蒋建旭 张云斌

（华电潍坊发电有限公司，山东 潍坊 261204）

1 现状调查

高压电气设备内部绝缘介质内部电气放电现象称为局部放电。高压设备的局部放电可以导致绝缘介质的局部损坏，如果局部放电行为无法及时发现，长期积累将导致绝缘劣化并最终导致绝缘击穿。根据统计调查，绝缘故障导致的变压器故障占总故障的67%以上。因为及时发现运行变压器的绝缘情况尤为重要，所以电力变压器局部放电在线检测技术在这个背景下快速发展起来。

2 局部放电产生原因及其现象

在制造维修过程中，由于变压器绝缘部件、金属部件等部位常存在一些尖角、毛刺，使尖角、毛刺处常因电场强度的作用聚集有大量电荷。此外变压器绝缘体中存在的空气间隙以及变压器油中的微量气泡等原因都会导致变压器内部局部放电。

局部放电过程中除造成电荷的转移和电能的损耗外，还伴随电磁辐射、超声波，发光、发热以及出现新的生成物等，因此这些伴随现象的不同使局部放电的测量方法分为电气测量法和非电气测量法[2]。

3 常规局部放电检测方法

以变压器局部放电所产生的各种现象（超声波、发热、发光、电磁波信号等）为检测依据，同时根据这些伴随信号的强弱来判断变压器内部局部放电的强弱以及定位。

3.1 高频脉冲电流法

将高频电流互感器（CT）套在变压器接地线上，采集变压器内部发生局部放电时产生的高频脉冲电流信号。该方法具有测量灵敏度较高、脉冲分辨率高、抗电磁干扰能力强等优点。但因其采集信息少，不能对变压器局部放电位置明确定位[3]。

3.2 化学检测法（气相色谱法）

化学检测法就是通过检测变压器绝缘油中各种生成物的浓度来判断变压器的局放程度。该方法具有抗电磁干扰较强的优点。但由于发生局部放电时，变压器内部绝缘油分解时间较长导致其检测周期较长，只可用于初期故障检测，无法用于突发性故障检测；而且该方法只可用于大体分析，无法判断故障位置及故障程度。此外由于气体检测仪检测原理，无法区分气体成分，在检测过程中容易被非检测气体干扰。

3.3 光测法

局部放电过程中将伴随大量的光，此时可以利用光电转换，来达到检测局部放电的目的。

3.4 超高频法

当变压器内部绝缘介质发生局部放电时，可产生数百MHz甚至数千MHz的超高频电磁波信号，同时考虑到变电站现场的其他电磁干扰信号频谱范围普遍在160 MHz以下，且在传播过程中会有较大的衰减。所以超高频法具有避开电晕干扰的优点，但仍具有无法明确定位放电部位的劣势[4]。

3.5 红外热像法

在变压器局部放电时，其产生的电热能量将会造成放电局部位置温度的变化，红外热像法正是利用检查变压器局部温度的变化来判断局部放电的发生及位置。因此红外热像法具有原理简单，清晰直观的优点。但由于该方法只能检测表明温度，所以无法检测变压器内部故障，不能确定故障位置。

3.6 超声波法

当变压器发生局部放电产生超声波信号时，超声波信号以球面波的形式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。此时将超声波传感器安装在变压器适当位置用于检测局部放电时产生的超声波信号，以此来确定变压器局部放电的位置和大小。该方法的优点在于能对放电点所处的空间位置进行确定，其主要局限性是由于声波在传播途径中经过绝缘介质、金属部件等后其衰弱、变形较为严重，所以声测法基本不能反映放电量的大小，只能作为辅助测量[5]。

