電力變壓器局部放電檢測與診斷方法評述律方成，劉云鵬，李燕青華北電力大學(xué)電力工程系，河北保定071003局部放電定位和放電模式識別的研究現(xiàn)狀。對目前存在的上要問進(jìn)行總結(jié)以及對未來的發(fā)展進(jìn)行展望。

　　電力變壓器是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備之，它的可靠運(yùn)行對電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)行有重大意義。電力變壓器運(yùn)行的可靠性主要取決戶其絕緣狀況，而造成變壓器絕緣老化和破壞的主要原因之是局部放電，所以變壓器局部放電的檢測對電力系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性具有很高的理論和實(shí)用價(jià)值。

　　現(xiàn)狀，并對未來發(fā)展進(jìn)行展望。

　　1局部放電的檢測方法21變壓器局部放電時(shí)伴有電脈沖電磁輻射聲光局部發(fā)熱以及放電導(dǎo)致絕緣材料分解出氣體等現(xiàn)象，通過這些現(xiàn)象可以檢測局部放電。通常將檢測方法分為電測法和非電測法。

　　1.1局部放電的電測法變壓器局部放電定量檢測主要采用的是電信號檢測技術(shù)，包括脈沖電流法超高頻檢測法和超寬頻檢測法等。

　　目前應(yīng)用廣泛的是脈沖電流法，主要在變壓器中性點(diǎn)外殼接地線或套管末屏接地線串入羅果夫斯基線圈3尺0界出，或用個(gè)與變壓器高壓套管抽頭連接的檢測阻抗來檢測。

　　隨著傳感器技術(shù)數(shù)據(jù)采集技術(shù)等的不斷發(fā)展，局部放電的檢測向超高頻和超寬頻方向發(fā)展。

　　超高頻局部放電檢測法是通過接收變壓器內(nèi)部放電所產(chǎn)生的超高頻電信號，實(shí)現(xiàn)局部放電的檢測。研究明，變壓器局部放電的脈沖上升沿的時(shí)間基本為2耶，發(fā)射的電磁波中高頻分量十分豐富，通過接收該高頻分量是可以實(shí)現(xiàn)變壓器局部放電檢測信號主要有兩種方式天線法4和電容耦合法5采樣頻率可分別達(dá)到1.20和1.5，12.其優(yōu)點(diǎn)是可以對現(xiàn)場局部放電檢測的干擾進(jìn)行有效的抑制，但由于電力變壓器內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，電磁波在傳播過程中會發(fā)生多次折反射和衰減，同時(shí)變壓器箱壁的屏蔽作用也給局部放電的傳播帶來不利的影響，這就大大地增加了變壓器局部放電超高頻檢測法的難度。

　　超寬頻帶6山1加評48，0界8局部放電檢測技術(shù)是在足夠?qū)挼念l率范圍內(nèi)對局部放電進(jìn)行檢測，具有測量頻率高頻帶寬信息量大等優(yōu)點(diǎn)，可以較全面地研究局部放電的本征特征，是基于超高頻基礎(chǔ)上的檢測頻帶的拓寬，檢測頻率可達(dá)數(shù)GHZ，實(shí)質(zhì)是種超寬頻帶的UHF檢測法。近年來對于局部放電進(jìn)行超寬頻帶研究處于探索階段，需要研究解決的技術(shù)關(guān)鍵包括局部放電UWB傳感器技術(shù)超寬頻局部放電信號的實(shí)時(shí)采集技術(shù)和噪聲干擾抑制技術(shù)等。

　　1.2局部放電的非電測法局部放電的非電測法中應(yīng)用比較廣的是化學(xué)檢測法。局部放電化學(xué)檢測是通過檢測局部放電導(dǎo)致周圍絕緣材料分解氣體的接受不接受程度對變壓器電能量是緊密相關(guān)的17，放電產(chǎn)生的氣體主要包括孔，14，22，2等。離線化學(xué)檢測方法，即實(shí)驗(yàn)室油色譜分析發(fā)展己經(jīng)成熟，積累了較多的故障診斷經(jīng)驗(yàn)，但分析過程相對比較復(fù)雜，分析周期較長。化學(xué)方法的在線檢測正逐步應(yīng)用推廣叭包括變壓器油色譜在線檢測變壓器油氫氣濃度在線檢測變壓器油中乙炔在線檢測等，它們可以反映不同氣體的動態(tài)特性，具有更好的展現(xiàn)變壓器內(nèi)部變化的潛能，但是這個(gè)知識體系是隨現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)的增多而逐漸積累起來的，是需要時(shí)間精力資金和創(chuàng)造力的。化學(xué)檢測是種定性檢測法，不能檢測放電量，對發(fā)現(xiàn)緩慢性的早期潛伏性故障較靈敏，不能反映突發(fā)性的故障，如圍屏放電主絕緣放電這類對變壓器絕緣造成極大危害的流柱型放電。

