變壓器測試儀局放檢測的現狀與新技術(shù)
變壓器測試儀局放檢測的現狀與新技術(shù)
常規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。
常規的局放檢測方法
脈沖電流法。它是通過(guò)檢測阻抗接入到測量回路中來(lái)檢測。檢測變壓器測試儀套管末屏接地線(xiàn)（別稱(chēng)：避雷線(xiàn)）、外殼接地線(xiàn)、中性點(diǎn)接地線(xiàn)、鐵芯接地線(xiàn)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準。脈沖電流法通常被用于變壓器測試儀出廠(chǎng)時(shí)的型式試驗以及其他離線(xiàn)測試中，其離線(xiàn)測量靈敏度高。脈沖電流法的問(wèn)題在于以下幾方面：其抗干擾能力差，無(wú)法有效應用于現場(chǎng)的在線(xiàn)監測；對于變壓器測試儀類(lèi)具有繞組結構的設備在標定時(shí)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、準確度、分辨率以及動(dòng)態(tài)范圍等都有影響，因此當試樣的電容量較大時(shí)，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(guò)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(lái)確定故障（局放、過(guò)熱等）狀態(tài)。該方法目前已廣泛應用于變壓器測試儀的在線(xiàn)故障診斷中，并且建立起模式識別系統可實(shí)現故障的自動(dòng)識別，是當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(gè)缺點(diǎn)：油氣分析是一個(gè)長(cháng)期的監測過(guò)程，因而無(wú)法發(fā)現突發(fā)性故障；該方法無(wú)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(dòng)調節輸出電壓電流，可適應不同容量變壓器的測試，應用范圍廣。在測量變壓器容量和變壓器的短路損耗時(shí)不需要外接三相測試電源及調壓器、升流器等輔助設備，簡(jiǎn)化了接線(xiàn)，大大提高了工作效率；容量測試結果準確率達100%。新增了波形顯示、矢量分析、諧波測試功能，使設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)化設計的。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(shí)測試。超聲波法是通過(guò)檢測變壓器測試儀局放產(chǎn)生的超聲波信號來(lái)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(kāi)鐵芯的鐵磁噪聲和變壓器測試儀的機械振動(dòng)噪聲。由于超聲波法受電氣干擾小以及可以在線(xiàn)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(zhù)很大的問(wèn)題：目前的超聲傳感器靈敏度很低，無(wú)法在現場(chǎng)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(wú)，以及結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(xiàn)和在線(xiàn)檢測中，它是主要的輔助測量手段。
RIV法。局部放電會(huì )產(chǎn)生無(wú)線(xiàn)電干擾的現象很早就被人們所認識。例如人們常采用無(wú)線(xiàn)電電壓干擾儀來(lái)檢測由于局放對無(wú)線(xiàn)電通訊和無(wú)線(xiàn)電控制的干擾，并已制定了測量方法的標準。用RIV表來(lái)檢測局放的測量線(xiàn)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(gè)接收線(xiàn)圈來(lái)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(wàn)赫茲到幾十萬(wàn)赫茲），以獲得最大的信噪比。這種方法已被用于檢查電機線(xiàn)棒和沒(méi)有屏蔽層的長(cháng)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(cháng)不同，研究表明通常在500～700mm之間。在實(shí)驗室利用光測法來(lái)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，但是由于光測法設備(shèbèi)復雜昂貴、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(wú)法應用。
射頻檢測法。利用羅果夫斯基線(xiàn)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到3萬(wàn)千赫茲（Hz），大大提高了局放的測量頻率，同時(shí)測試系統安裝方便，檢測設備不改變電力系統的運行方式方法。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(wú)法進(jìn)行分辨，且信號易受外界干擾。隨著(zhù)數字濾波技術(shù)的發(fā)展，射頻檢測法在局放在線(xiàn)檢測中得到了較廣泛的應用。
超高頻方法在局放檢測中的應用
華北電力大學(xué)自2002年開(kāi)始，將近年來(lái)國際上流行的超高頻技術(shù)應用于GI
S、變壓器測試儀、電機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證，研制了一套自動(dòng)化超高頻局放檢測系統，可以通過(guò)程控的方式方法控制信號采集和數據存儲。設計了模擬變壓器測試儀內部局放的各種實(shí)驗室模型，通過(guò)相位統計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)驗室檢測系統為基礎設計了一套基于現場(chǎng)的超高頻局放檢測系統，并成功地于2003年2月23日在河南某變電站一臺正在運行的型號為SFPSZ9-220千伏/120000千伏安的主變進(jìn)行了安裝與試驗，實(shí)現了國內用于實(shí)際在線(xiàn)安裝測試的首次試驗。后來(lái)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測系統長(cháng)期跟蹤其局放活動(dòng)。結合實(shí)驗室的研究成果，設計了一套基于工控機的UHF局放在線(xiàn)監測裝置，實(shí)現了在線(xiàn)連續采集數據、相位統計分析和超高頻信號隨時(shí)間變化的歷史趨勢分析功能。
高壓設備局放檢測的發(fā)展方向
目前，超高頻方法的研究也面臨著(zhù)一些問(wèn)題，由于測量機理與脈沖電流法不同，因此無(wú)法進(jìn)行視在放電量的標定，而目前大多數工程人員已經(jīng)習慣于通過(guò)視在放電量來(lái)反映局放的嚴重程度，IEC規定有關(guān)局放的變壓器測試儀產(chǎn)品出廠(chǎng)標準中，其指標也是通過(guò)局放量的閾值來(lái)規定的。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(méi)有確定的對應關(guān)系，這就更加大了應用該方法進(jìn)行局放定量的難度；此外，由于變壓器測試儀內部絕緣結構的復雜性，局放產(chǎn)生的電磁波在內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(mǎn)挑戰的。
隨著(zhù)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(zhuān)家系統、模糊診斷和分形等都越來(lái)越多地應用到變壓（氣壓變量)器測試儀局放檢測中，對通過(guò)脈沖電流法按照IEC270標準測量得到數據，進(jìn)行模式識別和絕緣(insulated)壽命評估，推動(dòng)了局放檢測技術(shù)的發(fā)展。變壓器空負載測試儀能同時(shí)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，測量精度為0.1級，智能化、專(zhuān)業(yè)化設計、適用于電力變壓器空載、負載、感應等試驗的測試。超高頻檢測方法從一開(kāi)始就是從數字化技術(shù)起步的，通過(guò)將成功的傳統方法移植到超高頻檢測之中，實(shí)現局放的連續在線(xiàn)監測和自動(dòng)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(wèn)題(Emerson)是目前很多相關(guān)研究單位需要解決的課題。筆者認為，任何一種方法都有一定的應用范圍，有些問(wèn)題它可以解決，有一些則不能解決。當前通信技術(shù)的發(fā)展使人們充分認識到，在線(xiàn)監測是個(gè)跨學(xué)科、綜合性(integrity)的研究領(lǐng)域，多種方法相結合，綜合運行目前各種技術(shù)和知識，構建統一的、綜合的在線(xiàn)監測平臺，將是未來(lái)局放在線(xiàn)監測的發(fā)展方向。