4 超声波与高频脉冲电流联合检测法

随着变压器局部放电检测技术的发展以及要求的逐步提高。近年来超声波与高频脉冲电流联合检测法由于相较传统检测技术更加优越而逐渐被推广与应用。

4.1 工作原理

图1为电力变压器局部放电检测系统的工作原理，该方法采用的是超声波与高频脉冲电流法相结合的工作原理。

该方法的采集系统由超声波传感器（AE）与高频电流传感器（HFCT）这2个传感器实时采集工作现场的超声波信号及高频电流信号。具体方法为安装在变压器外壁上的AE传感器用于检测变压器局部放电时产生的超声波信号。安装在变压器接地线上的HFCT传感器用于检测高频脉冲电流。

为了使设备局放时产生的微弱信号不被电力变压器四周的各干扰源干扰，该检测系统配置有两类高性能配置及信号处理能力强的传感器，且该传感器采用不同原理的信号处理技术，使其可在时域中同步分析交变场中的检测信号。该系统中的主机包括模数转换模块、前置放大器、数据图谱显示模块以及中央处理器等，其主要功能为信号放大及信号处理（例如数字滤波、波形测量、脉冲记数、波形数据以及数据传输等）。系统处理器可利用传感器采集到的相关信息，经专用软件对增益、阈值及显示图谱类型、进行信号分析，同时可对局放信号与典型图谱进行对比分析，判断放电类型并存储相关信息，从而实现了对设备的在线检测[6]。

4.2 技术特点

系统同时采用超声波与高频脉冲电流检测技术，使其将两者单一检测的优势结合，又避免了其自身检测的局限性，具有2个优势。1）相较于超声波检测法传播过程中衰减、畸变严重，声测法无法反应电气量变化等检测方法的局限性，高频脉冲电流检测法具有灵敏度较高、抗电磁干扰能力强、脉冲分辨率高等优势，因此使用该方法检测变压器局放，具有极高的准确性。2）利用双超声传感器的球面分析定位法，在确定变压器存在局放时可准确定位其放电源。并通过绘制三维图形，帮助技术人员有效分析判断电力变压器的安全状况。弥补高频脉冲电流法对于局部放电信号不能精确定位的局限性[7]。

5 超声波与高频脉冲电流法的应用实例

某变电站220 kV #1主变局放测试仪采用具有超声波与高频脉冲电流联合检测技术，其现场检测安装如图2、图3所示。

在安装后发现220kV #1主变有异常，现场检测图谱如图4、图5所示。

根据图4、图5分析，发现反应高频脉冲信号的测量信号幅值和数量较大，信号团集中在一、三象限，峰值出现在90°和270°附近，具备典型局部放电特征，由此可判断为变压器内部的局部放电。

此外利用超声波传感器将局部放电源定位于变压器B相中部，同时通过对现场设备实际测量分析，初步将局部放电源锁定在高压绕组处。

图1 工作原理图

图2 高频CT现场安装情况

图3 超声波传感器现场安装情况

检修部门根据局放在线检测结果，通过油色谱分析等具体手段对故障变压器进行综合分析，最终确定此台主变确实存在绝缘缺陷，并将主变返厂维修。

通过该次局放在线检测，证明了利用超声波与高频脉冲电流联合检测法的局放在线检测装置确实能够在线检测变压器在正常运行过程中的局部放电情况，且能及时判断变压器局部放电问题，并且其测量位置与实际放电位置相符，证明了将声电联合检测技术运用于变压器局部放电带电检测具有重要的实用价值[8]。

6 结语

通过对现在主要投入使用的变压器局部放电检测手段的分析论证，我们发现了现有各手段的优缺点，并通过背景调查及分析论证，最终提出了利用超声波与高频脉冲电流联合检测法对变压器局部放电检测的优势，该方法既可以充分发挥高频脉冲电流法可以很好地获取故障量的优点，又可以充分发挥超声波法抵抗外界干扰、定位清晰的优点，有效避免了单一检测方法的局限性，可以有效地对电力变压器进行检测。最终通过现场实际安装运用，将采集的现场信息用于软件，分析发现该方法在在线检测、定位变压器的局部放电具有极佳的现场运用价值。

图4 幅值大小分布

图5超声波局放定三维图