电力变压器放电检测技术现状及发展

现阶段，我国电力行业发展进入技术变革的关键时期，电压等级要求也不断提高。同时，电压升高也容易发生变压器的局部放电现象，而局部放电产生的电流与周围介质会发生相互反应作用，产生热效应或者生成活性物质，其中最重要的问题是局部放电会加速绝缘体老化，隔热性能降低，进而引发电气事故。因此变压器局部放电检测技术的优化工作至关重要，能够有效预防事故发生。局部放电现象的出现使得周围介质形成超声波、高频辐射等效应，这也给检测技术的升级提供了方向。本文针对电力变压器的局部放电性能检测为主要探讨对象，对检测技术的应用类型和工作原理、发展现状和未来发展趋势展开分析，以期对未来检测技术优化提供思路。电力变压器是电力系统正常运行中必不可少的一个关键运行部件，运行状况与设备质量直接关系到整个电力系统的安全与稳定性。同时，电力变压器的绝缘状态又直接影响到变压器的整体运行状况，其中局部放电产生大量的电、光、声、热等的物理、化学效应，是造成电力变压器绝缘老化、变形的主要原因，进而可能由此造成不同程度的电力事故。为应对局部放电导致的变压器运行问题，近年来相关专家结合这些效应研发出了各类放电监测技术，如电脉冲法、光检测侧法、超声波法、超高频法、气相色谱法和红外热像法等，均有效地应用在了局部放电检测工作中，帮助整个电力工程正常运行。

1局部放电检测技术类型及应用现状

在我国电气工程中，根据放电原因类型的差别，将局部放电现象大致分为三种类型：分别是是汤逊放电、注流放电以及热电离引发的放电。此外，放电的表现形式也多种多样，小间隙局部放电现象中又包括脉冲和非脉冲放电，还包括亚辉光放电。由于变压器的局部放电现象会影响到周围的其他物质，进而导致设备与周围介质相互作用，这就使得变压器的部分绝缘体产生相互反应（物理化学效应等），形成局部放电现象。局部放电的发生可能造成超声波的出现以及介质成分发生变化等，极可能引起电气事故出现，造成严重后果。近年来，随着电气工程数量的逐步增多，我国有关部门加强了对局部放电的研究工作，旨在研究更多放电检测新技术，加强对变压器的控制。下面就针对几种常见变压器放电问题的检测方法展开具体分析：

1.1电测法

（1）超高频检测方法超高频检测方法是一种新的放电检测手段，在对传统检测方法中存在缺陷的改进与优化的基础上衍生出来，极大地弥补了传统检测法的一些不足。变压器的局部放电可产生300-3000MHZ的高频信号，利用超高频检测法可对电力变压器部分绝缘放电进行准确检测和定位，并且减少干扰因素的影响。通过超高频检测法来对变压器局部放电进行检测的优势在于：①局部放电脉冲产生的能量和频带宽几乎成正向比例，仅考虑热噪声在灵敏度方面的影响程度时，超频宽带检测具有更高的灵敏性；②宽频法可以有效抑制电晕引起的电磁干扰频率，可以看出，合适的超高频传感器能够对变压器绝缘中局部放电的性质和物理信息展开准确测量。超高频检测最重要的组成部分是传感器，其灵敏程度对系统检测结果质量形成直接影响。用于检测局方信号的超高频天线有内置和外置两类，然而现阶段的大部分天线需要进行专门设计，以便于和各种超高频检测系统相互匹配。因此，如何使超高频天线更加有效地接收电磁波是目前超高频检测方法进行创新优化的关键点之一。

（2）脉冲电流方法脉冲电流法是另一种应用最为广泛的电测类型的局部放电检测手段，在国际上获得公认的时间最早，国际电工委员会还为脉冲电流法建立了一套专门的测量标准（IEC60270）。脉冲电流法方法利用接入检测电路的检测阻抗，或者通过电流互感器来获得变压器套管端屏地地线等其他不同位置的接地线，通过其引起的脉冲电流，然后利用数字信号处理设备获取局部放电的相关参数。这种离线测量方法的灵敏度较高，能够有效测量局部视在放电量。同时，结合超声方法，能够作为电声定位方法对局部放电位置进行准确定位。脉冲电流法也存在一些缺点，例如：①测试的环境要相对稳定；②无法实现在线测量；③抗干扰能力较差；④设备频带窄、频率低，可获取的信息量较少。近年来，宽带脉冲电流法的研究也应运而生，并开发了一种基于甚宽带脉冲电流法的检测系统。在脉冲量与传统脉冲电流法的基础上，该系统可以相对提高灵敏度、抗干扰能力等检测性能，同时，能够应对复杂环境，识别较为准确的放电信号、类型等信息。

