电力变压器局部放电带电检测及定位技术综述

绝缘材料2015，48(8)0引言随着我国智能电网快速建设与发展，电网运行的可靠性和安全性逐步提高，电力变压器作为输变电关键设备之一，其运行状态直接影响到整个电网的稳定运行[1]。

目前，油纸复合绝缘是大型电力变压器通用的绝缘方式，其主要由绝缘油、绝缘纸板和其他固体绝缘材料等构成。

油纸绝缘虽在设计时要求具有足够的电气强度和力学性能，但不可避免在生产制造、装备和运行过程中的偶发因素引起绝缘系统形成缺陷，进而导致设备出现故障。

局部放电既是油纸绝缘缺陷故障产生的主要原因，又可作为绝缘劣化程度评估手段，因此对油浸式电力变压器开展局部放电检测，获得放电点位置信息，将—————————————收稿日期：2014-11-28修回日期：2015-03-24基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助；电力设备国家重点实验室创新基金(EIPE13311)；中国博士后基金(2014M560777)；陕西省科学技术研究发展计划项目(2013GY2-08)作者简介：刘嘉林(1988-)，男（汉族），黑龙江哈尔滨人，硕士生，研究方向为电力设备故障诊断；通讯作者：董明（1977-），男（汉族），陕西西安人，副教授，研究方向为电力设备状态检修。

电力变压器局部放电带电检测及定位技术综述刘嘉林1，董明1，安珊1，杨兰均1，邝石2，张伟政2（1.西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室，西安710049；2.国网河南省电力公司郑州供电公司，郑州450052）摘要：局部放电是引起电力设备事故或缺陷的主要原因之一，开展局部放电带电检测一直是电力变压器状态评估与故障诊断的有效手段。

根据实验室模拟及变电站现场实际工况，从原理、准确性及可靠性等方面讨论了现有局部放电带电检测技术的优缺点，对比分析不同检测技术的现场应用效果，讨论了局部放电联合检测定位技术的原理、影响因素及发展趋势，重点分析了传统“电-声”联合定位法的不足，提出“特高频-超声”及“特高频-光”等联合定位方法的检测原理、步骤、效果及适用范围，为今后现场电力设备局部放电带电检测能更快速准确地定位指出了新的研究方向。

关键词：电力变压器；局部放电；特高频；超声波；定位中图分类号：TM855文献标志码：A文章编号：1009-9239（2015）08-0001-07Review of Partial Discharge Live Detection andLocation Technology for Power TransformerLiu Jialin 1,Dong Ming 1,An Shan 1,Yang Lanjun 1,Kuang Shi 2,Zhang Weizheng 2(1.State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment,Xi ’an Jiaotong University,Xi ’an 710049,China;2.Zhengzhou Power Supply Corporation,State Grid Henan Power Electric PowerCompany,Zhengzhou 450052,China )Abstract :Partial discharge is one of the main reasons causing power equipment fault and defect,and the PD live detection has been an effective method to assess condition and diagnose fault for power trans-former.According to the laboratory simulation and on-site investigation,the advantages and disadvantages of PD live detection methods were analyzed from principle,accuracy,and reliability aspects in this paper,and the on-site application effects of different methods were compared.The principle,influencing factors,and development trend of PD joint detection and location technology were discussed,the deficien-cies of traditional “electromagnetic and acoustic ”joint location method were analyzed,and the principle,procedure,result,and application of the “UHF-acoustic ”and “UHF-light ”joint location method were presented,which provide a new research direction to faster and more accurate location of discharge source for power equipment in the field.Key words :power transformer;partial discharge;ultra-high frequency;ultrasonic;location刘嘉林等：电力变压器局部放电带电检测及定位技术综述1绝缘材料2015，48(8)有助于提高设备现场运维效率与水平，进一步保证设备安全运行[2]。

近年来，为了提高变压器局部放电现场检测精度及效果，国内外学者开展了大量的实验室理论探索与现场实测工作，如高频电流法、超声波法、特高频法、光测法、化学检测法以及红外成像检测法等。

已有研究表明，与离线试验及在线监测相比，带电检测不仅兼有二者优点，还具备非侵入、便携性、操作简便等独特优势[3]。

1局部放电带电检测技术原理及特征现有局部放电检测技术均以局部放电产生的不同物理现象为依据，通过能表述该现象的物理量来表征局部放电状态。

目前带电检测方法主要有高频脉冲电流、超高频、超声波、光学检测及化学检测等方法。

1.1高频（射频）电流法高频电流法是基于传统脉冲电流法延伸出的一种非电接触式的局部放电测量方法，采用高频罗氏线圈来替代测量阻抗，从耦合回路中取得由局部放电产生的陡脉冲电流信号[4]。

