變壓器測試儀局放檢測的現(xiàn)狀與新技術(shù)
變壓器測試儀局放檢測的現(xiàn)狀與新技術(shù)
常規(guī)的電力變壓器測試儀局部放電檢測(檢查并測試)方法有脈沖電流法、DGA法、超聲波法、RIV法、光測法、射頻檢測法和化學(xué)方法等。
常規(guī)的局放檢測方法
脈沖電流法。它是通過檢測阻抗接入到測量回路中來檢測。檢測變壓器測試儀套管末屏接地線（別稱：避雷線）、外殼接地線、中性點(diǎn)接地線、鐵芯接地線以及繞組中由于局放引起的脈沖電流，獲得視在放電量。脈沖電流法是研究最早、應(yīng)用最廣泛(extensive)的一種檢測方法，IEC-60270為IEC于2000年正式公布的局放測量標(biāo)準(zhǔn)。脈沖電流法通常被用于變壓器測試儀出廠時的型式試驗(yàn)以及其他離線測試中，其離線測量靈敏度高。脈沖電流法的問題在于以下幾方面：其抗干擾能力差，無法有效應(yīng)用于現(xiàn)場的在線監(jiān)測；對于變壓器測試儀類具有繞組結(jié)構(gòu)的設(shè)備在標(biāo)定時產(chǎn)生很大的誤差；由于檢測阻抗和放大器對測量的靈敏度、準(zhǔn)確度、分辨率以及動態(tài)范圍等都有影響，因此當(dāng)試樣的電容量較大時，受耦合（Coupling）阻抗的限制，測試儀器的測量靈敏度受到一定限制；測量頻率低、頻帶窄，包含的信息量少。
DGA法。DGA法是通過檢測變壓器測試儀油分解產(chǎn)生的各種氣體的組成和濃度來確定故障（局放、過熱等）狀態(tài)。該方法目前已廣泛應(yīng)用于變壓器測試儀的在線故障診斷中，并且建立起模式識別系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)故障的自動識別，是當(dāng)前在變壓器測試儀局放檢測領(lǐng)域非常有效的方法。但是DGA法具有兩個缺點(diǎn)：油氣分析是一個長期的監(jiān)測過程，因而無法發(fā)現(xiàn)突發(fā)性故障；該方法無法進(jìn)行故障定位。
超聲波（是一種頻率高于20000赫茲的聲波）法。變壓器容量測試儀可自動調(diào)節(jié)輸出電壓電流，可適應(yīng)不同容量變壓器的測試，應(yīng)用范圍廣。在測量變壓器容量和變壓器的短路損耗時不需要外接三相測試電源及調(diào)壓器、升流器等輔助設(shè)備，簡化了接線，大大提高了工作效率；容量測試結(jié)果準(zhǔn)確率達(dá)100%。新增了波形顯示、矢量分析、諧波測試功能，使設(shè)備的功能不亞于高等級的功率分析儀。變壓器直流電阻測試儀是變壓器直流電阻測量的最新一代產(chǎn)品，是為測量大容量變壓器三相繞組直流電阻而優(yōu)化設(shè)計(jì)的。變壓器直流電阻測試儀可對變壓器的三相繞組直流電阻進(jìn)行同時測試。超聲波法是通過檢測變壓器測試儀局放產(chǎn)生的超聲波信號來測量局放的大小和位置。超聲傳感器的頻帶約為70～150千赫茲（或300千赫茲），以避開鐵芯的鐵磁噪聲和變壓器測試儀的機(jī)械振動噪聲。由于超聲波法受電氣干擾小以及可以在線測量和定位，因而人們對超聲波法的研究較深入。但目前該方法存在著很大的問題：目前的超聲傳感器靈敏度很低，無法在現(xiàn)場有效地測到信號；傳感器的抗電磁干擾能力較差。因此，超聲檢測主要用于定性地判斷局放信號的有無，以及結(jié)合脈沖電流法或直接利用超聲信號對局放源進(jìn)行物理定位。在電力變壓器測試儀的離線和在線檢測中，它是主要的輔助測量手段。
RIV法。局部放電會產(chǎn)生無線電干擾的現(xiàn)象很早就被人們所認(rèn)識。例如人們常采用無線電電壓干擾儀來檢測由于局放對無線電通訊和無線電控制的干擾，并已制定了測量方法的標(biāo)準(zhǔn)。用RIV表來檢測局放的測量線路與脈沖電流直測法的測量電路相似。此外，還可以利用一個接收線圈來接收由于局放而發(fā)出的電磁波，對于不同測試對象和不同的環(huán)境條件，選頻放大器可以選擇不同的中心頻率（從幾萬赫茲到幾十萬赫茲），以獲得最大的信噪比。這種方法已被用于檢查電機(jī)線棒和沒有屏蔽層的長電纜的局放部位。
光測法。光測法利用局放產(chǎn)生的光輻射進(jìn)行檢測。在變壓器測試儀油中，各種放電發(fā)出的光波長不同，研究表明通常在500～700mm之間。在實(shí)驗(yàn)室利用光測法來分析局放特征及絕緣劣化等方面已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，但是由于光測法設(shè)備(shèbèi)復(fù)雜昂貴、靈敏度低，且需要被檢測物質(zhì)對光是透明的，因而在實(shí)際中無法應(yīng)用。
