shù)

　　常規(guī)的局放檢測(cè)方法

　　脈沖電流法。它是通過(guò)檢測(cè)阻抗接入到測(cè)量回路中來(lái)檢測(cè)。檢測(cè)變壓器套管末屏接地線(xiàn)、外殼接地線(xiàn)、中性點(diǎn)接地線(xiàn)、鐵芯接地線(xiàn)以及繞組中由于局放引起的脈沖電流，獲得視在放電量。脈沖電流法是研究最早、應(yīng)用最廣泛的一種檢測(cè)方法，IEC-60270為IEC于2000年正式公布的局放測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。脈沖電流法通常被用于變壓器出廠(chǎng)時(shí)的型式試驗(yàn)以及其他離線(xiàn)測(cè)試中，其離線(xiàn)測(cè)量靈敏度高。脈沖電流法的問(wèn)題在于以下幾方面：其抗干擾能力差，無(wú)法有效應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)；對(duì)于變壓器類(lèi)具有繞組結(jié)構(gòu)的設(shè)備在標(biāo)定時(shí)產(chǎn)生很大的誤差；由于檢測(cè)阻抗和放大器對(duì)測(cè)量的靈敏度、準(zhǔn)確度、分辨率以及動(dòng)態(tài)范圍等都有影響，因此當(dāng)試樣的電容量較大時(shí)，受耦合阻抗的限制，測(cè)試儀器的測(cè)量靈敏度受到一定限制；測(cè)量頻率低、頻帶窄，包含的信息量少。

　　DGA法。DGA法是通過(guò)檢測(cè)變壓器油分解產(chǎn)生的各種氣體的組成和濃度來(lái)確定故障（局放、過(guò)熱等）狀態(tài)。該方法目前已廣泛應(yīng)用于變壓器的在線(xiàn)故障診斷中，并且建立起模式識(shí)別系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)故障的自動(dòng)識(shí)別，是當(dāng)前在變壓器局放檢測(cè)領(lǐng)域非常有效的方法。但是DGA法具有兩個(gè)缺點(diǎn)：油氣分析是一個(gè)長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)過(guò)程，因而無(wú)法發(fā)現(xiàn)突發(fā)性故障；該方法無(wú)法進(jìn)行故障定位。

　　超聲波法。超聲波法是通過(guò)檢測(cè)變壓器局放產(chǎn)生的超聲波信號(hào)來(lái)測(cè)量局放的大小和位置。超聲傳感器的頻帶約為70～150千赫茲（或300千赫茲），以避開(kāi)鐵芯的鐵磁噪聲和變壓器的機(jī)械振動(dòng)噪聲。由于超聲波法受電氣干擾小以及可以在線(xiàn)測(cè)量和定位，因而人們對(duì)超聲波法的研究較深入。但目前該方法存在著很大的問(wèn)題：目前的超聲傳感器靈敏度很低，無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)有效地測(cè)到信號(hào)；傳感器的抗電磁干擾能力較差。因此，超聲檢測(cè)主要用于定性地判斷局放信號(hào)的有無(wú)，以及結(jié)合脈沖電流法或直接利用超聲信號(hào)對(duì)局放源進(jìn)行物理定位。在電力變壓器的離線(xiàn)和在線(xiàn)檢測(cè)中，它是主要的輔助測(cè)量手段。

　　RIV法。局部放電會(huì)產(chǎn)生無(wú)線(xiàn)電干擾的現(xiàn)象很早就被人們所認(rèn)識(shí)。例如人們常采用無(wú)線(xiàn)電電壓干擾儀來(lái)檢測(cè)由于局放對(duì)無(wú)線(xiàn)電通訊和無(wú)線(xiàn)電控制的干擾，并已制定了測(cè)量方法的標(biāo)準(zhǔn)。用RIV表來(lái)檢測(cè)局放的測(cè)量線(xiàn)路與脈沖電流直測(cè)法的測(cè)量電路相似。此外，還可以利用一個(gè)接收線(xiàn)圈來(lái)接收由于局放而發(fā)出的電磁波，對(duì)于不同測(cè)試對(duì)象和不同的環(huán)境條件，選頻放大器可以選擇不同的中心頻率（從幾萬(wàn)赫茲到幾十萬(wàn)赫茲），以獲得最大的信噪比。這種方法已被用于檢查電機(jī)線(xiàn)棒和沒(méi)有屏蔽層的長(zhǎng)電纜的局放部位。

　　光測(cè)法。光測(cè)法利用局放產(chǎn)生的光輻射進(jìn)行檢測(cè)。在變壓器油中，各種放電發(fā)出的光波長(zhǎng)不同，研究表明通常在500～700mm之間。在實(shí)驗(yàn)室利用光測(cè)法來(lái)分析局放特征及絕緣劣化等方面已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，但是由于光測(cè)法設(shè)備復(fù)雜昂貴、靈敏度低，且需要被檢測(cè)物質(zhì)對(duì)光是透明的，因而在實(shí)際中無(wú)法應(yīng)用。

