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常規(guī)電力變壓器局放檢測(cè)的現(xiàn)狀與新技術(shù)論文
摘要：常規(guī)的電力變壓器局部放電檢測(cè)方法有脈沖電流法、DGA法、超聲波法、RIV法、光測(cè)法、射頻檢測(cè)法和化學(xué)方法等。
關(guān)鍵詞：變壓器 檢測(cè) 新技術(shù)
常規(guī)的局放檢測(cè)方法 脈沖電流法。它是通過檢測(cè)阻抗接入到測(cè)量回路中來檢測(cè)。檢測(cè)變壓器套管末屏接地線、外殼接地線、中性點(diǎn)接地線、鐵芯接地線以及繞組中由于局放引起的脈沖電流，獲得視在放電量。脈沖電流法是研究最早、應(yīng)用最廣泛的一種檢測(cè)方法，IEC-60270為IEC于2000年正式公布的局放測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。脈沖電流法通常被用于變壓器出廠時(shí)的型式試驗(yàn)以及其他離線測(cè)試中，其離線測(cè)量靈敏度高。脈沖電流法的問題在于以下幾方面：其抗干擾能力差，無(wú)法有效應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)的在線監(jiān)測(cè)；對(duì)于變壓器類具有繞組結(jié)構(gòu)的設(shè)備在標(biāo)定時(shí)產(chǎn)生很大的誤差；由于檢測(cè)阻抗和放大器對(duì)測(cè)量的靈敏度、準(zhǔn)確度、分辨率以及動(dòng)態(tài)范圍等都有影響，因此當(dāng)試樣的電容量較大時(shí)，受耦合阻抗的限制，測(cè)試儀器的測(cè)量靈敏度受到一定限制；測(cè)量頻率低、頻帶窄，包含的信息量少。
DGA法。DGA法是通過檢測(cè)變壓器油分解產(chǎn)生的各種氣體的組成和濃度來確定故障（局放、過熱等）狀態(tài)。該方法目前已廣泛應(yīng)用于變壓器的在線故障診斷中，并且建立起模式識(shí)別系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)故障的自動(dòng)識(shí)別，是當(dāng)前在變壓器局放檢測(cè)領(lǐng)域非常有效的方法。但是DGA法具有兩個(gè)缺點(diǎn)：油氣分析是一個(gè)長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)過程，因而無(wú)法發(fā)現(xiàn)突發(fā)性故障；該方法無(wú)法進(jìn)行故障定位。
超聲波法。超聲波法是通過檢測(cè)變壓器局放產(chǎn)生的超聲波信號(hào)來測(cè)量局放的大小和位置。超聲傳感器的頻帶約為70～150千赫茲（或300千赫茲），以避開鐵芯的鐵磁噪聲和變壓器的機(jī)械振動(dòng)噪聲。由于超聲波法受電氣干擾小以及可以在線測(cè)量和定位，因而人們對(duì)超聲波法的研究較深入。但目前該方法存在著很大的問題：目前的超聲傳感器靈敏度很低，無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)有效地測(cè)到信號(hào)；傳感器的抗電磁干擾能力較差。因此，超聲檢測(cè)主要用于定性地判斷局放信號(hào)的有無(wú)，以及結(jié)合脈沖電流法或直接利用超聲信號(hào)對(duì)局放源進(jìn)行物理定位。在電力變壓器的離線和在線檢測(cè)中，它是主要的輔助測(cè)量手段。
RIV法。局部放電會(huì)產(chǎn)生無(wú)線電干擾的現(xiàn)象很早就被人們所認(rèn)識(shí)。例如人們常采用無(wú)線電電壓干擾儀來檢測(cè)由于局放對(duì)無(wú)線電通訊和無(wú)線電控制的干擾，并已制定了測(cè)量方法的標(biāo)準(zhǔn)。用RIV表來檢測(cè)局放的測(cè)量線路與脈沖電流直測(cè)法的測(cè)量電路相似。此外，還可以利用一個(gè)接收線圈來接收由于局放而發(fā)出的電磁波，對(duì)于不同測(cè)試對(duì)象和不同的環(huán)境條件，選頻放大器可以選擇不同的中心頻率（從幾萬(wàn)赫茲到幾十萬(wàn)赫茲），以獲得最大的信噪比。這種方法已被用于檢查電機(jī)線棒和沒有屏蔽層的長(zhǎng)電纜的局放部位。
光測(cè)法。光測(cè)法利用局放產(chǎn)生的光輻射進(jìn)行檢測(cè)。在變壓器油中，各種放電發(fā)出的光波長(zhǎng)不同，研究表明通常在500～700mm之間。在實(shí)驗(yàn)室利用光測(cè)法來分析局放特征及絕緣劣化等方面已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，但是由于光測(cè)法設(shè)備復(fù)雜昂貴、靈敏度低，且需要被檢測(cè)物質(zhì)對(duì)光是透明的，因而在實(shí)際中無(wú)法應(yīng)用。
射頻檢測(cè)法。利用羅果夫斯基線圈從變壓器中性點(diǎn)處測(cè)取信號(hào)，測(cè)量的信號(hào)頻率可以達(dá)到3萬(wàn)千赫茲，大大提高了局放的測(cè)量頻率，同時(shí)測(cè)試系統(tǒng)安裝方便，檢測(cè)設(shè)備不改變電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式。但對(duì)于三相電力變壓器，得到的信號(hào)是三相局放信號(hào)的總和，無(wú)法進(jìn)行分辨，且信號(hào)易受外界干擾。隨著數(shù)字濾波技術(shù)的發(fā)展，射頻檢測(cè)法在局放在線檢測(cè)中得到了較廣泛的應(yīng)用。