　　電力變壓器局部放電超聲檢測也有很好的應(yīng)用前景。在電力變壓器內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)，會伴隨有超聲波能量的放出，超聲波在不同介質(zhì)油紙隔板繞組油等中向外傳播，到達(dá)固定在變壓器油箱壁上的超聲波傳感器。根據(jù)由超聲波傳感器探測到的超聲信號進(jìn)行局部放電的判斷分析稱為超聲檢測法9.其優(yōu)點(diǎn)是方面不影響電氣主設(shè)備的安全運(yùn)行，另方面不會受電磁干擾。缺點(diǎn)是放電源和超聲探頭之間的超聲波阻抗是非常復(fù)雜的，超聲信號常常因?yàn)槎喾N因素影響而失真，例如傳播途徑頻率速度相關(guān)特性以及不同介質(zhì)中的傳播衰減等。典型的超聲波傳感器的頻帶大約為50讓2光纖技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在局部放電的超聲探測上1.其優(yōu)點(diǎn)是僅接收由油中直接路徑傳播徑造成的影響。測量原理是當(dāng)局部放電的超聲信號傳播到光纖上時(shí)會發(fā)生碰撞從而使光纖發(fā)生形變，緊接著導(dǎo)致光纖長度和折射系數(shù)發(fā)生變化。光波在光纖中傳播時(shí)受到超聲信號的相位調(diào)制，然后采用合適的調(diào)制解調(diào)器把局部放電的信號提取出來1盡管在實(shí)驗(yàn)室里采用光學(xué)技術(shù)對電氣設(shè)備的局部放電和老化等做了許多有用的研究但該技術(shù)達(dá)到現(xiàn)場應(yīng)用還有很大的距離。造成這種局限的主要原因有光學(xué)設(shè)備的造價(jià)高對電氣設(shè)備的入侵性以及被檢測的電氣設(shè)備自身的原因。

　　紅外檢測也被應(yīng)用于電力變壓器局部放電的檢測131.紅外檢測是基于局部放電點(diǎn)的溫度升高，利用紅外探測儀的熱成像原理實(shí)現(xiàn)熱點(diǎn)測量。但由于變壓器結(jié)構(gòu)和傳熱過程的復(fù)雜性，要利用紅外成像方法直接檢測位于變壓器本體內(nèi)部的局部放電是十分困難的。目前變壓器紅外檢測針對變壓器外部故障包括導(dǎo)體連接不良漏磁引起的箱體渦流冷卻裝置故障和變壓器套管故障等是有效的。

　　2局部放電檢測的電磁干擾及抑制變壓器局部放電的電測法可以直接反映變壓器降低了檢測的靈敏度，有時(shí)甚至使得測量根本無法進(jìn)行。有效地抑制電磁干擾是電力變壓器局部放電檢測技術(shù)中的關(guān)鍵之。

　　局部放電檢測干擾是多樣的，按時(shí)域波形可分為周期性干擾脈沖型干擾和白噪聲。周期性丁擾包括系統(tǒng)高次諧波載波通訊以及無線電通訊等；脈沖窀干擾分為周期脈沖型干擾和隨機(jī)脈沖型丁擾，周期脈沖型干擾士要由電力電子器件動作產(chǎn)生高頻涌流引起，隨機(jī)脈沖型干擾包括高壓輸電線。

　　動作產(chǎn)生放電以及接觸不良產(chǎn)生的懸浮電位放電等；白噪聲包括線圈的熱噪聲地網(wǎng)的噪聲配電線路和變壓器繼電保護(hù)信號線中費(fèi)合進(jìn)入的各種噪聲以及檢測線路中半導(dǎo)體器件的噪聲等。

　　目前針對不同類型的干擾采用相應(yīng)的抑制方法。周期型干擾也稱為窄帶千擾，具有強(qiáng)度大，相位比較固定的特點(diǎn)。大多采用頻域方法處理，蘭要包括，丁閥值濾波器適應(yīng)濾波器固定系數(shù)濾波器理想多通帶數(shù)字濾波器和陷波濾波器等。隨機(jī)型干擾比較難剔除，干擾和局部放電信號在頻域有相似性，因而多在時(shí)域考慮，包括硬件電路法軟件波形識別法和人工智能法。與局部放電信號混雜在起的白噪聲是均值為，的7穩(wěn)隨機(jī)信號，屬寬帶千擾信號，目前應(yīng)用較多的是基于小波的濾波方法研究小波消噪的方法有小波變換局部模極大值法小波包消噪處理小波強(qiáng)制消噪法小波閾值消噪法和小波相關(guān)函數(shù)法等。

