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摘要 本文阐述了放电故障对变压器绝缘的影响，分别介绍了放电故障的类型与特征，提出了在线监测变压器局部放电技术。
关键词 变压器 局部放电故障 在线监测
随着变压器故障诊断技术的发展，人们越来越认识到，局部放电是变压器诸多有机绝缘材料故障和事故的根源，因此，更需要认真分析，具体对待变压器局部放电故障。
1 放电故障对变压器绝缘的影响
放电对绝缘有两种破坏作用：一种是由于放电质点直接轰击绝缘，使局部绝缘受到破坏并逐步扩大，使绝缘击穿。另一种是放电产生的热、臭氧、氧化氮等活性气体的化学作用，使局部绝缘受到腐蚀，介质损耗增大，最后导致热击穿。
1.1固体绝缘的电老化
固体绝缘的电老化的形成和发展是树枝状，在电场集中处产生放电，引发树枝状放电痕迹，并逐步发展导致绝缘击穿。
1.2液体浸渍绝缘的电老化
局部放电一般先发生在固体或油内的小气泡中，而放电过程又使油分解产生气体并被油部分吸收，如产气速率高，气泡将扩大、增多，使放电增强，同时放电产生的X-蜡沉积在固体绝缘上使散热困难、放电增强、出现过热，促使固体绝缘损坏。
1.3绝缘材料电老化是放电故障的主要形式
1.3.1放电过程生成的臭氧、氮氧化物遇到水分生成硝酸化学反应腐蚀绝缘体，导致绝缘性能劣化。
1.3.2放电过程的高能辐射，使绝缘材料变脆。
1.3.3放电时产生的高压气体引起绝缘体开裂，并形成新的放电点。
1.3.4局部放电引起绝缘材料中化学键的分离、裂解和分子结构的破坏。
1.3.5放电点热效应引起绝缘的热裂解或促进氧化裂解，增大了介质的电导和损耗产生恶性循环，加速老化过程。
2 放电故障的类型与特征
2.1变压器局部放电故障
局部放电刚开始时是一种低能量的放电，变压器内部出现这种放电时，情况比较复杂，局部放电的能量密度虽不大，但若进一步发展将会形成放电的恶性循环，最终导致设备的击穿或损坏，而引起严重的事故。
2.1.1放电产生气体的特征
放电产生的气体，由于放电能量不同而有所不同。如放电能量密度在10-9C以下时，一般总烃不高，主要成分是氢气，其次是甲烷，氢气占氢烃总量的日80％－90％；当放电能量密度为10‑；8～10‑；7C时，则氢气相应降低，而出现乙炔，但乙炔这时在总烃中所占的比例常不到2％，这是局部放电区别于其他放电现象的主要标志。
2.1.2测量局部放电的方法
(1)电测法。利用示波器、局部放电仪或无线电干扰仪，查找放电的波形或无线电干扰程度。
(2)超声测法。利用检测放电中出现的超声波，并将声波变换为电信号，录在磁带上进行分析。
(3)化学测法。检测溶解油内各种气体的含量及增减变化规律。此法在运行监测上十分适用，简称“色谱分析”。
2.1.3局部放电的原因
(1)当油中存在气泡或固体绝缘材料中存在空穴或空腔，由于气体的介电常数小，在交流电压下所承受的场强高，但其耐压强度却低于油和纸绝缘材料，在气隙中容易首先引起放电。
(2)外界环境条件的影响。如油处理不彻底下降使油中析出气泡等，都会引起放电。
(3)由于制造质量不良，如某些部位有尖角高而出现放电。
(4)金属部件或导电体之间接触不良而引起的放电。
2.2变压器火花放电故障
发生火花放电时放电能量密度大于10-6C的数量级。
2.2.1悬浮电位引起火花放电
