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摘要：电力变压器的安全稳定运行是确保电力系统供电可靠性的一个重要因素，而绝缘性能的劣化是影响变压器可靠性的主要原因，因此及时获悉运行中变压器的绝缘状态，对于提高变压器的可靠性十分重要。电力变压器内部局部放电的在线监测，是预防电力变压器绝缘发生突发性事故的最有效手段之一。本文分析了常见局部放电检测技术的现状，探讨了变压器局部放电在线监测的发展前景。
关键词：变压器局部放电在线检测技术现状发展前景
中图分类号： TM43 文献标识码： A 文章编号：
局部放电的监测方法形成原理是缘于超声波原理，并借助先进的电子技术，并依赖于先进的传感技术。局部放电是将高频声学传播器，如坡莫合金或铁氧体磁心的电流电压转换型传感器，对变压器所产生的暂态声音信号进行测取。采用新型传感器的原因是因其可将一次侧与传感信号进行隔离处理，能够很好的达到监测的效果。
常见局部放电检测技术的现状
局部放电的测试都是以局部放电所产生的各种现象为依据, 通过能表述该现象的物理量来表征局部放电的状态。局部放电的过程, 除伴随着电荷的转移和电能的损耗之外, 还会产生声波、发光、发热以及出现新的生成物等, 所以目前出现的检测技术均是围绕着这些表征特征进行检测。
1、脉冲电流法。在放电的高压回路中用其耦合电容C k 进行局部放电信号检测, 可以测定局部放电的一些基本量( 如视在放电量q ) , 可以显示出局部放电脉冲大小、个数与相位, 测试灵敏度相当高,而且可用已知电荷量的脉冲注入校正定量。但脉冲电流法测试频率低、频带窄、信息量少; 易受外界干扰噪声(f < 10 MHz) 影响, 抗干扰能力差。
2、局部放电射频检测法。由于将电流互感器直接串入末屏有开路的危险, 所以现在普遍使用罗哥伏斯基线圈型传感器从变压器、发电机、电力电缆等被检测设备的中性点或接地电缆处测取信号。其中,罗氏线圈型根据芯棒材料的不同又分为磁性芯棒型和非磁性芯棒型。其中芯棒材料使用优质坡莫合金的I/ V 传感器可有效屏蔽外界的电磁干扰; 芯棒材料采用聚乙烯塑料制成的罗氏线圈型电流传感器,在高频信号下的铁耗很小, 相应的线性度得到提高,可工作在很宽的频率范围内, 测量的信号频率也可达到30 MHz, 大大提高了局部放电测量频率。同时,测试系统安装方便, 检测设备不改变电力系统的运行方式。随着数字滤波技术的发展, 射频检测法得到了较广泛的应用。
3、放电能量检测法。测量每个周波中的放电电荷和消耗功率, 放电能量检测仪显示器上扫描得到的平行四边形面积对应于一个周波中的放电能量,其垂直偏移则对应于一周波放电量总和。利用该方法可直接测量局部放电的能量, 还可以测量脉冲电流法难以响应但放电消耗能量却很大的辉光放电( 非脉冲型放电) 或亚辉光放电( 上升沿极长) 。放电能量检测法缺点是:第一、由于测量时将介质中的各种损耗叠加, 因此难以将局部放电直接引起的损耗分离出来;第二、灵敏度较小。
4、超低频局部放电测量法。是采用0. 1Hz 试验电压研究电力设备的局部放电, 该方法一方面可大大减小试验变压器、隔离电容器等测试设备的容量,使测试设备体积小、重量轻、价格低, 另一方面又可减轻高压试验时试样受到的损伤。缺点: 目前尚不能确切表述0. 1 Hz 试验电压与50Hz 试验电压的等效性。
