李佳伟
山东达驰电气有限公司 山东菏泽 274200
摘要：变压器中绝缘部分的质量对变压器设备整体的使用性能和寿命都至关重要,因为绝缘劣化将产生局部放电现象,引发电力设备故障。这种情况是因为变压器内部各体制间的绝缘体为部分桥接,这样在一定范围内的导体会在绝缘体放电时产生带电反应。一般的局部放电可视作电力输送设备中的常规现象,不会对整个变压器系统造成过大的影响,由于电力强度较高会造成电弧击穿。若局部放电现象出现的较为频繁,发生点位较多时就会破坏电力变压器的完整性,电场强度越大,故障发生率越高,用电风险也会加大。
关键词：电力变压器；局部放电；带电检测；定位技术
1局部放电带电检测技术的干扰因素
1.1背景电气噪音
当使用暂态对地电压法检测时,会受变电站里的背景电气噪音的影响。这些噪音源包括:通过电力电子开关变流的直流电源、室外开关站的电晕放电、高频通信系统(如手机)。为了排除干扰,我们可以在检测前将TEV传感器水平放置在不出现局放活动的金属制品表面上(如金属门),观察显示的数值。一般显示的数值需要低于10dB,若数值过高将导致无法测量实时暂态对地电压局放信号。
2016年9月2日对化工一变进行局放普测,检测人员使用TEV传感器进行检测,发现化热B162开关上数值偏高。数值不稳定,在0dB与30dB之间不断变化,与一般发生局部放电的案例有着较大区别,怀疑受到干扰因素的影响。为排除干扰,将局部放电仪放置在变电站金属大门(不出现局放活动的制品)的表面,通过TEV法检测到0～28dB不等的数值,这与之前在开关柜上的检测数值相近,判断应该是受到干扰因素的影响。经过排查,发现变电站一盏日光灯的启辉器发生故障,这盏灯靠近化热B162开关,且检测时未关闭日光灯。随后,检测人员关闭全部灯具,并重新检测,显示UT和TEV传感器的数值都为0dB,变电站局放数值正常。
分析:这是一个背景电气噪音干扰的事例。在本次检测过程中,由于检测中未关日光灯,开关柜的检测受到了故障日光灯的直流电源干扰,严重影响了局放数值的真实性。
1.2机械振动
超声波检测传感器在现场使用时容易收到噪音和机械振动的干扰,若外部存在较大的噪音,UT传感器无法发挥检测效果,将会严重影响检测数据的真实性。其中变电站可能的噪音源包括:室内空调声音过大、风机抽风声音过响等。为了不影响检测数值,需要在检测前提前排除机械振动干扰。
2电力变压器局部放电带电检测技术
2.1光学检测法
将电力变压器局部放电时产生的光和热经过光电转化,利用光电探测仪检测这些光辐射信号,实现局部识别放电情况。但是这种检测方法因为成本问题比较受限,随着科技的进化和发展,光检测法已经可以对变压器内外部进行良好的检测,获知局部放电的大小和回数,考虑到设备昂贵,以及对检测准确度和操作水平的要求,单独应用仍不常见,以联合法与声测法结合。
2.2红外检测法
红外热成像监测法依据的是高压设备在局部放电时某部位的温度反应,若变压器被测的部位温度高于绝对温度,可以热成像系统来检测热能转化出来的红外辐射强度,由于大气对不同波长的辐射吸收程度不同,因而可根据波长分段选择合适的短波和长波进行检测,当辐射信号转换成电信号后会被处理成可以看懂的数据信息显示给检测设备控制人员,便可以判断出设备局部放电的位置和程度。这项检测技术不受电磁场干扰,并且可以在一定的距离内进行遥测,对于导体连接不良、变压器套管这类外部故障的检测效果较好。
2.3超声法