悬浮放电可能发生于变压器内处于高电位的金属部件，如调压绕组，当有载分接开关转换极性时的短暂电位悬浮；套管均压球和无载分接开关拨钗等电位悬浮。处于地电位的部件，如硅钢片磁屏蔽和各种紧固用金属螺栓等，与地的连接松动脱落，导致悬浮电位放电。变压器高压套管端部接触不良，也会形成悬浮电位而引起火花放电。
2.2.2油中杂质引起火花放电
变压器发生火花放电故障的主要原因是油中杂质的影响。杂质由水分、纤维质等构成。因为纤维的介电常数大，使纤维端部油中的电场加强，于是放电首先从这部分油中开始发生和发展，油在高场强下游离而分解出气体，使气泡增大，游离又增强。而后逐渐发展，使整个油间隙在气体通道中发生火花放电，所以，火花放电可能在较低的电压下发生。
2.2.3火花放电的影响
一般来说，火花放电不致很快引起绝缘击穿，主要反映在油色普分析异常、局部放电量增加或轻瓦斯动作，比较容易被发现和处理，但对其发展程度应引起足够的认识和注意。
2.3变压器电弧放电故障
电弧放电是高能量放电，常以绕组匝层间绝缘击穿为多见，其次为引线断裂或对地闪络和分接开关飞弧等故障。
2.3.1电弧放电的气体特征
出现电弧放电故障后，气体继电器中的H2和c2H2等组分常高达几千UL／L，变压器油亦炭化而变黑。油中特征气体的主要成分是H2和c2H2，其次c2H6和CH4。当放电故障涉及到固体绝缘时，除了上述气体外，还会产生CO和CO2。
2.3.2电弧放电的影响
电弧放电故障由于放电能量密度大，产气急剧，常以电子崩形e冲击电介质，使绝缘纸穿孔、烧焦或炭化，使金属材料变形或熔化烧毁，严重时会造成I备烧损，甚至发生爆炸事故，这种事故一般事先难以预测，也无明显预兆，常以突发的形式暴露出来。
3 在线监测变压器局部放电
在線监测变压器局部放电是对运行中的电力变压器局部放电进行监测，并进行数据处理分析，以期对变压器进行绝缘诊断，必要时提供报警。在线监测局部放电技术，借助先进的传感技术和电子技术，根据超声波原理将高频声波传感器放在油箱外部，以便测取局部放电或电弧放电所产生的的暂态声波信号。
3.1在线监测局部放电的方法和组成
3.1.1在线监测局部放电的方法有超声监测、化学监测和电性能监测。在这三种方法中电性能监测法灵敏度最高。电测法以监测破坏性放电为主，用视在放电量作为监测物理量。
3.1.2局部放电的宽带监测系统主要由传感器、现场处理器、高速数据采集器、光电转换及信号传输器、数据处理器几大部分组成。
3.2局部放电的干扰抑制
局部放电是窄脉冲信号，频谱范围很宽，而外部的电晕放电、电弧放电等干扰脉冲信号，其特征与变压器内部局部放电信号相似，且这些脉冲型干扰和连续的周期型干扰，可能比内部放电信号强得多。
3.3局部放电监测的故障定位
局部放电监测的故障定位分超声定位和放电点定位，对大型超高压变压器来说，主要采用超声定位。在超声定位方法中，可采用区域顺序定位法。它依据来自一个固定放电位置产生的超声波，传递到各个传感器的先后顺序来判定局部放电的具体位置。
3.4脉冲电流法检测变压器的局部放电
采用脉冲电流法检测变压器的局部放电，采用高频小电流传感器从高压侧套管末屏接地线耦合放电脉冲电流信号，传感器耦合到的局放信号输入信号调理单元，经过选择放大后，由高速数据采集卡采集，系统工作站负责信号的处理计算，生成各类局部放电谱图、报表，并可生成指定时间段内的设备局部放电发展趋势图。工作人员根据各类谱图，以及趋势图对主变压器的绝缘状况进行分析判断，为主变压器提供是否需要停电检修的依据。
参考文献：
1 高文胜，变压器油中局部放电超高频检测的试验研究，高电压技术2002
