变压器局部放电检测方法和检测技术的研究现状分析

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　　摘要:电力变压器是电力系统中的重要电气设备,一旦发生故障,就可能造成大面积停电事故,给电力系统和国民经济带来不可预计的损失。局部放电是电力设备发生绝缘故障的重要征兆和表现形式,作为电力变压器绝缘劣化的重要原因。本文对局部放电检测方法和检测技术的现状和发展做了深入研究。阐述了近年来,国内外在局部放电方面的研究成果,并总结了多种分析方法的优缺点,并表明了未来局部放电的研究发展方向。
　　关键词: 变压器 局部放电 脉冲电流法 阈值法
　　
　　1.前言
　　大量故障统计分析表明,绝缘故障是影响变压器可靠运行的重要原因之一。目前110kV及以上大型电力变压器主要采用油/纸绝缘结构,绝缘故障常常起源于局部放电造成的油/纸绝缘劣化。局部放电是绝缘介质中由于局部缺陷而造成的非贯穿性放电现象,局部放电是电气设备长期运行过程中绝缘裂化的一个主要征兆。如果电气设备的绝缘结构长时间发生持续的局部放电,绝缘介电性能可能会严重受损,如果局部放电故障一直未被发现和处理最终可能导致电气设备发生灾难性的故障。随着电气设备在线监测与状态维修技术的发展和应用,局部放电的有效检测对于电力设备的安全稳定运行具有越来越重要的意义。
　　2.变压器的局部放电检测方法的研究现状
　　局部放电的检测方法有脉冲电流法、超声波法、超高频法等多种检测方法,其中应用较为广泛有超声波法、脉冲电流法和超高频法。
　　脉冲电流法[1]是研究最早、应用最广泛的一种局部放电检测方法。其测量原理是:当局部放电发生时会造成电荷的移动,该移动电荷可在外围测量回路中产生脉冲电流,通过检测该脉冲电流便可实现对局部放电的测量。通过检测阻抗来检测变压器套管末屏接地线、外壳接地线、铁心接地线以及绕组中局部放电引起的脉冲电流,获得一些局部放电的基本量常规局部放电通常在回路中串入检测阻抗来对信号取样。目前,脉冲电流法广泛用于变压器型式试验、预防和交接试验、变压器局部放电实验研究等,其特点是测量灵敏度高、放电量可以标定等。脉冲电流法的缺点主要是现场干扰严重,导致脉冲电流法无法有效应用于在线监测;对于变压器复杂的绕组结构,局部放电在绕组内的传播导致脉冲电流法在标定时产生误差;当试样的电容量较大时,受耦合电容的影响。
　　超声波检测法根据局部放电产生的超声波信号进行局部放电的判断分析方法。典型的超声波传感器的频带大多为50kHz~200kHz,其优点是一方面不影响电气主设备的安全运行,另一方面受电磁干扰影响较小。缺点是放电源和超声探头之间的波阻抗异常复杂,超声波信号常常因为传播途径复杂、衰减比较严重,信号到达变压器箱壁时变得比较弱,现场检测灵敏度难以满足需要,目前主要作为一种辅助测量方法与其它方法配合使用。
　　超高频法是现在局部放电检测中的一种流行的方法,此方法通过超高频天线接收局部放电过程中所辐射的UHF频段内的电磁波信号来进行局部放电故障检测。由于超高频法抗干扰能力强的特点及变压器箱体的屏蔽效果,使其测量变压器的抗干扰能力优于目前传统局部放电检测法,利于变压器局部放电的在线监测。但这种方法需设计专用的超高频传感器,且传感器一般需要预埋或伸进变压器油中,而且超高频法难以进行放电量标定,目前仍处于起步阶段。
　　3.变压器局部放电超声波检测技术的研究现状
　　目前超声波检测局部放电的研究工作主要集中在局部放电的定位方面,这主要是由于超声波的传播速度较慢,对检测系统的精度要求较低的缘故。在利用超声波进行局部放电的放电量的大小确定和模式识别方面的工作相对较少。近几年以来,出现了一种把超声波法与射频电磁波法联合起来进行局部放电定位的趋势。这项检测技术能更好地保证局部放电检测的可靠性。超声波或射频检测得到的局部放电表征量超过设定的阈值,就足以引起警戒,同时二者之间,在时频特性、放电指纹上都具有较好的可比性。
　　目前应用小波分析进行信号降噪的研究相当多。小波降噪算法主要有两类:模极大值法和阈值法。模极大值法是由Mallat首先提出的。他通过理论分析发现,白噪声和信号的小波变换系数的模极大值沿尺度具有不同的传递特性,因而可根据这种差别来滤除白噪。然而这种方法在具体的实现过程中需要进行十几次交错投影,不仅计算速度慢,而且算法也不够稳定。Donohn和他的同事在统计估计理论研究的基础上,提出了一种基于小波变换门限值的降噪方法――阈值法[2]。该方法对去除白噪声和载波干扰都比较有效,而且容易实现,运算量小。然而在这一算法的具体应用过程中,需要考虑小波分解和重构算法、小波函数、分解尺度以及门限值的选择等问题,选择不当将极大地影响降噪的效果。文献[3]在对局部放电信号和白噪的小波分解特性进行分析的基础上,从尽可能减小降噪处理对局部放电脉冲畸变的角度出发,对阈值法作了改进。改进算法更有效地提取局部放电的脉冲波形,而且干扰越强,其优势越明显。
　　4.结论
　　由于局部放电产生的超声波信号包含了局部放电测量的多种信息,但是对这些信息的分析却刚刚起步。面对现场复杂的检测环境,我们还要对局部放电超声波法检测技术的进行进一步深入研究,如局部放电超声波信号的时频分布特性,降噪抗干扰处理方法,先进检测系统的开发等,有望使局部放电的整体研究水平上一个台阶。
　　
　　
　　参考文献:
　　[1]王国利,李彦明,电力变压器局部放电检测技术的现状和发展,电工电能新技术,2001(2):52-57
　　[2]Donoho D, Johnstone I M. Ideal spatial adaptation by wavelet shrinkage Technical Report. Department of statistics, Stanford University , 1992.
　　[3]Donoho D.De-Noising by soft-threshold. IEEE Trans. Inform,1995,41(3):613-627

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