　　總之對于電力變壓器局部放電檢測的電磁干擾現(xiàn)在還未找到普遍適應(yīng)的抑制方法，每種措施僅對種或幾種下擾有效。許多方法的有效性是在實(shí)驗(yàn)室或仿真情況下得到驗(yàn)證的，對現(xiàn)場的實(shí)際下擾抑制效果不明顯。另外很多新方法是基于數(shù)字化處理的基礎(chǔ)提出的，從數(shù)字信號處理的角度出發(fā)，高分辨率大容量的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還難以滿足現(xiàn)場實(shí)際的要求。

　　3變壓器局部放電的定位12對于變沃器制造廠家和現(xiàn)場監(jiān)護(hù)人員來說，在確定變壓器內(nèi)部存在局部放電后，快速準(zhǔn)確地對局部放電進(jìn)行定位，這對于迅速排除故障保障電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行具有重要意義。目前研究比較多的是超聲波定位和電氣定位法。

　　超盧波定位法原理是通過測量超聲波傳播的時(shí)延來確定局放源的位置，分為電聲定位和盧聲定位。電聲定位的關(guān)鍵參數(shù)是放電點(diǎn)至傳感器之間聲波的直接傳播時(shí)間7，近似為電聲信號的時(shí)間差，通常采用形曲線法和球面法進(jìn)行定位；聲聲定位的關(guān)鍵參數(shù)是放電點(diǎn)至兩傳感器之間聲波傳播的時(shí)間差通常采用雙曲面法進(jìn)行定位。精確的局部放電超聲波定位的誤差在50胃以內(nèi)22.

　　另外可采用模式識別法進(jìn)行油浸變壓器局部放電超聲定位，把變壓器分成若干個(gè)子模塊，逐個(gè)求解變壓器中每個(gè)子模塊所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)模式矢量和待定模置就可能是放屯點(diǎn)1231.

　　當(dāng)變壓器發(fā)生局部放電時(shí)，電脈沖信號沿變壓器繞組傳播到測量端，根據(jù)該信號中所包含的電氣傳播特性進(jìn)行局部放電的定位。傳統(tǒng)的電氣方法有起始電壓法多端測量定位法極性法行波法電容分量法等。隨著對變壓器繞組傳輸特性的深入研究和數(shù)字化測量技術(shù)的發(fā)展，兩種新的定位方法，即改進(jìn)電容分量法和端點(diǎn)電流脈沖頻譜分析法得到了研究和應(yīng)用。對于改進(jìn)電容分量法而言，某拽變壓器繞組如糾結(jié)式繞組在0.1范圍內(nèi)，可近似的等效為個(gè)容性梯形網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)變壓器內(nèi)部某點(diǎn)發(fā)生局部放電時(shí)，該點(diǎn)作為放電源產(chǎn)生個(gè)陡脈沖向兩端傳播，傳播規(guī)律滿足電和電容為放電點(diǎn)到中性點(diǎn)的繞組長度；為變扭器繞組的總長度；=76分別為繞組單位長度的并聯(lián)串聯(lián)電容。根據(jù)方程1找到兩個(gè)電容分量和繞組位置上的對應(yīng)關(guān)系，就可以進(jìn)行精確定位。該方法對66kV變壓器繞組進(jìn)行了局部放電模擬測量，定位誤差在5之內(nèi)241.

　　端點(diǎn)電流脈沖頻譜分析法是根據(jù)變壓器首末端測量的電流脈沖信號隨變玉器內(nèi)部放電位置不同而在頻譜上有較大差異進(jìn)行定位的。2對連續(xù)餅式繞組84餅進(jìn)行了局部放電模擬，用繞組的簡化等效電路計(jì)算出放電注入點(diǎn)對應(yīng)的傳遞函數(shù)，從而根據(jù)頻譜分析確定放電點(diǎn)的位置251.電氣定位法目前主要應(yīng)用局部放電的不精確定位，現(xiàn)場實(shí)際的定位中還很少采用電氣定位的方法，需進(jìn)步深入研究。

　　4局部放電的模式識別局部放電的模式識別從其特征提取上分為兩類統(tǒng)計(jì)分析法和時(shí)域分析法。統(tǒng)計(jì)分析法般基于傳統(tǒng)的低頻窄帶局部放電測量，是在相域空間上進(jìn)行的，也是指針對局部放電的統(tǒng)計(jì)分布譜進(jìn)行的。目前常的有基于維分布及2私少維分布的統(tǒng)計(jì)分析法頻域分析法隱式馬爾代夫模型法7，名，1分布法和處詘分布模型法等。近年來，分形理論在電樹和象處理中得到成功的應(yīng)用，同時(shí)也被引入到局部放電的模式識別中，根據(jù)放電譜的分形維數(shù)，和空缺率構(gòu)成特征向量實(shí)現(xiàn)局部放電的模式識別2627.分形方法的比較大個(gè)特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)局部放電的數(shù)據(jù)譜壓縮和特征參數(shù)提取在同步完成28.對于分形理論應(yīng)用的關(guān)鍵的問在于如何證明局部放電明其具有自相似性或統(tǒng)計(jì)意義上的自相似性，需進(jìn)步深入研究。另外小波分析也被應(yīng)用到統(tǒng)計(jì)分析方法中，即應(yīng)用小波方法基于維統(tǒng)計(jì)譜對多個(gè)放電進(jìn)行分類，但僅對3種不同類型局部放電進(jìn)行識別，正確率達(dá)883.