2 秦松林，变压器局部放电在线监测中实用抗干扰技术，电力系统自动化，2000
关键词 变压器 局部放电故障 在线监测
随着变压器故障诊断技术的发展，人们越来越认识到，局部放电是变压器诸多有机绝缘材料故障和事故的根源，因此，更需要认真分析，具体对待变压器局部放电故障。
1 放电故障对变压器绝缘的影响
放电对绝缘有两种破坏作用：一种是由于放电质点直接轰击绝缘，使局部绝缘受到破坏并逐步扩大，使绝缘击穿。另一种是放电产生的热、臭氧、氧化氮等活性气体的化学作用，使局部绝缘受到腐蚀，介质损耗增大，最后导致热击穿。
1.1固体绝缘的电老化
固体绝缘的电老化的形成和发展是树枝状，在电场集中处产生放电，引发树枝状放电痕迹，并逐步发展导致绝缘击穿。
1.2液体浸渍绝缘的电老化
局部放电一般先发生在固体或油内的小气泡中，而放电过程又使油分解产生气体并被油部分吸收，如产气速率高，气泡将扩大、增多，使放电增强，同时放电产生的X-蜡沉积在固体绝缘上使散热困难、放电增强、出现过热，促使固体绝缘损坏。
1.3绝缘材料电老化是放电故障的主要形式
1.3.1放电过程生成的臭氧、氮氧化物遇到水分生成硝酸化学反应腐蚀绝缘体，导致绝缘性能劣化。
1.3.2放电过程的高能辐射，使绝缘材料变脆。
1.3.3放电时产生的高压气体引起绝缘体开裂，并形成新的放电点。
1.3.4局部放电引起绝缘材料中化学键的分离、裂解和分子结构的破坏。
1.3.5放电点热效应引起绝缘的热裂解或促进氧化裂解，增大了介质的电导和损耗产生恶性循环，加速老化过程。
2 放电故障的类型与特征
2.1变压器局部放电故障
局部放电刚开始时是一种低能量的放电，变压器内部出现这种放电时，情况比较复杂，局部放电的能量密度虽不大，但若进一步发展将会形成放电的恶性循环，最终导致设备的击穿或损坏，而引起严重的事故。
2.1.1放电产生气体的特征
放电产生的气体，由于放电能量不同而有所不同。如放电能量密度在10-9C以下时，一般总烃不高，主要成分是氢气，其次是甲烷，氢气占氢烃总量的日80％－90％；当放电能量密度为10‑；8～10‑；7C时，则氢气相应降低，而出现乙炔，但乙炔这时在总烃中所占的比例常不到2％，这是局部放电区别于其他放电现象的主要标志。
2.1.2测量局部放电的方法
(1)电测法。利用示波器、局部放电仪或无线电干扰仪，查找放电的波形或无线电干扰程度。
(2)超声测法。利用检测放电中出现的超声波，并将声波变换为电信号，录在磁带上进行分析。
(3)化学测法。检测溶解油内各种气体的含量及增减变化规律。此法在运行监测上十分适用，简称“色谱分析”。
2.1.3局部放电的原因
(1)当油中存在气泡或固体绝缘材料中存在空穴或空腔，由于气体的介电常数小，在交流电压下所承受的场强高，但其耐压强度却低于油和纸绝缘材料，在气隙中容易首先引起放电。
(2)外界环境条件的影响。如油处理不彻底下降使油中析出气泡等，都会引起放电。
(3)由于制造质量不良，如某些部位有尖角高而出现放电。
(4)金属部件或导电体之间接触不良而引起的放电。
2.2变压器火花放电故障
发生火花放电时放电能量密度大于10-6C的数量级。
2.2.1悬浮电位引起火花放电
悬浮放电可能发生于变压器内处于高电位的金属部件，如调压绕组，当有载分接开关转换极性时的短暂电位悬浮；套管均压球和无载分接开关拨钗等电位悬浮。处于地电位的部件，如硅钢片磁屏蔽和各种紧固用金属螺栓等，与地的连接松动脱落，导致悬浮电位放电。变压器高压套管端部接触不良，也会形成悬浮电位而引起火花放电。
