带电检测技术在变压器状态诊断中的综合应用王立兵

带电检测技术在变压器状态诊断中的综合应用王立兵

齐红斌杨彬王立兵

国网保定供电公司河北省保定市071000

摘要：变压器运行状况是电力系统发电效益的重要影响因素。将带电检测技术归纳为局部放电检测和非局部放电检测两大类，讲述了特高频局部放电检测、超声波局部放电检测、高频局部放电检测、油色谱分析、红外热像、紫外成像、铁芯及夹件接地电流测量和套管相对电容量及相对介损测量等各检测方法的原理、应用方法，并对各个带电检测方法的现场应用成熟程度和存在问题进行了分析和总结。

关键词：变压器;带电检测;局部放电;应用方法

引言

变压器是电力系统中重要的设备，变压器的健康状况是电网系统安全运行的重要影响因素。绕组移位、变形是变压器的常见故障。运输、吊装过程中的意外碰撞与外部短路电流的冲击，是引发变压器绕组变形的主要原因。根据国家电网公司《十八项电网重大反事故措施》的内容，变压器绕组短路阻抗测试是防治大型变压器损坏事故的主要方法。变压器短路阻抗是指变压器内部在负载阻抗为零时产生的等效阻抗。对变压器短路阻抗带电检测理论技术进行探究，可以为电网系统的安全运行提供保障。

1变压器带电检测原理

变压器结构复杂，附件种类多，运行过程中，其内部和外部电磁场分布情况比较复杂，存在特定的电、磁、声、光、热、气现象。当变压器运行异常时，上述各物理或化学现象会出现对应的变化。带电检测则利用专业的检测仪器检测、分辨上述物理或化学变化，并转化成量化的数字或可视的图谱等，用以直接或间接表征设备状态。检测人员根据检测原理和检测经验，形成一系列的分析、判断方法。通过检测结果，能够在设备带电运行状态下，得到设备状态量，准确评估设备运行状况。当设备存在缺陷时，能够分析缺陷严重程度，定位缺陷位置，及早采取措施，防止缺陷发展为故障。根据检测原理的不同，可将变压器带电检测方法分为局部放电检测和非局部放电检测两大类。

2局部放电类带电检测方法

局部放电(partialdischarge)是指电力设备绝缘在足够强的电场作用下造成局部区域发生放电却又未形成固定放电通道的放电现象。变压器为液体—固体复合绝缘，运行过程中介质内部可能会出现气泡、杂质等其他物质，导致绝缘介质的场强分布不均匀，故在场强足够高的区域可能会发生局部放电。

局部放电是绝缘劣化的主要原因，也是绝缘劣化的重要特征。通过带电局放检测能在不停电情况下有效发现变压器内部早期的潜伏性缺陷。局部放电过程中会发生正负电荷的中和，产生较陡的电流脉冲并向四周辐射电磁波，同时伴随有光、声等物理现象。目前变压器带电局部放电检测研究应用较多的主要有3种方法:高频局部放电检测;特高频局部放电检测;超声波局部放电检测。

2.1高频局部放电检测

变压器高频局部放电检测就是在不停电的情况下，通过安装在变压器的铁芯、夹件或套管末屏接地线上的高频电流传感器和专用仪器来检测由局部放电而产生的高频脉冲电流。其检测信号频带一般为3～30MHz，采用硬件滤波和软件滤波相结合的方式去除电磁干扰噪声。

高频局部放电检测表征局部放电特征的图谱主要是PＲPD(PhaseＲesolvedPartialDischarge)相位图谱和等效频率—等效时间图谱。PＲPD图谱是局部放电相位分布图谱，横坐标表示相位，纵坐标表示幅值，根据脉冲的分布情况可以判断信号主要集中的相位、幅值及放电次数，进而判断放电类型，如图1所示。

等效频率—等效时间图谱是将放电脉冲进行时域和频域变换，计算得到每个脉冲的等效频率和等效时间，根据等效频率(横坐标)和等效时间(纵坐标)确定每个脉冲在该图谱上的位置，如图2所示。

变压器高频局部放电检测的诊断主要是将检测到的图谱与典型放电图谱进行比对，进而判断是否存在局部放电及具体放电类型。无典型放电图谱时判断为正常;在同等条件下同类设备检测的图谱有明显区别时判断为异常;具有典型局部放电图谱时判断为缺陷。