1.2非电测法

（1）光测方法局部放电发生后，会产生400nm到700nm不等的光波，在通过光电倍增管强度和的处理后，进而产生了光电流。有关人员对光电流中的强度和波长便可对局部放电进行定位和检测。目前，光学测量方法在实验室研究中取得了巨大的成就，但由于检测设备成本较高，同时需要测量部件的透明性强一些，因此在实际应用中光学测量方法存在一些限制性因素，目前只适用于定性分析。在未来光测法的发展中，光纤技术的发展可作为进一步创新的基础，主要是将光测法与声学法结合起来，测量局部放电情况，将会得到一定程度的发展。

（2）超声波检测方法变压器的局部放电现象往往伴随声波的释放，超声波检测就是利用传感器接收释放的超声波来对局部放电的范围和位置进行检测和定位。超声波检测法具有一定的应用优势，最大的优点便是工作原理简单。但同时，检测局部放电的超声波传感器还无法完全满足超声波检测的需求，主要表现在抗电磁干扰性能差、灵敏度低方面，这就给超声波检测工作增加了难度。基于此，超声波检测大多对局部放电状态进行定性判断与数据采集，利用电脉冲信号或直接使用超声波信号进行物理定位。有关机构已经利用超声波法展开了大规模的检测模拟工作，对110kV及以上类型的变压器放电现象进行试验。测试结果表明，超声波检测法具有准确诊断局部放电问题是否存在的能力。

（3）化学检测方法电力变压器发生局部放电时，其中的大部分绝缘体会被分解和破坏，同时形成新的物质。化学检测方法就是通过对生成物质的成分和浓度进行检测来达到检测目的，判断局部放电的状态。化学检测方法现阶段应用到变压器在线故障的诊断工作当中，其具有的模式识别系统能够对故障展开自动识别，但目前并没有对这种故障识别形式建立一个统一的判断标准。并且，由于其对于潜在故障的灵敏性较高，但对突发故障的检测不够及时，因此无法准确识别到突发性故障。

2局部放电检测技术未来发展分析

电力系统应用范围的扩大间接促使电压等级逐步提高，这也进而形成了变压器电压负荷过重的问题，导致变压器出现局部绝缘放电现象，成为电力变压器绝缘局部恶化问题的导火索。也因此，电气研究机构、电气制造厂商或者是电力系统管理部门近年来更加重视变压器局部绝缘放电检测技术的创新工作，并将局部放电检测工作视为变压器运行质量的重要检测要素。由于电力变压器在绝缘部分发生放电时，周围介质会形成一些新物质，如超声波、电脉冲和电磁辐射等，并且周围环境相对过热，热效应较为明显，在此基础上研发了光学测量、电脉冲检测、超声波检测以及化学检测等局部放电检测手段。同时，近年来现代化数字技术的应用使得放电检测技术在数字测量和超高频检测方面也取得不错的研究成果。

（1）声学检测法、光学测量法以及化学检测等非电检测方法的抗干扰性能力较强，同时对于环境的敏感性较低，能够适应不同电气特性，受到的影响较小，操作也相对方便，今后的发展空间也相对更加广阔，潜力较大。目前，非电检测方法作为主要辅助检测手段，在对绝缘局部放电超声进一步研究的基础上，将对放电强度展开更加准确的定量分析，从而建立一个包含检测、定位等工作的局部放电判断标准。

（2）脉冲电流法是针对目前检测类型来说，最为标准的局部放电检测方法，形成了一个统一的检测标准。但同时其仍然存在一些不足，如测量的频带窄、频率低、参数数据收集规模较小等问题，需要进行深入研究，积极创新。射频检测法收取的放电信号远高于传统测量方法，能够最大限度排除干扰因素，精确提取脉冲信号，为电力变压器的诊断工作提供了一种新的思路。新兴的超高频检测技术就是这一原理的创新和延伸。超高频检测技术弥补了传统脉冲电流法存在的缺点，具有较高的潜在优势，在未来将产生较高的应用价值，是今后新型检测方法研究和开发的一个研究方向。

（3）超高频方法的主要优势是测量频率带宽、抗干扰能力强，能够满足变压器局部放电在线监测的各项要求，未来将成为局部放电在线检测的主流技术之一。除此之外，随着数字化在线监测系统的发展与应用，超高频检测与数字检测相结合的可能性也越来越高，称作数字局部放电检测技术，加大计算机系统的辅助力度，将在今后变压器局部绝缘放电检测中发挥重要作用。例如，对超高频变压器中典型的局部放电类型特点进行深入研究，在此基础上建立一个变压器的局部放电信息库，利用数字测量技术实现局部放电问题以其他故障的自动识别与诊断。基于此，许多关键技术的优化、改进工作需要积极跟进，以便更好实现上述检测思路。

总结：

综上所述，超声波检测、光学测量和化学检测等非电检测方法的应用优点是具有较强的抗干扰性，因此在局部放电的性能检测方面具有较高的应用价值与较广阔的发展潜力。不论是电测法还是非电测法，都需要积极不断实现创新化发展，推动电力变压器甚至电力系统中的其他部分的运转性能，提高故障诊断的准确性和可靠性，为电力工程运行提供可靠的技术支撑。

作者：王智桦 单位：福州亿力电力工程有限公司配电工程分公司