摘要：变压器局部放电在线监测技术对变压器安全运行及提高电网的供电可靠性具有重要意义。通过对变压器局部放电在线监测技术进行分析，简要介绍了常见的变压器局部放电的几种监测方法、变压器内部局部放电定位以及监测过程中的抗干扰等方面简介了变压器局部放电在线监测技术。
关键词：变压器；局部放电；在线监测技术
中图分类号：X933.2文献标识码：A
变压器是电力系统中的重要设备之一，随着电力系统的发展，电网电压等级的升高和变压器容量的增加，变压器的安全运行问题越来越受到重视。在变压器发生的故障中，绝缘问题占的比重很大。因此，对变压器局部放电实时在线监测并及时报警，对变压器安全运行及提高电网的供电可靠性具有重要意义。
1 局部放电在线监测的主要方法
根据变压器局部放电过程中产生的电脉冲、超声波、光等现象，目前出现的检测技术有脉冲电流法、超声波检测法、射频检测法、光测法和超高频检测法。
1.1 脉冲电流法
脉冲电流法主要通过检测阻抗来检测变压器 套管末端接地线、外壳接地线、中性点接地线、铁心接地线以及绕组中由于局部放电引起的脉冲电流，获得一些基本放电量。检测放电脉冲的电流传感器通常用罗哥夫斯基线圈制成。该方法灵敏度高，可以定量测量局部放电的特征参数，还可以与声信号一起通过电-声定位方法确定局部放电的位置。
该方法是研究变压器局部放电在线监测技术最早、应用最广泛的监测方法。但检测灵敏度会随着试品电容的增加而下降，而且易受外界干扰噪声（f＜10MHz）的影响，抗干扰能力差，因此无法有效应用于现场在线监测。
1.2 超声波检测法
变压器内部发生局部放电时，同时产生电脉冲信号和超声波信号，通过安装在变压器油箱壁的超声传感器监测变压器内部局部放电产生的超声波信号和电信号，以检测局部放电量的大小和位置。超声传感器的频带约为70～150kHz（或300kHz），研究表明：局部放电产生的声波信号的频谱大都集中在150 kHz左右
1.3 射频检测法
通过传感器监测变压器中性点处或传感器直接在变压器内部截取变压器局部放电辐射产生的电磁波信号，截取频率可达到30 MHz，目前常用的传感器主要有罗可夫斯基线圈、电容器传感器和射频传感器。与超声波法相比，射频检测法提高了测量频率，而且不受变压器运行方式改变的影响，但对于三相变压器来说，该检测法得到的射频信号是三相局部放电信号的总和，无法进行分辨，信号容易受外界干扰。随着数字滤波技术的发展， 该方法在局部放电在线监测中已有较广泛的应用， 尤其是在发电机在线监测领域。
1.4 光测法
光测法是利用局部放电产生的光辐射进行检测。在变压器油中， 各种放电发出的光波长短不同，利用光电探测器监测局部放电产生的光辐射信号，将截取的光辐射信号转化为电信号经放大处理送到监测系统。通常放电产生的光辐射信号波长在500～700 mm之间。光测法不受强电磁环境的干扰，但测量设备复杂昂贵，测量灵敏度较低。
1.5 超高频检测法
超高频检测法（UHF法）通过超高频传感器接受局部放电过辐射的超高频电磁波，实现局部放电的检测。检测变压器内部局部放电产生的超高频(300～3000 MHz)电信号， 实现局部放电的检测和定位， UHF法的频率范围为300～3000 MHz。对变压器而言， 局部放电一般发生在变压器内油-隔板绝缘部位中， 由于绝缘结构复杂， 电磁波在其中传播时会发生多次折射、反射及衰减，同时变压器内箱壁也会对电磁波的传播带来不利影响， 增加了局放超高频电磁波检测的难度。因此，深入研究油-隔板绝缘和箱壁对超高频电磁波传播机理的影响十分必要。
2 局部放电定位技术
当运行中的变压器局部放电超过允许值时，表明其内部绝缘出现问题而必须进行检查。合格的局部放电在线监测设备，不仅能准确判断局部放电发生的位置，而且为下一步的检修工作提供可靠的依据。目前主要以超声定位法、电-声联合定位法和电气定位法为主。
2.1 超声定位法
超声波定位法主要是根据在局部放电过程中产生的超声波传播的方向和时间来确定放电位置的。包括电-声定位和声-声定位，当发生局部放电时，由于超声波通过不同介质向外传播，到达油箱壁的时间就不同，在变压器油箱外壳安装多个超声波传 感器，由于空间位置不同，检测到局部放电产生的超声波信号时间不同，通过测量超声波传播的延时时间就能确定局部放电源的空间位置。
2.2 电-声联合定位法
