特高频局部放电测量技术在变压器在线监测中的应用

何文林，金祖龙

（1.浙江省电力试验研究院，杭州 310014；2.衢州电力局，浙江 衢州 324002）

如果能应用局部放电在线检测技术，判断变压器的色谱异常是由内部放电或者其它干扰因素所导致，并确定放电的部位及危害程度，将有助于准确判断设备的运行状况，避免不必要的停电检查带来的经济损失。传统局部放电检测技术所用的检测频率一般不超过1MHz，与无线电广播、电力载波通讯的频段重叠，检测时易受到外界干扰，即使综合采用各种抗干扰措施，也很难保证现场使用效果。近年来出现的特高频（UHF）检测法，是通过传感器检测局部放电所产生的特高频电磁波信号，实现对局部放电缺陷的检测和定位，具有较好的可靠性和灵敏度。

1 特高频局部放电测量的基本原理

特高频法（UHF法）是通过特高频信号传感器接收局部放电过程中辐射的特高频电磁波，实现局部放电的检测。研究认为：当变压器发生局部放电时，由于正负电荷的中和，必将形成一个陡的电流脉冲，同时向周围辐射电磁波，且电流脉冲和电磁波的特性参数与局部放电源的几何形状以及放电间隙的绝缘强度有关。变压器为油—隔板结构，绝缘强度比较高，局部放电能够辐射频率很高的电磁波，最高频率能够达到数吉赫兹。荷兰KEMA实验室的Rutgers等人和英国Strathclyde大学的Judd等人的研究表明：油中放电上升沿很陡，脉冲宽度多为纳秒级，能激励起1 GHz以上的特高频电磁信号，可以通过特高频传感器加以耦合接收。在特高频范围内（300MHz～3000MHz）提取局部放电产生的电磁波信号，外界干扰信号几乎不存在，可以极大地提高变压器局部放电检测（特别是在线检测）的可靠性和灵敏度。现场试验表明，变电站现场噪声水平通常低于200MHz，UHF检测技术的频率检测范围一般为300～1500MHz，可最大限度避开干扰信号。特高频传感器安置在变压器箱体内，变压器壳体对干扰信号的屏蔽作用明显，大大提高了检测的抗干扰能力。

特高频检测频段丰富，信号信息量大，检测灵敏度高，在局部放电在线检测中具有十分突出的优势，但同时存在放电量难以标定等问题。利用特高频传感器接收到的是由放电辐射的电磁波，只跟电流脉冲的陡度有关，而视在放电量为脉冲电流的时间积分，因此单纯利用特高频信号无法获得准确的视在放电量。但是局部放电信号特高频法参量可在一定程度上反映放电现象的严重程度，如果采用在线监测的手段，通过特高频信号的变化趋势可判断放电活动的剧烈程度，因此采用特高频法仍然具有实际意义。

2 特高频局部放电的现场测试

2.1 测试目的

变压器的内部结构十分复杂，放电位置具有很大的不确定性，放电所产生的电磁波在传播过程中所通过的介质也不相同，而不同介质对电磁波具有不同的阻尼系数，因而可能产生不同的衰减系数。不同的变压器外形、不同的油箱连接方式及不同的特高频传感器放置位置对油箱内部的屏蔽效果的影响也各不相同。不同的变压器放油阀及事故放油阀的安装位置及几何尺寸也有差异。可以通过现场测试，验证特高频检测变压器局部放电的有效性、抗干扰能力、安全性及适应性，摸索现场带电检测经验。

2.2 现场测试实例

（1）2009年9月，利用某220kV主变（1号）现场交接局部放电测试的机会，同时进行特高频局部放电信号测试。局部放电测试的预加电压为1.7 p.u，测量电压为1.5 p.u。测试结果表明，预加电压下的局部放电量为70 pC，测量电压下的局部放电量为40 pC，整个局部放电测试过程中无明显特高频信号。局部放电测量结果与特高频信号测试结果相吻合。特高频局部放电波形见图1。

（2）2009年9月，利用某220kV主变（2号）出厂感应耐压试验的机会，进行了特高频局部放电测试。感应耐压期间无明显脉冲电流局部放电信号，特高频局部放电信号也很小，特高频局部放电波形见图2。

