變壓器局部放電在線監測方法綜述
目前 , 國內外在線檢測變壓器局部放電的方法主要有 7 種。
1脈沖電流法
脈沖電流法是研究變壓器局部放電在線監測技術最早、應用最廣泛的監測方法。當變壓器內部出現局部放電時 , 產生的高頻脈沖電流可利用羅可夫斯基線圈檢測變壓器中性點、外殼接地電纜處的脈沖電流 , 或用監測器捕獲變壓器高壓套管抽頭連接處的脈沖電流 , 以此判斷變壓器內部是否發生局部放電。。該方法一般是檢測脈沖電流信號的低頻部分 ,通常為數 kHz至數百kHz(至多數 MHz)。目前 , 脈沖電流法廣泛用于變壓器型式試驗、預防和交接試驗、變壓器局部放電實驗研究等 , 其特點是測量靈敏度高、放電量可以標定等。
2超聲波檢測法
當變壓器內部發生局部放電時 , 不僅產生電脈沖信號 , 同時還產生超聲波信號 , 可通過同時產生的超聲波信號和電信號判斷變壓器內部的絕緣狀況。超聲傳感器的頻帶約為50kHz～200kHz,以避開鐵心的鐵磁噪聲和變壓器的機械振動噪聲。當變壓器內部發生局部放電時 , 固定在變壓器外殼的超聲傳感器采集到超聲波信號 , 通過電 — 聲傳感器將聲波信號轉化為電信號 , 連同局部放電時產生的電信號一同送到監測系統。其中現場控制與預處理單元主要完成對超聲信號和電信號的收集 , 并將超聲信號轉換為電信號后 ,并放大處理。
該方法的優點是不影響電氣主設備的安全運行 ,并且受電磁干擾影響較小 ;缺點是放電源和超聲探頭之間的波阻抗異常復雜 , 超聲波信號常常因為傳播途徑復雜、衰減嚴重而導致檢測靈敏度很低。光纖技術已經應用在局部放電的超聲波探測上 , 變壓器內局部放電產生的超聲波擠壓光纖并導致光波在光纖中傳播時受到調制 , 采用合適的調制解調器可以把局部放電的超聲波信號提取出來 , 可以避免傳統的油 — 鋼復合路徑所造成的影響。采用光學技術對電氣設備局部放電的檢測技術達到現場應用還有很大距離 , 其主要原因在于光學設備造價高、檢測穩定性不高。
3射頻檢測法
射頻檢測法屬于高頻局部放電測量 , 其檢測頻帶已達甚高頻 (VHF)范圍 ,測量頻率達 30MHz。射頻檢測法使用方便 ,檢測系統不會影響變壓器的運行方式。超寬頻帶(UWB)局部放電檢測技術 (上限頻率可達GHz)具有測量頻帶寬、信息量大等優點,可以較全面地研究局部放電的特性。利用傳感器監測變壓器中性點處或傳感器直接在變壓器內部截取變壓器局部放電輻射產生的電磁波信號 ,截取頻率可達到 30MHz,常用的傳感器主要有羅可夫斯基線圈、電容器傳感器和射頻傳感器。相對于超聲波法 , 射頻檢測法大大提高了測量頻率 , 而且不受變壓器運行方式改變的影響 , 但對于三相分體電力變壓器來說 , 得到的射頻信號是三相局部放電信號的總和 , 無法進行分辨 , 且脈沖電磁波信號在傳遞過程中易衰減損耗 , 特別是在變壓器中性點處截取的電磁波信號衰減很快 , 得到的頻率分量很低 , 而放在變壓器內部傳感器截取的局部放電產生的電磁波衰減相對較少。
4氣相色譜法
這是一種基于油中氣體成分分析(DGA)的化學檢測方法。變壓器中發生的局部放電將導致各種絕緣材料發生分解破壞 , 產生新的生成物 , 通過檢測各種氣體生成物的組成和濃度 ,可以判斷局部放電的狀態。目前 , 該方法廣泛應用于變壓器故障類型和故障程度的診斷 ,IEC為此制定了三比值法的推薦標準。氣相色譜法的優點是不受外界電磁干擾影響 ,準確度較高 , 且對早期潛伏性故障較靈敏 , 但不能反映突發性故障。
