基于超声波检测法的变压器局部放电研究

华北电力大学 刘 洋

国网辽宁省电力有限公司营口供电公司 张园丰 卢 毅

1.引言

变压器是电力系统重要的设备，通过几十年的运行经验，电力部门对变压器的运行数据进行了大量的统计分析，结果发现在变压器内部发生局部放电的时候，会出现声、光和热等物理现象，根据这些现象出现了相应的检测方法，已经出现了相应的一些检测方法[1,2]。由于超声波检测法是不受电气回路上的影响，文章采用该方法对局部放电产生的超声波进行检测，进而对局部放电情况进行相应的分析。

2.超声波检测法及其原理

发生局部放电时，在放电的区域中，分子间产生剧烈的撞击，宏观上产生了声波，我们把频率大于20kHz的称为超声波。通过检测局部放电产生的超声波信号来判定局部放电的方法称为局部放电的超声波检测法。开关柜的噪声主要集中在低频领域，大多在20kHz以下，采用超声波法进行局部放电检测，应避开干扰频率范围而以高频率为对象，但频率越高，声波在传送过程中的衰减越大，因此利用超声波法进行局部放电检测所采用的频段一般在数十到数百kHz[3,4]。

当变压器内部发生放电时，局部放电产生的声波信号传递到其表面，超声波传感器将其转换为电信号，通过放大器放大后传到采集系统。超声波检测法最大的优点是不受电气上的干扰，且可以实现放电源的准确定位。

综上所述，将超声波方法应用到变压器局部放电检测中，可以排除现场电磁环境的干扰，可以大大提高检测系统的抗干扰性。

3.局部放电模式识别研究

准确的判断变压器内部局部放电的种类对于整个设备的维修是非常重要的，基于此，文章对其局部放电模式分类进行了相应的研究。

对于局部放电的模式识别，首先需要根据相应的检测手段检测到原始的局部放电信号，然后根据相应的理论提取原始特征，最后根据相应的分类器进行模式分类。目前的研究主要基于如下方面：

(1)PRPS模式

即脉冲序列相位分布分析模式[5]，这种模式实际上是关于局部放电一种最为基本的模式，包含有局部放电测量的全部信息。

(2)局部放电模式特征参数

目前局部放电模式特征提取常用的方法主要有统计特征参数法、分形特征参数法、数字图像矩特征参数法、波形特征参数法、小波理论方法等[6,7]。

1)统计特征参数

针对PRPD模式，统计算子分为两类：一类是描述φ-q、φ-n谱图的形状差异，包括偏斜度Sk、陡峭度Ku、局部峰点数Pe；另一类是描述φ-q谱图正负半周的轮廓差异，包括互相关系数c、放电量因数Q、相位不对称度φ以及修正的互相关系数mcc。

2)图像矩特征参数

矩特征描述了一幅灰度图象所有象素点的整体分布情况，广泛应用于图象处理和模式识别领域。将局部放电PRPD模式中的φ-q-n曲面投影在φ-q二维平面上，即为φ-q-n灰度图象。

4.现场研究

根据上面的理论，在现场进行了相应的检测，如下所示：

表1 最终的判断结果

图1 变压器故障线圈局部放电检测图

图2 检测结果

图3 放电分析结果

5.结论

文章采用超声波检测法对变压器局部放电进行了检测，并根据相应的分析得到了放电分类结果，对现场运行具有一定的指导意义。

[1]孙才新,陈伟根,李俭等.电气设备油中气体在线监测与故障诊断技术[M].北京:科学出版社,2003:1-188.

[2]朱德恒,严璋,谈克雄等.电气设备状态监测与故障诊断技术[M].北京:中国电力出版社,2009:244-302.

[3]操郭奎,许维宗,阮国方.变压器运行维护与故障分析处理[M].北京:中国电力出版社,2008:156-170.

[4]王梦云.110kV及以上变压器事故统计分析[J].供用电,2006,23(1):1-4.

[5]王梦云.2004年度110kV及以上变压器事故统计分析[J].电力设备,2006,6(11):31-37.

[6]王昌长,李福琪,高胜友.电气设备的在线监测与故障诊断[M].北京:清华大学出版社,2006:137-163.