2.2.2油中杂质引起火花放电
变压器发生火花放电故障的主要原因是油中杂质的影响。杂质由水分、纤维质等构成。因为纤维的介电常数大，使纤维端部油中的电场加强，于是放电首先从这部分油中开始发生和发展，油在高场强下游离而分解出气体，使气泡增大，游离又增强。而后逐渐发展，使整个油间隙在气体通道中发生火花放电，所以，火花放电可能在较低的电压下发生。
2.2.3火花放电的影响
一般来说，火花放电不致很快引起绝缘击穿，主要反映在油色普分析异常、局部放电量增加或轻瓦斯动作，比较容易被发现和处理，但对其发展程度应引起足够的认识和注意。
2.3变压器电弧放电故障
电弧放电是高能量放电，常以绕组匝层间绝缘击穿为多见，其次为引线断裂或对地闪络和分接开关飞弧等故障。
2.3.1电弧放电的气体特征
出现电弧放电故障后，气体继电器中的H2和c2H2等组分常高达几千UL／L，变压器油亦炭化而变黑。油中特征气体的主要成分是H2和c2H2，其次c2H6和CH4。当放电故障涉及到固体绝缘时，除了上述气体外，还会产生CO和CO2。
2.3.2电弧放电的影响
电弧放电故障由于放电能量密度大，产气急剧，常以电子崩形e冲击电介质，使绝缘纸穿孔、烧焦或炭化，使金属材料变形或熔化烧毁，严重时会造成I备烧损，甚至发生爆炸事故，这种事故一般事先难以预测，也无明显预兆，常以突发的形式暴露出来。
3 在线监测变压器局部放电
在線监测变压器局部放电是对运行中的电力变压器局部放电进行监测，并进行数据处理分析，以期对变压器进行绝缘诊断，必要时提供报警。在线监测局部放电技术，借助先进的传感技术和电子技术，根据超声波原理将高频声波传感器放在油箱外部，以便测取局部放电或电弧放电所产生的的暂态声波信号。
3.1在线监测局部放电的方法和组成
3.1.1在线监测局部放电的方法有超声监测、化学监测和电性能监测。在这三种方法中电性能监测法灵敏度最高。电测法以监测破坏性放电为主，用视在放电量作为监测物理量。
3.1.2局部放电的宽带监测系统主要由传感器、现场处理器、高速数据采集器、光电转换及信号传输器、数据处理器几大部分组成。
3.2局部放电的干扰抑制
局部放电是窄脉冲信号，频谱范围很宽，而外部的电晕放电、电弧放电等干扰脉冲信号，其特征与变压器内部局部放电信号相似，且这些脉冲型干扰和连续的周期型干扰，可能比内部放电信号强得多。
3.3局部放电监测的故障定位
局部放电监测的故障定位分超声定位和放电点定位，对大型超高压变压器来说，主要采用超声定位。在超声定位方法中，可采用区域顺序定位法。它依据来自一个固定放电位置产生的超声波，传递到各个传感器的先后顺序来判定局部放电的具体位置。
3.4脉冲电流法检测变压器的局部放电
采用脉冲电流法检测变压器的局部放电，采用高频小电流传感器从高压侧套管末屏接地线耦合放电脉冲电流信号，传感器耦合到的局放信号输入信号调理单元，经过选择放大后，由高速数据采集卡采集，系统工作站负责信号的处理计算，生成各类局部放电谱图、报表，并可生成指定时间段内的设备局部放电发展趋势图。工作人员根据各类谱图，以及趋势图对主变压器的绝缘状况进行分析判断，为主变压器提供是否需要停电检修的依据。
参考文献：
1 高文胜，变压器油中局部放电超高频检测的试验研究，高电压技术2002
2 秦松林，变压器局部放电在线监测中实用抗干扰技术，电力系统自动化，2000