5、局部放电声测法。是通过测量局部放电产生的声波来检测局部放电的大小及位置。近年来, 由于声- 电换能器效率的提高和电子放大技术的发展,声测法的灵敏度有了较大的提高, 对于大电容量的试品, 其灵敏度不比电测法低; 利用声测法可以有效地测定局部放电的部位。该系统有以下特点:第一、根据检测现场强干扰弱信号的特点, 将采集、处理主机远离电力变压器, 可在很大程度上减小强电磁场的干扰。同时, 应将超声传感器和前置放大器设计成一体化结构, 并进行良好的电磁屏蔽。第二、前置级与采集、处理主机之间采用光缆传送信号, 可避免强电磁场对传输线的干扰及其他干扰。这可大大提高设备的扰干扰能力。缺点: 由于对局部放电声波的传播过程很复杂, 难以进行定量。
6、光测法。是利用局部放电过程中的发光现象进行检测, 由于各种放电发出的光波长不同, 比较弱小的电晕放电, 所发出的光波长较短, 不超过400 nm, 呈紫色, 大部分属于紫外线范围。对于较强的火花放电, 波长可扩展到超过700 nm, 呈桔红色,大部分属于可见光范围。此方法靈敏度高, 可以确定局部放电的位置, 抗干扰性较好。缺点是不能记录非透明装置的局部放电。
7、红外热像法。是利用电力设备内部的局部放电产生的电热能量转换, 检测局部区域的表面温度升高的变化。红外热像仪用于定性测量有其重要意义, 对于复杂的绝缘结构, 红外热像法需要借助于计算机进行辅助计算, 可以得到一定的量化关系。缺点是: 目前这种方法用于定量研究还存在困难。
8、色谱分析法。是检测绝缘材料( 主要是固体绝缘材料、液体绝缘材料) 在局部放电作用下发生分解产生的各种生成物, 可以通过测定这些生成物的组成与浓度, 来表征局部放电的程度, 已广泛用于变压器中油气分析。缺点是: 气体传感器对所检测的各种气体均敏感, 导致检测准确度不高。
二、变压器局部放电在线监测的发展前景
目前，国内在变压器局部放电方面的研究取得了很好的成就，笔者认为以后研究重点应该放在以下几个方面：
1、对局部放电理论进行深入研究，对各种局部放电种类建立理论模型，通过研究局部放电的特征，从而采用有效的措施抑制外界干扰。
2、由于变压器一般都是多点放电，应该将局部放电放在对变压器进行多点定位的基础上。
3、必须有效地识别和抑制干扰信号。差动平衡法和脉冲极性鉴别法，可以很好地抑制干扰信号。目前局部放电在线监测主要采用最小均方误差（LMS）自适应算法和递推的最小二乘法（RLS）自适应算法。
4、对新型传感器的研究。超高频传感器、光纤传感器在局部放电中的应用，已经取得了很好的效果。
5、放电量标定问题是判断变压器局部放电严重程度及绝缘是否受损的关键所在。必须解决如何对放电量进行标定的问题。
6、建立一套完整的在线监测系统需要将整个系统都考虑进去。
目前, 变压器局部放电检测存在的主要问题有: 第一、局部放电信号从放电源到测量端子的传播过程十分复杂, 建立能准确描述放电脉冲在变压器中传播特性的仿真模型具有突破性的意义. 第二、目前任何一种局部放电定位方法都存在较大的局限性,需要寻找实用的现场定位方法. 3、尽管已对模拟和数字化抗干扰技术进行了广泛的研究, 但在现场强电磁干扰环境下识别局部放电信号仍有难度.随着科技的进步, 信号处理技术(如神经网络、指纹分析、专家系统、模糊诊断和分形等)越来越广泛地应用于变压器的局部放电检测中, 人们逐渐认识到: 对局部放电进行检测是一个跨学科、综合性的研究领域, 综合运用目前的各种技术和知识, 构建统一的在线检测平台, 将是变压器局部放电检测未来的发展方向.