　　時(shí)域分析法是針對高速采集次放電產(chǎn)生的時(shí)域脈沖所得到的波形特征或相應(yīng)的變換結(jié)果進(jìn)行模展，超寬頻帶UWB測量成為可能，將帶動基于單次放電脈沖的模式識別的發(fā)展。文獻(xiàn)31采用小波變換提取油中單次放電脈沖的特征，進(jìn)行了局部放電模式識別的嘗試。0前這方面的研究不多，而且提取的特征參數(shù)也比較簡單，如脈沖上升時(shí)間50持續(xù)時(shí)間視在放電量等。

　　到目前為止，局部放電的模式識別主要是針對電脈沖信號進(jìn)行的，有少量的研究是關(guān)于超聲信號信號轉(zhuǎn)換到頻域，利用幅頻特性進(jìn)行識別32.

　　局部放電的模式識別向兩方面發(fā)展方面是廣度，除典型的放電模型如電極模型外，已經(jīng)開始針對高壓電氣設(shè)備模型上的各種放電類型進(jìn)行識別，比較終目的實(shí)現(xiàn)實(shí)際運(yùn)行設(shè)備中的局部放電識別；另方面是深度，對統(tǒng)計(jì)分析方法中，小波理論分形理論等現(xiàn)代新的數(shù)學(xué)工具得以應(yīng)用，而且開始時(shí)域波形識別和考慮局部放電的隨機(jī)性對識別的影響等。

　　5存在的問和未來發(fā)展局部放電檢測研究的比較終目的是實(shí)現(xiàn)局部放電斷提高，局部放電電信號檢測將為電力變壓器局部放電的實(shí)質(zhì)和放電程度等提供較滿意的分析判斷，在將來將得到更廣泛的應(yīng)用。超聲診斷主要用于局部放電的定位方面，電聲結(jié)合診斷局部放電將有很廣泛的應(yīng)用前景。如果對于某個(gè)給定的系統(tǒng)，預(yù)先知道其內(nèi)部局部放電的形式程度與放電導(dǎo)致的化學(xué)產(chǎn)物之間的內(nèi)在關(guān)系，局部放電的化學(xué)診斷方法將更多地被應(yīng)用。另外對于直接不直接的光學(xué)診斷系統(tǒng)會有很大的發(fā)展，光纖技術(shù)將逐步在局部放電中應(yīng)用。但仍然有許多問需要解決。下面對存在的主要問進(jìn)行了總結(jié)首先需要解決的是所檢測的局部放電中各種信號參量與電氣設(shè)備本身絕緣特性降低老化程度的關(guān)系問，這是實(shí)現(xiàn)變壓器整體絕緣壽命評估和預(yù)測的比較大挑戰(zhàn)。沒有深入地了解絕緣老化機(jī)理以及老化在電聲化學(xué)以及光學(xué)參量上的作用，而去進(jìn)行所謂的電聲和化學(xué)方面的局部放電診斷都是不可靠的。

　　外部噪聲和電磁干擾對現(xiàn)場測量的影響是直難以克服的問，盡管有些模擬的或數(shù)字化處理技術(shù)，但從干擾信號中提取出局部放電特征信號還是很難的。

　　個(gè)電氣設(shè)備中同時(shí)存在多點(diǎn)放電時(shí)是很難區(qū)分和診斷的，這個(gè)問困擾目前幾乎所有的診斷方法。當(dāng)多點(diǎn)故障共存時(shí)，目前技術(shù)就很難把真正的放電從其他混疊的放電中提取出來，當(dāng)所需要的信號被其他放電造成的干擾所淹沒的時(shí)想進(jìn)行診斷是更加困難的，所以必須采用些新的模式識別的方法或其他技術(shù)去克服這個(gè)難。

　　局部放電信號從放電源到測量端子或傳感器的傳播過程中的信失真同樣是個(gè)大難。

　　旦解決這個(gè)問，可以說對局部放電的電和聲信號診斷有突破性的意義。信號的傳播路徑是十分復(fù)雜的，與現(xiàn)場的具體為素有關(guān)，這也將對局部放電信號的進(jìn)步研究分析帶來極大的困難。閔為如果接收的是畸變的信號，所得到的數(shù)據(jù)也是畸變的。

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　　責(zé)任編輯李麗英