变压器超声波局部放电测试

目前检测变压器放电性故障的主要方法是进行局部放电水平的测量, 有脉冲电流局部放电量测量法(以下简称脉冲电流法)和超声波局部放电测量法(以下简称超声波法)。脉冲电流法需在设备停电条件时靠外施电压进行检测, 虽然能对放电量的大小进行定量测量, 以确定放电点的电气位置, 但是无法确定放电点的空间位置, 且检测时必须为停电情况。因此对变压器实施及时、在线的超声波局部放电检测, 并配合其它的绝缘试验项目(如油色谱气体分析、远红外测温等), 分析变压器绝缘状况, 及时确定绝缘缺陷性质就显得越来越重要。

绝缘介质局部放电有2 种类型：气泡内放电；介质在高场强下游离击穿。一些浇注、挤压的绝缘介质容易夹杂着气隙或气泡, 空气的介电常数较固体介质小, 而场强与介电常数成反比。因此, 介质中的气隙或气泡是第一种局部放电的发源地；当局部电场更高时, 在绝缘薄弱环节处将引起介质的游离击穿。以上2种局部放电, 在多数情况下往往同时发生或互相诱发。

变压器在试验电压(或工作电压)下出现局部放电时, 伴随产生电脉冲、超声波、光、热和化学变化等物理现象。只要变压器内部存在局部放电, 就一定会产生高频的电气扰动, 并将向所有与其有连接的电气回路传播。利用连接到设备端子上的测试装置接到放电信号, 可对变压器局部放电进行定量检测。同时, 只要存在局部放电, 在放电过程中, 随着放电的发生, 伴随着爆裂状的声发射, 产生超声波, 且很快向四周介质传播, 通过安装在变压器油箱外壁上的超声波传感器, 将超声波信号转换为电信号, 就能对变压器内的局部放电水平进行测量, 此即为变压器超声波局部放电测量法。

在变压器内部发生局部放电时, 伴随有声波能量的放出, 超声波通过不同介质(油纸、隔板、绕组、油等)向外传播。这种超声波信号以某一速度通过绝缘纸板、绝缘油等介质向变压器油箱外传播, 以球面波的形式向四周传播, 超声波穿过绝缘介质到达变压器箱壁上的传感器有2条途径：一条直接传播,即超声波的纵向波穿过绝缘介质、变压器油等到油箱内壁, 并透过钢板到达传感器；另一条是以纵向波传到油箱内壁, 后沿钢板按横向波传播到传感器, 此波为复合波。超声波传播途径见图1。放电源S产生超声波, SA 为纵向波, SBA 、SCA 为复合波。

超声波传播途径

表1　超声波的传播速度和相对衰减率

介质名称	传播速度（mm*μs-1）	相对衰减率/（dB*cm-1）
变压器油	1.40	0.00
油浸纸	1.42	0.60
油浸纸板	2.30	4.50
铜	3.68	9.00
钢板	5.50	13.00

超声波传播波形