电-声联合定位法主要在电-声联合检测法的基础上利用超声波在变压器油和箱壁中的传播速度低于电信号传播速度的特点来实现定位。当变压器内部发生局部放电时，速度较快的电信号先触发监测器，监测器再根据随后超声信号到达的时差大小，推测变压器内部局部放电的位置。
2.3 电气定位法
电气定位可以分为几何定位法和基于模型分析法。当变压器发生局部放电时，产生的放电脉冲沿绕组传播到达测量端， 该放电脉冲包含了放电特 性和局部放电定位所需的有用信息，通过对放电脉冲进行分析，可以确定局部放电源的空间位置。
3 局部放电的干扰和抗干扰方法
运行在变电站和发电厂环境的大型电力变压器受到的电磁干扰按时域信号的特征可分为连续的周期型干扰、脉冲型干扰和白噪3类。电力系统中的高次谐波、高频保护、载波通信以及无线电通信等产生周期型干扰。高压线路上电晕、分接开关动作、电焊机和电动机电刷引起的电弧等产生随机脉冲性干扰；可控硅动作（直流电源整流和调相机励磁整流）以及地网中的脉冲干扰属于周期脉冲型干扰。而绕组热噪声、地网噪声、配电线路以及变压器、继电保护信号线路中由于耦合进入的各种随机噪声属于白噪。这些电磁干扰信号与局部放电信号的特征相似，有时甚至比局部放电信号强很多，影响了局部放电监测的准确性，所以要从背景干扰中获得准确的局部放电信号，必须采取有效的措施抑制干扰，这也是变压器局部放电在线监测技术的关键。
3.1 脉冲极性法和差动平衡法
脉冲极性法利用脉冲鉴别电路，使出现的局部放电高频脉冲电流在不同的检测阻抗上产生相反的极性，而外来的干扰信号则在其上产生相同的极性。然后依靠电子门控开关对取得的信号进行极性鉴别：两信号同向时为外部干扰，极性鉴别电路不输出；两信号相反时为内部局部放电，极性鉴别电路输出局部放电信号。差动平衡法是外部电晕放电、电弧放电在变压器油箱接地线和中性点接地线上产生的脉冲电流方向相同，而内部局部放电在变压器油箱接地线和中性点接地线上产生的脉冲电流方向相反。放电信号被传感器经前置放大器调幅后送到差动发大器，同向的放电信号相互抵消，而反向的内部局部放电信号却得到了放大，从而抑制了干扰。
3.2 复小波分析法
目前国内外还广泛利用小波分析技术来抑制局部放电信号中的周期性干扰、随机性干扰，并提取局部放电信号及信号特征。小波分析技术又分为实小波分析技术和复小波分析技术。实小波技术在分析过程中只产生实系数，分析实小波分量的幅值角度信息。由于局部放电信号与周期性干扰和白噪干扰实小波分解的幅频特性不同，与脉冲型干扰分解的幅频特性相似，故实小波只适合去除周期性干扰和白噪干扰，无法去除脉冲型干扰。而复小波在小波分析中能产生虚部系数，可提取原信号的相位，能提供变换系数的幅值与相位的综合信息来抑制干扰，比实小波能更好地消除局部放电在线监测中的电磁干扰。
3.3 其他
由于干扰信号还可能通过空间耦合、地线、电源等途径进入测量系统，可以通过增强屏蔽、电源滤波、单独接地等方法将这类干扰抑制到足够小的水平，同时采用高性能传感器，例如坡莫合金或铁氧体磁芯的电流电压转换型传感器可以将传感信号与一次侧有效隔离，这也能起到抑制干扰信号的作用。
4 结束语
随着电力系统的发展，电网电压等级的升高和变压器容量的增加，局部放电已经成为变压器内部绝缘老化的重要原因。局部放电检测在判断变压器绝缘状况时，要解决的问题是变压器是否发生局部放电以及绝缘受损程度等，提高判断的准确度，确保不漏判和误判。近年变压器局部放电在线监测取得了较大的发展，应用到实际中，取得了良好的效果，但距离预定目标还存在一定的差距。不仅要提高检测技术，还要对局部放电原理、放电量标准及传感器技术等进行进一步研究。
参考文献
[1]朱瑞华，席保锋，徐阳等.变压器局部放电超声法检测中超声传感器的应用[J].绝缘材料，2007，40（4）：62-65.
[2]王东升，丁立健，于龙滨.变压器局部放电在线监测技术[J].东北电力技术.2007(3)：34-37.
[3]孙才新，罗兵.变压器局部放电源的电-声和声-声定位法机器评判的研究[J],电工技术学报，1997，12（5）：49-52.
[4]文德斌，吴广宁，周利军，刘君，杜培东，刘益岑. 变压器局部放电在线监测技术现状及前景[J],电气化铁道，2010，5：17-20.
[5]王国利，郝艳棒，李彦明.变压器局部放电特高频在线监测中的应用[J].电工电能新技术.2004,23(4)：18-23.
[6]张言苍，张毅刚，徐大可.变压器局部放电在线检测的现状及发展[J],继电器，2004，,32（22）：70-74.