射頻檢測法。利用羅果夫斯基線圈從變壓器測試儀中性點(diǎn)處測取信號，測量的信號頻率可以達(dá)到3萬千赫茲（Hz），大大提高了局放的測量頻率，同時測試系統(tǒng)安裝方便，檢測設(shè)備不改變電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式方法。但對于三相電力變壓器測試儀，得到的信號是三相局放信號的總和，無法進(jìn)行分辨，且信號易受外界干擾。隨著數(shù)字濾波技術(shù)的發(fā)展，射頻檢測法在局放在線檢測中得到了較廣泛的應(yīng)用。
超高頻方法在局放檢測中的應(yīng)用
華北電力大學(xué)自2002年開始，將近年來國際上流行的超高頻技術(shù)應(yīng)用于GI
S、變壓器測試儀、電機(jī)和電纜等的局放檢測研究工作。截至目前為止，研究工作取得了很大進(jìn)展，完成了超高頻法用于變壓器測試儀局放檢測的可行性驗(yàn)證，研制了一套自動化超高頻局放檢測系統(tǒng)，可以通過程控的方式方法控制信號采集和數(shù)據(jù)存儲。設(shè)計(jì)了模擬變壓器測試儀內(nèi)部局放的各種實(shí)驗(yàn)室模型，通過相位統(tǒng)計(jì)分布的方式和頻譜的方式進(jìn)行了模式識別的研究，取得了很好的效果。以實(shí)驗(yàn)室檢測系統(tǒng)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了一套基于現(xiàn)場的超高頻局放檢測系統(tǒng)，并成功地于2003年2月23日在河南某變電站一臺正在運(yùn)行的型號為SFPSZ9-220千伏/120000千伏安的主變進(jìn)行了安裝與試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)用于實(shí)際在線安裝測試的首次試驗(yàn)。后來又在該變壓器測試儀吊罩巡查期間，安裝了基于超高頻檢波信號的固定式監(jiān)測系統(tǒng)長期跟蹤其局放活動。結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的研究成果，設(shè)計(jì)了一套基于工控機(jī)的UHF局放在線監(jiān)測裝置，實(shí)現(xiàn)了在線連續(xù)采集數(shù)據(jù)、相位統(tǒng)計(jì)分析和超高頻信號隨時間變化的歷史趨勢分析功能。
高壓設(shè)備局放檢測的發(fā)展方向
目前，超高頻方法的研究也面臨著一些問題，由于測量機(jī)理與脈沖電流法不同，因此無法進(jìn)行視在放電量的標(biāo)定，而目前大多數(shù)工程人員已經(jīng)習(xí)慣于通過視在放電量來反映局放的嚴(yán)重程度，IEC規(guī)定有關(guān)局放的變壓器測試儀產(chǎn)品出廠標(biāo)準(zhǔn)中，其指標(biāo)也是通過局放量的閾值來規(guī)定的。目前的研究表明，即使在局放源到傳感器之間的傳播路徑不變的情況下，脈沖電流法的視在局放量與超高頻方法所測得的脈沖信號幅值之間也沒有確定的對應(yīng)關(guān)系，這就更加大了應(yīng)用該方法進(jìn)行局放定量的難度；此外，由于變壓器測試儀內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，局放產(chǎn)生的電磁波在內(nèi)部的傳播將存在大量的散射、折反射以及衰減，因而傳播特性研究和局放源定位工作將注定是難度很大而且充滿挑戰(zhàn)的。
隨著科技的發(fā)展，特別是信號分析技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、指紋分析、專家系統(tǒng)、模糊診斷和分形等都越來越多地應(yīng)用到變壓（氣壓變量)器測試儀局放檢測中，對通過脈沖電流法按照IEC270標(biāo)準(zhǔn)測量得到數(shù)據(jù)，進(jìn)行模式識別和絕緣(insulated)壽命評估，推動了局放檢測技術(shù)的發(fā)展。變壓器空負(fù)載測試儀能同時測量單相或三相電力變壓器的交流電壓有效值，電壓平均值、有效值、有功功率、功率因素和頻率等電量參數(shù)，測量精度為0.1級，智能化、專業(yè)化設(shè)計(jì)、適用于電力變壓器空載、負(fù)載、感應(yīng)等試驗(yàn)的測試。超高頻檢測方法從一開始就是從數(shù)字化技術(shù)起步的，通過將成功的傳統(tǒng)方法移植到超高頻檢測之中，實(shí)現(xiàn)局放的連續(xù)在線監(jiān)測和自動識別的研究正在取得快速的進(jìn)展，上述超高頻法存在的問題(Emerson)是目前很多相關(guān)研究單位需要解決的課題。筆者認(rèn)為，任何一種方法都有一定的應(yīng)用范圍，有些問題它可以解決，有一些則不能解決。當(dāng)前通信技術(shù)的發(fā)展使人們充分認(rèn)識到，在線監(jiān)測是個跨學(xué)科、綜合性(integrity)的研究領(lǐng)域，多種方法相結(jié)合，綜合運(yùn)行目前各種技術(shù)和知識，構(gòu)建統(tǒng)一的、綜合的在線監(jiān)測平臺，將是未來局放在線監(jiān)測的發(fā)展方向。