超高頻方法在局放檢測(cè)中的應(yīng)用 華北電力大學(xué)自2002年開始，將近年來國(guó)際上流行的超高頻技術(shù)應(yīng)用于GIS、變壓器、電機(jī)和電纜等的局放檢測(cè)研究工作。截至目前為止，研究工作取得了很大進(jìn)展，完成了超高頻法用于變壓器局放檢測(cè)的可行性驗(yàn)證，研制了一套自動(dòng)化超高頻局放檢測(cè)系統(tǒng)，可以通過程控的方式控制信號(hào)采集和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。設(shè)計(jì)了模擬變壓器內(nèi)部局放的各種實(shí)驗(yàn)室模型，通過相位統(tǒng)計(jì)分布的方式和頻譜的方式進(jìn)行了模式識(shí)別的研究，取得了很好的效果。以實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)系統(tǒng)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了一套基于現(xiàn)場(chǎng)的超高頻局放檢測(cè)系統(tǒng)，并成功地于2003年2月23日在河南某變電站一臺(tái)正在運(yùn)行的型號(hào)為SFPSZ9-220千伏/120000千伏安的主變進(jìn)行了安裝與試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)用于實(shí)際在線安裝測(cè)試的首次試驗(yàn)。后來又在該變壓器吊罩檢查期間，安裝了基于超高頻檢波信號(hào)的固定式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)長(zhǎng)期跟蹤其局放活動(dòng)。結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的研究成果，設(shè)計(jì)了一套基于工控機(jī)的UHF局放在線監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)了在線連續(xù)采集數(shù)據(jù)、相位統(tǒng)計(jì)分析和超高頻信號(hào)隨時(shí)間變化的歷史趨勢(shì)分析功能。
高壓設(shè)備局放檢測(cè)的發(fā)展方向
目前，超高頻方法的研究也面臨著一些問題，由于測(cè)量機(jī)理與脈沖電流法不同，因此無(wú)法進(jìn)行視在放電量的標(biāo)定，而目前大多數(shù)工程人員已經(jīng)習(xí)慣于通過視在放電量來反映局放的嚴(yán)重程度，IEC規(guī)定有關(guān)局放的變壓器產(chǎn)品出廠標(biāo)準(zhǔn)中，其指標(biāo)也是通過局放量的閾值來規(guī)定的。目前的研究表明，即使在局放源到傳感器之間的傳播路徑不變的情況下，脈沖電流法的視在局放量與超高頻方法所測(cè)得的脈沖信號(hào)幅值之間也沒有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這就更加大了應(yīng)用該方法進(jìn)行局放定量的難度；此外，由于變壓器內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，局放產(chǎn)生的電磁波在內(nèi)部的傳播將存在大量的散射、折反射以及衰減，因而傳播特性研究和局放源定位工作將注定是難度很大而且充滿挑戰(zhàn)的。
隨著科技的發(fā)展，特別是信號(hào)分析技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、指紋分析、專家系統(tǒng)、模糊診斷和分形等都越來越多地應(yīng)用到變壓器局放檢測(cè)中，對(duì)通過脈沖電流法按照IEC270標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量得到數(shù)據(jù)，進(jìn)行模式識(shí)別和絕緣壽命評(píng)估，推動(dòng)了局放檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。超高頻檢測(cè)方法從一開始就是從數(shù)字化技術(shù)起步的，通過將成功的傳統(tǒng)方法移植到超高頻檢測(cè)之中，實(shí)現(xiàn)局放的連續(xù)在線監(jiān)測(cè)和自動(dòng)識(shí)別的研究正在取得快速的進(jìn)展，上述超高頻法存在的問題是目前很多相關(guān)研究單位需要解決的課題。筆者認(rèn)為，任何一種方法都有一定的應(yīng)用范圍，有些問題它可以解決，有一些則不能解決。當(dāng)前通信技術(shù)的發(fā)展使人們充分認(rèn)識(shí)到，在線監(jiān)測(cè)是個(gè)跨學(xué)科、綜合性的研究領(lǐng)域，多種方法相結(jié)合，綜合運(yùn)行目前各種技術(shù)和知識(shí)，構(gòu)建統(tǒng)一的、綜合的在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)，將是未來局放在線監(jiān)測(cè)的發(fā)展方向。
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