2.2超声波局部放电检测

电力设备内部局部放电时，产生的电流脉冲使得局部放电发生的局部体积因受热短时间内增大，放电结束后恢复，体积变化导致介质的疏密瞬间变化，产生超声波。

超声波信号基本处于20～200kHz频段内，变压器内传播的超声波信号集中在100～200kHz。该检测方法采用压电陶瓷为材料的谐振式传感器，将传感器固定在变压器箱壁上，将采集到的超声波信号转化为电信号，然后进行分析和定位。其主要用于变压器局部放电缺陷的精确定位。

3变压器短路阻抗带电检测理论技术的应用方式

3.1变压器绕组变形测试分析判断原则

在变压器绕组变形产生以后，变压器运行过程中检测的电气参数和机械参数会改变。在电力参数与机械参数变化情况的影响下，变压器绕组变形分析是一个综合性的过程。变压器短路阻抗带电检测理论技术与以下因素之间存在着一定的联系：一是变压器三相间的短路阻抗测试结果的平衡性；二是短路阻抗的变化情况（同出厂值相比）；三是变压器运行过程中的电气试验与绝缘油色谱分析情况；四是变压器运行过程中可能存在的异常现象；五是绝缘油的运行温度。可以说，统筹兼顾的原则是变压器绕组变形测试分析遵循的主要原则，对上述因素进行统筹分析，有助于变压器短路阻抗带电检测结果精确度的提升。针对变压器阻抗电压值不符合技术协议或电力变压器短路阻抗允许值而出现的纠纷，相关单位在变压器产品出厂验收环节，需要根据相关技术协议，分析阻抗电压允许偏差值是否处于允许误差范围以内。并要按照现场见证的要求，对出厂验收阶段的短路阻抗检测进行强化。在订货阶段，相关人员需要在商务合同中明确短路阻抗实测值与额定分接位置保证值超出允许值时的解决措施。

3.2短路阻抗法测试的连接方式

伏安法是变压器短路阻抗带电检测中常用的检测方法。这种检测方式主要应用于单相变压器及三相变压器的短路阻抗测量过程中。在测试工作开始之前，相关人员需要在变压器的一侧出线短接。出线短接需要保证各个出线

端子的接触良好性，以便在降低引线回路电阻的基础上，提升测试结果的准确性。在出线短接完成以后，相关人员可以在变压器另一侧施加试验电压，以便在产生流经阻抗的电流以后，测量施加于阻抗之上的电流与电压。此种电压、电流的基波分量的比值可以被看作是变压器的短路阻抗。在变压器短路阻抗带电检测理论技术应用于变压器阻抗测试以后，相关人员需要在变压器高压绕组侧进行加压操作。为保证带电测试的测试精度，被试变压器出线端子需要与电压测量回路相连接。检验过程中使用的调压器的额定电流需要控制在１０Ａ以上。在带电检验进行过程中，流经被试变压器绕组的电流需要在额定电流的００５－１％的数量级的基础之上。若带电检验中存在电流过大的问题，电源过载所导致的试验电压波形畸变现象也会影响测试精度。根据一些研究者的研究结果，在短路组抗应用于带电检验以后，变压器三项间接短路阻抗值的差异在２％以内，现场测试值与出厂值之间具有较大的分散性，这种分散性的百分率在４％以内。

结语

电力变压器带电检测技术经过多年的发展，已经形成了完整的检测方法、检测流程和诊断方法。现场应用最为广泛、发现问题最多的是红外热像检测和油色谱分析。其中油色谱分析主要用于对变压器内部缺陷的发现，红外热像检测更多的是发现外部缺陷，二者都有成熟的判断依据和缺陷处置原则。油色谱分析更是发展了大量的在线监测装置，这是油色谱带电检测的发展趋势，但目前油色谱在线监测装置自身质量问题导致发展受到了相当程度的制约。

参考文献

〔1〕国家电网公司．输变电设备状态检修试验规程:Q/GDW1168—2013〔S〕．北京:中国电力出版社，2014．

〔2〕李军浩，韩旭涛，刘泽辉，等．电气设备局部放电检