
外部局部放电是指发生在变压器外壳外表面,高、中、低压侧引出线套管及接头等部位的局部放电现象,通常伴有周期性放电声音。
内部局部放电是指发生在绕组线圈,箱体内表面,有载调压线圈,有载调压分接头,铁芯等部位的局部放电现象,通常伴有气体继电器发出信号。
对各类型局部放电检测方法的分析选择如下:
(一)外部局部放电检测方法
变压器外部局部放电主要是指存在于变压器外部三侧绝缘套管,套管上接头,套管与法兰、与器身之间的间歇性击穿,或者电晕放电,其中尤以套管表面污秽型电晕放电及表面裂纹造成局部绝缘击穿最为常见。当绝缘表面局部场强超过大气的绝缘强度,就会发生气体绝缘间隙的击穿,随着电压等级的不断升高,绝缘套管的长度也随之增大,对其机械强度及绝缘强度的要求也呈几何倍数增加,因此上述现象在高压,超高压及特高压设备上时有发生。外部局部放电通常伴有声、光、热等现象产生,但是考虑到变压器,特别是220kV及以上大型变压器运行过程中的正常噪声,如果发生的局部放电“嚼啪”声超过变压器运行时的正常可听噪声则表示局部放电现象己经非常严重,应立即将该变压器申请退出运行防止设备的进一步损坏,例如:2007年山西某220kV终端变电站2#主变压器高压侧A相绝缘套管因为上头跳线安装过紧,长期应力作用下发生开裂未及时发现,造成套管闪络引起变压器保护动作,使得供电区域大面积停电。天津地区在2004年也发生过类似事件但因为变电运行人员发现及时,及时将负荷倒出并将变压器转入运行状态避免了恶劣后果的发生。因此在变压器日常巡视中应重点检查套管、套管上接头,套管末瓶,套管法兰处的局部放电故障。以紫外线法、红外线法结合使用互为补充,各有侧重,相互印证的方法进行日常巡视,己达到控制局部放电进一步发展的目的。1. 紫外线检测法
目前装备在各供电单位变电站的紫外线测试仪器是针对局部放电过程中产生的紫外光谱进行扫描检测,紫外线测试仪使用过程中应注意避免日光中紫外成分的干扰,因此紫外检测法尽量选择在夜间或者室内进行,当外部条件不满足,必须在室外开展紫外线检测作业时应开启检测仪器滤波功能,利用日光中“日盲区”波段(240-280nm)进行测量,以避免日光的干扰。
与红外测温法相比,在检测电晕放电时,由于变压器在运行过程中本身即处于一定的正常运行温度状态下,且电晕放电造成的局部温升较小,因此电晕放电造成的温度升高可能会被淹没在背景温度内,无法形成可测的温升梯度,所以在进行电晕放电检测过程中红外检测法无法明确标识出具体电晕放电的位置及剧烈程度,因此紫外检测可以作为变压器外部电晕放电的主要检测方式。
2. 红外线检测法
红外检测法主要是检测电气设备对外释放的红外线强度,通过“波长一图像”转换系统将检测到的红外信号投射到显示屏上,形成可视图像供变电运维人员使用,检测图像标示出检测设备与背景的温度差,常用红外热成像仪检测范围为-150-2000℃,较为先进的设备可以追踪温度最高点,设定温升报警阂值等。
红外检测法具备操作简单,便携性好,价格较低,检测结果直观等优点,但也存在无法定量检测局部放电,当局部放电能量没有积累到一定程度温升效应不明显时检测效果不理想等缺点。该检测法可作为日常普遍性巡视的主要方法。生产实际中由于在夜间受日光等自然条件影响小,背景温度较为均匀,红外线检测法应用效果较好。
上述两种检测方法各有侧重,在实际巡视工作中可互为补充,先使用你测试仪检测局部放电位置,再使用红外测试仪检测局部放电程度,可有效降低局部放电隐患的漏检率。
(二)内部局部放电检测方法