参考文献：
[1] 王东升,丁立健,于龙滨.变压器局部放电在线监测技术[J]. 东北电力技术. 2007(04)
[2] 黄兴泉,唐志国,李成榕,王伟,张欲晓.电力变压器超高频局部放电的在线检测[J]. 高电压技术. 2003(04)
[3] 律方成,刘云鹏,李燕青.电力变压器局部放电检测与诊断方法评述[J]. 华北电力大学学报. 2003(06)
[4] 刘鹏飞.浅谈电力变压器局部放电在线监测技术[J]. 内蒙古电力技术. 2005(02)
关键词：变压器局部放电在线检测技术现状发展前景
中图分类号： TM43 文献标识码： A 文章编号：
局部放电的监测方法形成原理是缘于超声波原理，并借助先进的电子技术，并依赖于先进的传感技术。局部放电是将高频声学传播器，如坡莫合金或铁氧体磁心的电流电压转换型传感器，对变压器所产生的暂态声音信号进行测取。采用新型传感器的原因是因其可将一次侧与传感信号进行隔离处理，能够很好的达到监测的效果。
常见局部放电检测技术的现状
局部放电的测试都是以局部放电所产生的各种现象为依据, 通过能表述该现象的物理量来表征局部放电的状态。局部放电的过程, 除伴随着电荷的转移和电能的损耗之外, 还会产生声波、发光、发热以及出现新的生成物等, 所以目前出现的检测技术均是围绕着这些表征特征进行检测。
1、脉冲电流法。在放电的高压回路中用其耦合电容C k 进行局部放电信号检测, 可以测定局部放电的一些基本量( 如视在放电量q ) , 可以显示出局部放电脉冲大小、个数与相位, 测试灵敏度相当高,而且可用已知电荷量的脉冲注入校正定量。但脉冲电流法测试频率低、频带窄、信息量少; 易受外界干扰噪声(f < 10 MHz) 影响, 抗干扰能力差。
2、局部放电射频检测法。由于将电流互感器直接串入末屏有开路的危险, 所以现在普遍使用罗哥伏斯基线圈型传感器从变压器、发电机、电力电缆等被检测设备的中性点或接地电缆处测取信号。其中,罗氏线圈型根据芯棒材料的不同又分为磁性芯棒型和非磁性芯棒型。其中芯棒材料使用优质坡莫合金的I/ V 传感器可有效屏蔽外界的电磁干扰; 芯棒材料采用聚乙烯塑料制成的罗氏线圈型电流传感器,在高频信号下的铁耗很小, 相应的线性度得到提高,可工作在很宽的频率范围内, 测量的信号频率也可达到30 MHz, 大大提高了局部放电测量频率。同时,测试系统安装方便, 检测设备不改变电力系统的运行方式。随着数字滤波技术的发展, 射频检测法得到了较广泛的应用。
3、放电能量检测法。测量每个周波中的放电电荷和消耗功率, 放电能量检测仪显示器上扫描得到的平行四边形面积对应于一个周波中的放电能量,其垂直偏移则对应于一周波放电量总和。利用该方法可直接测量局部放电的能量, 还可以测量脉冲电流法难以响应但放电消耗能量却很大的辉光放电( 非脉冲型放电) 或亚辉光放电( 上升沿极长) 。放电能量检测法缺点是:第一、由于测量时将介质中的各种损耗叠加, 因此难以将局部放电直接引起的损耗分离出来;第二、灵敏度较小。
4、超低频局部放电测量法。是采用0. 1Hz 试验电压研究电力设备的局部放电, 该方法一方面可大大减小试验变压器、隔离电容器等测试设备的容量,使测试设备体积小、重量轻、价格低, 另一方面又可减轻高压试验时试样受到的损伤。缺点: 目前尚不能确切表述0. 1 Hz 试验电压与50Hz 试验电压的等效性。