5光測法
在變壓器油中 , 放電產生脈沖電流的同時伴生發光、發熱現象。光測法是利用光電探測器監測局部放電產生的光輻射信號 , 將截取的光輻射信號轉化為電信號經放大處理送到監測系統。通常放電產生的光輻射信號波長500mm～700mm之間。光測法不受強電磁環境的干擾 , 但測量設備復雜昂貴 , 測量靈敏度較低。
6化學法
化學法通過分析變壓器油分解產生的各種氣體的組成和濃度來確定故障 ( 局部放電、過熱等 )狀態 , 例如當變壓器內部局部放電時 , 變壓器油分解的特征氣體成分主要是 H2、CH4、C2H2、CO[5]。化學法檢測變壓器內部局部放電的缺點 : 一是油氣分離時間較長 , 很難發現突發性的局部放電 ; 二是化學法只能定性的分析變壓器內部局部放電 , 無法對放電位置進行定位。
7UHF 法
這是目前局部放電檢測的一種新方法 , 該方法通過天線傳感器接收局部放電過程輻射的 UHF電磁波 ,實現局部放電的檢測。在 20世紀 80年代末 ,UHF法測量局部放電首先應用在GIS設備中。該技術的特點在于 :檢測頻段較高 ,可以有效地避開常規局部放電測量中的電暈、開關操作等多種電氣干擾 ; 檢測頻帶寬 , 所以其檢測靈敏度很高 ; 而且可識別故障類型和進行定位。UHF檢測的特點使其在局部放電檢測領域具有其他方法無法比擬的優點 , 因而在近年來得到了迅速的發展和廣泛的應用。
變壓器油/隔板結構的絕緣強度比較高 , 理論上其局部放電能夠激發出很高頻率 的 電 磁 波 , 最 高 可 達 數 G H z 。1 9 9 6 年Rutgers首先將UHF技術應用于變壓器的局部放電測量。他們在實驗室中檢測到了幾種缺陷放電的 UHF信號 ,研制了 300MHz～1200MHz的UHF天線并通過放油閥將其用于實際變壓器中 ,其檢測靈敏度可達10pC。
英國Strathclyde大學的Judd等人在GIS特高頻檢測研究的基礎上 , 也對變壓器局部放電 UHF檢測進行了研究。他們以盤式電容作為傳感器并通過在變壓器箱體頂部開介質窗的方式安裝 , 傳感器耦合的局放信號送入頻譜分析儀 ,選取最優頻率后 ,使用頻譜儀的 POW模式進行分析。法國 ALSTOM 輸配電研究中心的 K.Raja等人在實驗室內研究了各種典型局部放電模型的 UHF特性,通過頻譜儀的Zero Span方式檢測,并據此建立了模式識別方法。此外Raja等人在真實變壓器模型上實驗證實了 UHF方法的靈敏度遠高于超聲法 , 且基本不受紙板等絕緣物的影響。
在國內 , 變壓器的局部放電 UHF檢測方面也作了許多工作 , 特別是西安交通大學李彥明等人基于混頻技術建立了頻帶可調的窄帶檢測系統 , 通過神經網絡方法實現了局部放電類型的自動識別。華北電力大學李成榕等人則采用檢波技術對原始UHF信號進行調理 ,并研制了基于檢波技術的電力變壓器在線監測裝置。該裝置已經于2003年10月底通過變壓器事故放油閥在河南某 220kV主變上進行了在線安裝和運行 ,并成功地檢測到局部放電信號。之后又發明了 UHF人孔、手孔等傳感器安裝方式 , 在將該技術實用化方面做出了一些成績。清華大學則試圖通過在變壓器內部引出線的附近安置 UHF天線的方法來測量變壓器的內部放電 , 在實驗室內和現場都進行了探索。