变压器内部局部放电是影响变压器使用寿命的主要原因,同时局部放电会产生积累效应,如不及时排除故障经过时间累积会造成绝缘设备的破坏,进而引起更大范围或者更大程度上的局部放电,进一步加速变压器内绝缘介质(油、油纸)的劣化。变压器内部局部放电主要表现形式有火花放电、辉光放电、亚辉光放电三种,其中火花放电为脉冲型放电,辉光放电为非脉冲型放电,亚辉光放电则介于两者之间。根据前文分析,根据局部放电过程产生的各种现象及各种生成物并结合天津地区主变压器历史检修记录统计宜采用油色谱法、超声波法、特高频局部放电检测法结合使用的方法开展变压器内部局部放电检测工作。1. 油色谱法
油色谱法又被称为气相色谱法,变压器内部发生局部放电时在电场击穿的作用下会使绝缘介质发生分解,会产生一定的分解产物,同时不同的绝缘材料,不同的材质其分解产物也不同。该方法的主要原理是对变压器内部发生局部放电时产生的分解产物进行定性定量分析,通过分析不同产物的组分,产生量进一步判断局部放电的部位及严重程度。该方法最大的优点是不受设备运行状态影响,不受复杂条件下电磁环境影响,检测成本低,取样方便,可在实验室内进行分析也可在设备所在地就地开展试验作业,较为先进的试验仪器己具备变压器油样自动分析识别功能。同时该设备还可作为在线检测装置安装在变压器附近,实时上传检测数据。目前天津地区大部分变电站主变压器均己安装“主变油色谱在线检测系统”。该方法缺点也较为明显,受灵敏度影响,变压器油中的劣化衍生物需达到一定浓度方可达到检测阂值,因此发现油色谱异常时局部放电己发生一段时间,同时该方法对变压器内部突发故障反应较差,也无法定量检测局部放电的程度及放电位置。另外,由于传感器灵敏度及选择性较差油色谱在线检测系统误报率较高。因此油色谱法可作为变压器运行状态的长期定性检测手段,对具体放电故障进行判断时应与其他方法配合使用。
2. 超声波法
变压器内部发生局部放电时会产生超声波信号,部分变压器在设计过程中己预置有超声波接受探头,通过不同位置的探头接收到超声波信号的时间差计算出超声波信号发出的具体位置和强度,对于没有预装超声探头的变压器可使用手持式探测器对变压器不同位置进行探测,找出信号最强位置再进行进一步判断。该方法可用在日常巡视和在线检测系统中,其定位效果良好,但是无法对局部放电程度进行定量检测,此外,该方法对于变压器内部组件表层单一局部放电点检测效果较好,但是对于发生于绕组内部等深层次故障或多点同时发生局部放电时检测效果下降严重,同时考虑该方法在复杂电气设备条件下抗干扰能力差,因此需与其他检测方法配合使用。
3. 特高频局部放电检测法
变压器内部局部放电通常情况下是间歇性放电,其持续时间很短,在纳秒量级,查阅试验数据发现,局部放电过程中释放电磁波的频谱特性与局部放电源的外观特征,放电间隙,绝缘强度相关,当放电间隙较小,绝缘强度较高时期放电时间较短,产生的电磁波频率较高,在大型变压器内部其主要绝缘介质为25#航空煤油,绝缘强度较高,因此放电过程中产生的电磁波频率也较高,可达GHz数量级。通过对这个频段的测量可有效避开复杂电磁环境下其他包括工频电磁波在内的绝大多数背景噪声,有助于精确定位局部放电具体位置,且不同放电位置放电间隙,局部绝缘条件不同因此该方法可追踪多个局部放电点。但该方法受到变压器壳体及内部金属构件屏蔽作用影响较大,测量精度稳定性较差。
在工作现场上述三种方法需协同使用,利用各种方法的优势逐步缩小局部放电故障点范围,提高局部放电检测量化标准,为变压器检修工作提供更为精确的试验依据。