顾名思义，超声法是通过超声波原理，利用超生传感器对电缆进行检测，通过对超声波传输状态的变化情况的检测，识别其中存在异常的部位，进而识别局部放电现象。这种方法通常是使用压电晶体传感器进行检测，检测的重点部位是电缆各接头位置。当电力电缆局部位置发生放电现象时，会产生一种频带较宽的声音信号，而超声传感器可以对这种声音进行识别和捕捉，将其转化为电量。同时，超声传感器外端的分离放大器将这种声音信号放大。此后，这种被放大的信号会经过光电转化模块，再由模块内部的光纤将信号传输至数据信息采集卡之中，最后由与之相连的工控机以波形数据的形式显示出来。采用超声检测法可以有效避免外部环境对检测工作的影响，具有精准度高、效率高等特点。由于超声波波速较小，技术人员可以借此实现精准的故障定位。但是，在实际使用当中，技术人员也发现了超声波检测法存在一定的问题。具体来讲，在特定情况下，超声信号的产生比较有限，并且信号强度不高，在实际检测中可能会面临信号采集、转化清晰度不高的问题。同时，多数电力电缆外部有较厚的绝缘层，而绝缘层本身会吸收部分的超声波，导致高频超声波在传输过程中出现衰减的现象，进而导致最终反映的数据和实际情况有较大差异。针对这些问题，目前我国相关技术人员对超声波仪器的强度和性能进行了优化，在部分情况下可以发挥出不错的作用。
2.4高频电流法
这是一种非电接触式的检测技术，也是之前十分知名的脉冲电流法的升级版。该方法主要是以高频罗氏线圈取代测量阻抗，可以直接在电缆耦合回路当中采集局部放电现象产生的脉冲信号。这种技术从执行方式到检测结果等方面都有很大的优势，主要表现在于技术人员安装设备和实施检测的便捷性较高，同时可以根据实际情况和相关需求进行灵活调整，具有灵活度较高的优势。在采用高频电流法进行电力电缆局部放电现象检测时，技术人员可以对信号带宽进行灵活调整，并且可以根据实际需要提高数据采集范围。不过，在使用中，高频电流法也存在一些不足。具体来讲，检测人员在采用该技术进行检测时，耦合信号要从接地线上进行，这种方法会导致外界电磁干扰较大，对检测准确性产生一定的影响。同时，该检测方法执行的过程当中还会受到广播信号的干扰，也就是说高频电流法的抗干扰能力较弱。此外，该方法对技术人员相关装置设备的安装和调试水平要求较高，如高通滤波放大器、传感器安装不到位，或是匹配度不足，都会影响检测结果。当然，如今技术研究人员通过对抗干扰措施的研究，一定程度上提高了高频电流法的可靠性。
3电力变压器局部放电定位技术
3.1电气定位法
对局部放电过程中产生的电脉冲在绝缘介质中传播时的波形、信号能量的变化等信息建立相关的传递函数来进行分析研究,从而定位局部放电空间位置。主要有行波法,利用波的时延特性,根据行波延迟时间计算出距离,找出局部放电的点位;极性法,检测变压器绕组不同端子上的局部放电信号的极性,找到局部放电源可能存在区域;起始电压法,根据绕组长度、绕组两端电位、放电点电压为、起始放电电压等,依据一定的公式计算出放电位置。
3.2超声波定位法
超声波信号和电脉冲信号间会有延时反应,在变压器的某处设置参考传感器,放电信号在此传感器和其他处的传感器间传递会有一个时差,将此时差代入双曲面法计算公式中可得出大致的放电位置,在此过程中必须要特别注意时间差、算法和等值声速对定位结果准确性的影响,可采用声速变量、增加探头的方式逐渐缩小放电位置并最终精确定位。
3.3超高频定位法
超高频电磁信号抗干扰性较强,因而可以根据局部放电时产生的产生超高频电磁信号迅速确定局部放电位置,但是变压器时有多种电子配件和元件组成,大部分都为金属结构,这会影响超高频电磁信号的穿透效果,因而超高频电磁信号会根据电子变压器内部金属构造产生一定的几何绕射轨迹,对局部放电位置准确定位。
结论
局部放电带电检测技术作为一项提前发现隐患的先进技术,利用暂态对地电压与超声波检测相结合的方式可以快速定位出局放位置,从而监控电气设备内部绝缘状况。利用局部放电技术,通过定期复测、问题跟踪等,能够实现缺陷的快速消除,并结合日常检修、红外成像技术和铁芯接地电流技术能够很好的保障电气设备的安全稳定运行。
参考文献：
[1]冯义,刘鹏,涂明涛.局部放电测试新技术在10kV配电设备状态监测中的应用[J].电世界,2019(8):399-401.