由于该方法信号响应引入测量回路的等效阻抗极小（毫欧级），且可穿套于试品接地线或接地扁铁上实现非电接触式测量，对设备正常运行不构成影响。

实际带电检测中，该方法多采用开环式结构的罗氏线圈进行检测[5]，其检测原理如图1所示。

图1电力变压器高频局部放电检测示意图Fig.1Schematic diagram of partial discharge detection to power transformer by high frequency高频电流法与标准脉冲电流法类似，在条件允许情况下进行相位跟踪测量（一般采用柔性工频电流传感器或电压变换器得到），取得放电幅值、放电次数与电压相位的关系，然后采用PRPS 、PRPD 、N -Φ、Q -Φ、Q -Φ-T 等统计分析模式，分析被测变压器设备的当前状态和绝缘缺陷类型[6-7]。

另外，还可利用开窗技术对放电相位进行频谱分析[8]，利用时间频域实时对照或联合分析实现检测过程中异常事件的频域特征量的提取等[9]。

采用高频电流法进行带电检测会因其信号耦合方式而受到现场复杂因素的影响，如背景噪声、现场设备外部干扰、偏磁电流等[10]，通过加装滤波器、对干扰进行分离分类、对比多次测量幅值和趋势分析等方法可以解决上述问题。

1.2超高频法油纸绝缘内部发生局部放电时，将激发频率高达GHz 的电磁波[11]，此信号在金属箱体内的衰减比在自由空间的慢[12]，故可在设备内部传播并通过箱体与套管连接缝隙传出。

基于此，可采用超高频（UHF ）传感器对变压器内部局部放电产生的超高频电磁波信号进行检测，获得局部放电的相关信息，实现对变压器绝缘状态的诊断。

根据安装方式的不同，UHF 传感器可分为安装于设备内部的内置型传感器和安装于外部的UHF 外置传感器两种，如图2所示。

图2超高频传感器Fig.2The UHF sensors超高频法可检测到频率范围为300~3000MHz 的局部放电信号，经合理选带，可有效避开现场干扰。

另外，UHF 传感器还具有瞬态响应好、线性度高、灵敏度高等优势。

虽然实验证明脉冲电流参数与超高频参数有相同的变化趋势，可用超高频法参量（dB ）近似反映放电的强弱[13]，但变压器内部结构相当复杂，超高频测量机理与传统脉冲电流法截然不同，不同位置和不同类型缺陷的局部放电电磁波强度、传播路径和衰减程度的差异对UHF 放电量的标定带来较大难度[14]。

1.3超声波法变压器局部放电一般是油中的气泡或绝缘纸刘嘉林等：电力变压器局部放电带电检测及定位技术综述2绝缘材料2015，48(8)板的气隙产生的，放电过程中气体分子间剧烈碰撞，宏观上瞬间形成一种压力，产生脉冲机械声波[15]，超声波在油和绝缘纸板中传播到达变压器外壳，在外壳上也产生一定压力，因此可通过贴附在变压器外壳上的超声波传感器来检测变压器内部的局部放电情况。

超声波法可检测频率范围为20~200kHz的变压器内部局部放电情况，具有一定的抗干扰能力，采用毫伏（mV）表征信号强度。

变压器内放电量较大时，测得的声压信号幅值与放电量成正相关性，故可用超声波法定性判断放电强弱[16]。

在局部放电类型识别方面，文献[17]对超声波参数如到达时间、放电次数、幅度、能量和持续时间等进行了提取计算，指出不同的放电类型有着不同的相位分布特征以及不同的频谱特征；文献[18]基于局放超声波特征参数统计，建立了超声信号典型图谱，可初步实现局部放电模式识别。

但由于超声波信号在变压器内部的传播过程异常复杂，目前尚无法实现准确的放电类型判断和定量分析，超声波法在现场仍为一种辅助测量手段[19]。

1.4光学检测在变压器油中，放电产生脉冲电流的同时伴随着发光、发热等现象。

利用光电探测器检测局部放电产生的光辐射信号，包括紫外、可见光、红外3个谱段，将截取的光信号转化为电信号经放大处理后送至检测系统即为光学检测法，具有灵敏度高、抗干扰能力强等优点。