5、局部放电声测法。是通过测量局部放电产生的声波来检测局部放电的大小及位置。近年来, 由于声- 电换能器效率的提高和电子放大技术的发展,声测法的灵敏度有了较大的提高, 对于大电容量的试品, 其灵敏度不比电测法低; 利用声测法可以有效地测定局部放电的部位。该系统有以下特点:第一、根据检测现场强干扰弱信号的特点, 将采集、处理主机远离电力变压器, 可在很大程度上减小强电磁场的干扰。同时, 应将超声传感器和前置放大器设计成一体化结构, 并进行良好的电磁屏蔽。第二、前置级与采集、处理主机之间采用光缆传送信号, 可避免强电磁场对传输线的干扰及其他干扰。这可大大提高设备的扰干扰能力。缺点: 由于对局部放电声波的传播过程很复杂, 难以进行定量。
6、光测法。是利用局部放电过程中的发光现象进行检测, 由于各种放电发出的光波长不同, 比较弱小的电晕放电, 所发出的光波长较短, 不超过400 nm, 呈紫色, 大部分属于紫外线范围。对于较强的火花放电, 波长可扩展到超过700 nm, 呈桔红色,大部分属于可见光范围。此方法靈敏度高, 可以确定局部放电的位置, 抗干扰性较好。缺点是不能记录非透明装置的局部放电。
7、红外热像法。是利用电力设备内部的局部放电产生的电热能量转换, 检测局部区域的表面温度升高的变化。红外热像仪用于定性测量有其重要意义, 对于复杂的绝缘结构, 红外热像法需要借助于计算机进行辅助计算, 可以得到一定的量化关系。缺点是: 目前这种方法用于定量研究还存在困难。
8、色谱分析法。是检测绝缘材料( 主要是固体绝缘材料、液体绝缘材料) 在局部放电作用下发生分解产生的各种生成物, 可以通过测定这些生成物的组成与浓度, 来表征局部放电的程度, 已广泛用于变压器中油气分析。缺点是: 气体传感器对所检测的各种气体均敏感, 导致检测准确度不高。
二、变压器局部放电在线监测的发展前景
目前，国内在变压器局部放电方面的研究取得了很好的成就，笔者认为以后研究重点应该放在以下几个方面：
1、对局部放电理论进行深入研究，对各种局部放电种类建立理论模型，通过研究局部放电的特征，从而采用有效的措施抑制外界干扰。
2、由于变压器一般都是多点放电，应该将局部放电放在对变压器进行多点定位的基础上。
3、必须有效地识别和抑制干扰信号。差动平衡法和脉冲极性鉴别法，可以很好地抑制干扰信号。目前局部放电在线监测主要采用最小均方误差（LMS）自适应算法和递推的最小二乘法（RLS）自适应算法。
4、对新型传感器的研究。超高频传感器、光纤传感器在局部放电中的应用，已经取得了很好的效果。
5、放电量标定问题是判断变压器局部放电严重程度及绝缘是否受损的关键所在。必须解决如何对放电量进行标定的问题。
6、建立一套完整的在线监测系统需要将整个系统都考虑进去。
目前, 变压器局部放电检测存在的主要问题有: 第一、局部放电信号从放电源到测量端子的传播过程十分复杂, 建立能准确描述放电脉冲在变压器中传播特性的仿真模型具有突破性的意义. 第二、目前任何一种局部放电定位方法都存在较大的局限性,需要寻找实用的现场定位方法. 3、尽管已对模拟和数字化抗干扰技术进行了广泛的研究, 但在现场强电磁干扰环境下识别局部放电信号仍有难度.随着科技的进步, 信号处理技术(如神经网络、指纹分析、专家系统、模糊诊断和分形等)越来越广泛地应用于变压器的局部放电检测中, 人们逐渐认识到: 对局部放电进行检测是一个跨学科、综合性的研究领域, 综合运用目前的各种技术和知识, 构建统一的在线检测平台, 将是变压器局部放电检测未来的发展方向.
参考文献：
[1] 王东升,丁立健,于龙滨.变压器局部放电在线监测技术[J]. 东北电力技术. 2007(04)
[2] 黄兴泉,唐志国,李成榕,王伟,张欲晓.电力变压器超高频局部放电的在线检测[J]. 高电压技术. 2003(04)
[3] 律方成,刘云鹏,李燕青.电力变压器局部放电检测与诊断方法评述[J]. 华北电力大学学报. 2003(06)
[4] 刘鹏飞.浅谈电力变压器局部放电在线监测技术[J]. 内蒙古电力技术. 2005(02)