图1 220kV1号主变特高频局部放电波形

图2 220kV2号主变特高频局部放电波形

3 某220kV主变（3号）特高频局部放电现场测试及分析

某变压器在2007年7月6日进行绝缘油例行色谱分析时，发现C2H2为0.1 μL/L，长期跟踪无明显变化。2008年11月5日起，记录油中C2H2与负荷的关系，见图3。至2009年4月6日，油中C2H2为3.36 μL/L，CO和CO2基本不变。

图3 C2H2与负荷关系对比

由图3可知，该变压器负荷较小时，C2H2含量基本稳定，负荷较大时C2H2含量骤增，当负荷降低时C2H2基本维持不变。

3.1 现场测试步骤

（1）将特高频传感器靠近套管升高座位置，接收套管根部局部放电特高频信号。

（2）安装油阀式传感器，直接接收变压器内部的特高频信号。油阀式传感器可带电安装，不影响主变的正常运行，安装方式见图4。

图4 油阀式传感器安装方式

3.2 测试结果

2009年4月2日，对3号主变进行了特高频的局部放电测试和超声信号检测，试验过程中主变经历的工况分别为，工况1：主变负荷51.8 MVA，高压侧电压228kV；工况2：主变负荷49 MVA，高压侧电压228kV。

测试结果为：套管根部未检测到明显的特高频局部放电信号，油阀式特高频传感器在工况1检测到特高频局部放电信号，而工况2未检测到明显的特高频信号，测试结果见图5-图7。

3.3 测试结果分析

不同负荷情况下特高频局部放电信号的频谱图表明，该主变内部存在明显放电，且放电信号随着负荷增加而增大；特高频局部放电信号的相位图及频谱图表明，放电类型为不稳定的悬浮电位放电。

结合变压器的结构特点、停电电气试验结果，依据特高频局部放电、超声局部放电和铁心高频电流的测试结果，分析该变压器内部存在不稳定的放电源，放电部位可能位于主变油箱内表面的磁屏蔽上。

图5 工况1特高频信号频谱图

图6 工况2特高频信号频谱图

图7 工况1特高频信号相位图

3.4 变压器解体验证

依据以上测试分析，综合考虑变电站的实际情况，决定将变压器返厂作进一步检查处理。

返厂后检查内部结构件，上述部位未发现明显异常。拆除变压器内部磁屏蔽，发现磁屏蔽与油箱之间存在放电痕迹，在变压器A相侧的高、低压套管下部，及其他磁屏蔽部位也有不同程度的放电痕迹。

4 结语

在严格执行试验步骤和安全点预控的基础上，对变压器进行了现场特高频局部放电测试，测试结果表明：将特高频检测技术应用到变压器局部放电检测，具有较好的有效性、抗干扰能力、安全性及适应性，可以满足变压器缺陷分析的需要。通过特高频在线检测局部放电，可以判断变压器色谱异常的原因、内部放电的位置和危害程度，有助于准确判断设备的运行状况，避免不必要的停电检查造成的经济损失。

[1]隋少臣.500kV变压器局部放电性故障诊断与分析[J].河北电力技术，2005，24（4）∶4-6.

[2]陈婷，陈焱涛，李朝晖.基于PXI的变压器在线监测系统[J].水电自动化与大坝监测，2006，30（4）∶30-35.

[3]顾文业，王志敏，顾晓安.应用超声波测量法判断变压器内部局部放电的研究[J].噪声与振动控制，2003，23（2）∶46-48.

[4]S.TENBOHLEN，S.M.MARKALOUS，TOBIAS STIRL.采用UHF测量方法对电力变压器进行现场局部放电探测和定位[J].华东电力，2007，（35）∶165-171.

[5]覃剑，王昌长，邵伟民.特高频在电力设备局部放电在线监测中的应用[J].电网技术，1997，21（6）∶33-36.

[6]黄兴泉，赵善俊，宋志国，等.用超高频局部放电测量法实现电力变压器局部放电的在线监测[J].中国电力，2004，37（8）∶52-56.

[7]罗勇芬.李彦明，刘丽春.变压器局部放电的超声波和射频联合检测技术的现状和发展[J].变压器，2003，40（12）∶28-31.