国内外变压器局部放电检测方法的研究现状

从20世纪中期开始，各个国家就对变压器中局部放电的机理做了很多研究，并取得了很大进展。变压器局部放电时伴有电脉冲、电磁辐射、声、光、局部发热以及放电导致绝缘材料分解出气体等现象，通过这些现象可以检测局部放电。

变压器局部放电定量检测主要采用的是电信号检测技术，包括脉冲电流法、超高频检测法和超宽频检测法等。

脉冲电流法是应用的最早、最广泛和最成熟的局部放电检测方法，主要通过在变压器接地线、铁芯引下线、套管等耦合方式测试，可在线监测。该法能够对放电量进行标定，缺点是需要停电进行外施电压，且容易受到干扰，不符合目前电气设备状态监测所提出的要求。

超高频局部放电检测法是目前应用于局部放电检测的热门技术，随着传感器技术、数据采集技术等的不断发展，局部放电的检测向超高频和超宽频方向发展。通过接收变压器内部放电所产生的超高频电信号，实现局部放电的检测。UHF（Ultra一High-Frequency）法接收局部放电信号主要有两种方式：天线法和电容耦合法，采样频率可分别达到1.2GHz和1.5GHz。因为超高频检测的频带非常高，可以通过砍掉低频信号来过滤干扰。国内的很多仪器厂家一般将300MHz以下的信号过滤，以排除现场电晕放电的干扰。但由于电力变压器内部绝缘结构的复杂性，电磁波在传播过程中会发生多次折反射和衰减，同时变压器箱壁的屏蔽作用也使得局部放电的电磁信号很难的向外传播，在变压器的外部进行超高频检测颇有难度。目前广东电科院、清华大学、华北电力大学等单位已将超高频局放检测技术应用于变压器局放检测。具体做法是将超高频传感器置于变压器内部进行检测，而将超高频传感器置于变压器内部时，需要打开变压器的油阀，会造成油流涌动引起变压器瓦斯保护动作，影响到设备的运行。

高频脉冲电流法也可以用于变压器局部放电的检测。通过变压器套管升高座的位置进行包膜，人为的制造一个电容屏，使得局部放电的高频电流通过电容的耦合进入检测系统，利用高频CT检测高频电流信号，以实现对变压器局放的检测。广州智友公司采用高频脉冲电流法，对佛山供电局所有的500kV变压器进行过普查和评估，取得了一定的效果。

化学检测法是目前应用最广的非电测法。对变压器的油样进行色谱分析，通过油中的特征气体含量，以及三比值法，可以对变压器是否存在局部放电进行判断。由于变压器的所有结构材料均浸在油中，一旦产生局部放电，局部放电的能量，使得绝缘油产生裂解，油中各种气体的含量组分会产生变化，各种特征气体对反应局部放电非常灵敏。实验室油色谱分析发展已经成熟，积累了较多的故障诊断经验。

声发射检测技术是近几年逐渐兴起的一种检测方法。在电力变压器内部发生局部放电时，会伴随有声波能量的放出，声波在不同介质(油纸、隔板、绕组、油等)中向外传播，到达固定在变压器油箱壁上的声发射传感器。其优点是不影响电气主设备的安全运行，受电磁干扰小，灵敏度较高，可以对局放点定位。缺点是放电源和传感器之间的传播路径复杂，等效传播速度难以确定，故给声源定位造成一定的困难，且在声发射信号在不同介质中传播会衰减等。在变压器局部放电的测量中，声发射传感器的谐振频率一般都选择在30kHz以上的超声频段。虽然局部放电及所产生的声发射信号具有一定的随机性，每次局部放电的声波信号频谱不同，但整个局部放电声波信号的频率分布范围却变化不大，基本处于50-300kHz频段。大量研究表明，局部放电产生的声波信号的频谱大都集中在150kHz左右，而变压器的噪声频谱分布在小于65 kHz频率范围。二者的频率分布明显不同。另外，传播媒质对声波吸收系数随频率的平方增长，即频率越高，吸收系数越大，声波在传播中的衰减越厉害，因此系统最好利用低频段的声波信号，以保证其灵敏度，同时避开变压器铁芯自身振动、噪声和其他电磁噪声等干扰。

自1965年美国的Dunegan公司首次推出声发射商用仪器以来，声发射硬件技术经历了从参数式一参数型数字式一波形式三个阶段的更新发展。进入20世纪90年代，美国PAC公司、美国DW公司、德国Vallen Systeme公司和中国广州声华公司先后开发生产了算机化程度更高、体积和重量更轻的第三代数字化多通道声发射检测分析系统，这些系统除了能进行声发射参数实时测量和声发射源定位外，还可以直接进行声发射波形的观察、显示、记录和频谱分析。随着声发射检测仪器的日趋完善，用于变压器局部放电测量的可靠性也越来越高。

目前美国的PAC公司是声探头最大的生产厂家，从上世纪90年代开始，该公司开始研发PAC声发射(超声)测量系统，该系统是采用声发射法对变压器局放进行带电测试的仪器，除能够长时间带电测试外，还能够对变压器局放位置进行定位。通过在美国进行数百台变压器的测试，形成了较成熟的测试技术，本世纪初开始销向中国市场。2007年佛山供电局购进该测量系统，并应用于现场检测，但由于试验人员对变电站变压器内部结构、运行环境不熟悉，导致不能对检测信号做出综合分析，缺少判断依据。国内外变压器局部放电检测方法的研究现状声发射法对于变压器围屏、引线、金属件及高压线圈表面的放电比较灵敏，而对变压器绕组内部的变压器绕组内部的局放灵敏度不高。有些单位在实验室模拟了变压器油箱进行研究，但停留在检测声发射信号灵敏度、验证试验仪器有效性等方面，缺少工程应用方面的研究，使得现场检测缺少理论的指导，若要有效的利用声发射法检测和定位变压器局部放电，需要在声发射法的局放检测应用方面进一步作研究。