　　射頻檢測(cè)法。利用羅果夫斯基線(xiàn)圈從變壓器中性點(diǎn)處測(cè)取信號(hào)，測(cè)量的信號(hào)頻率可以達(dá)到3萬(wàn)千赫茲，大大提高了局放的測(cè)量頻率，同時(shí)測(cè)試系統(tǒng)安裝方便，檢測(cè)設(shè)備不改變電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式。但對(duì)于三相電力變壓器，得到的信號(hào)是三相局放信號(hào)的總和，無(wú)法進(jìn)行分辨，且信號(hào)易受外界干擾。隨著數(shù)字濾波技術(shù)的發(fā)展，射頻檢測(cè)法在局放在線(xiàn)檢測(cè)中得到了較廣泛的應(yīng)用。

　　超高頻方法在局放檢測(cè)中的應(yīng)用

　　華北電力大學(xué)自2002年開(kāi)始，將近年來(lái)國(guó)際上流行的超高頻技術(shù)應(yīng)用于GIS、變壓器、電機(jī)和電纜等的局放檢測(cè)研究工作。截至目前為止，研究工作取得了很大進(jìn)展，完成了超高頻法用于變壓器局放檢測(cè)的可行性驗(yàn)證，研制了一套自動(dòng)化超高頻局放檢測(cè)系統(tǒng)，可以通過(guò)程控的方式控制信號(hào)采集和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。設(shè)計(jì)了模擬變壓器內(nèi)部局放的各種實(shí)驗(yàn)室模型，通過(guò)相位統(tǒng)計(jì)分布的方式和頻譜的方式進(jìn)行了模式識(shí)別的研究，取得了很好的效果。以實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)系統(tǒng)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了一套基于現(xiàn)場(chǎng)的超高頻局放檢測(cè)系統(tǒng)，并成功地于2003年2月23日在河南某變電站一臺(tái)正在運(yùn)行的型號(hào)為SFPSZ9-220千伏/120000千伏安的主變進(jìn)行了安裝與試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)用于實(shí)際在線(xiàn)安裝測(cè)試的首次試驗(yàn)。后來(lái)又在該變壓器吊罩檢查期間，安裝了基于超高頻檢波信號(hào)的固定式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)長(zhǎng)期跟蹤其局放活動(dòng)。結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的研究成果，設(shè)計(jì)了一套基于工控機(jī)的UHF局放在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)了在線(xiàn)連續(xù)采集數(shù)據(jù)、相位統(tǒng)計(jì)分析和超高頻信號(hào)隨時(shí)間變化的歷史趨勢(shì)分析功能。

　　高壓設(shè)備局放檢測(cè)的發(fā)展方向

　　目前，超高頻方法的研究也面臨著一些問(wèn)題，由于測(cè)量機(jī)理與脈沖電流法不同，因此無(wú)法進(jìn)行視在放電量的標(biāo)定，而目前大多數(shù)工程人員已經(jīng)習(xí)慣于通過(guò)視在放電量來(lái)反映局放的嚴(yán)重程度，IEC規(guī)定有關(guān)局放的變壓器產(chǎn)品出廠(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)中，其指標(biāo)也是通過(guò)局放量的閾值來(lái)規(guī)定的。目前的研究表明，即使在局放源到傳感器之間的傳播路徑不變的情況下，脈沖電流法的視在局放量與超高頻方法所測(cè)得的脈沖信號(hào)幅值之間也沒(méi)有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這就更加大了應(yīng)用該方法進(jìn)行局放定量的難度；此外，由于變壓器內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，局放產(chǎn)生的電磁波在內(nèi)部的傳播將存在大量的散射、折反射以及衰減，因而傳播特性研究和局放源定位工作將注定是難度很大而且充滿(mǎn)挑戰(zhàn)的。

　　隨著科技的發(fā)展，特別是信號(hào)分析技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、指紋分析、專(zhuān)家系統(tǒng)、模糊診斷和分形等都越來(lái)越多地應(yīng)用到變壓器局放檢測(cè)中，對(duì)通過(guò)脈沖電流法按照IEC270標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量得到數(shù)據(jù)，進(jìn)行模式識(shí)別和絕緣壽命評(píng)估，推動(dòng)了局放檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。超高頻檢測(cè)方法從一開(kāi)始就是從數(shù)字化技術(shù)起步的，通過(guò)將成功的傳統(tǒng)方法移植到超高頻檢測(cè)之中，實(shí)現(xiàn)局放的連續(xù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)識(shí)別的研究正在取得快速的進(jìn)展，上述超高頻法存在的問(wèn)題是目前很多相關(guān)研究單位需要解決的課題。筆者認(rèn)為，任何一種方法都有一定的應(yīng)用范圍，有些問(wèn)題它可以解決，有一些則不能解決。當(dāng)前通信技術(shù)的發(fā)展使人們充分認(rèn)識(shí)到，在線(xiàn)監(jiān)測(cè)是個(gè)跨學(xué)科、綜合性的研究領(lǐng)域，多種方法相結(jié)合，綜合運(yùn)行目前各種技術(shù)和知識(shí)，構(gòu)建統(tǒng)一的、綜合的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，將是未來(lái)局放在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的發(fā)展方向。