摘要：在线监测变压器局部放电是对运行中的电力变压器局部放电进行监测，并进行数据处理分析，以期对变压器进行绝缘诊断，必要时提供报警。

要害词：变压器；局部放电；在线监测技术

中图分类号：TM411　　文献标志码：B文章编号：1003-0867(2007)04-0013-02

供电企业长期以来延续的以时间周期为基础的定期试验、检修制度，已不能适应现有设备的运行需要。从定期检修过渡到状态检修，是电力系统发展的必然趋势。

绝缘体中只有局部区域发生放电，而没有贯穿到带电的导体之间，这种现象称之为局部放电。它与绝缘的老化及绝缘的缺陷密切相关。

在线监测变压器局部放电就是对运行中的电力变压器进行局部放电监测，并进行数据处理分析，以期对变压器进行绝缘诊断，必要时提供报警。

变压器局部放电是反映高压电气设备状态的一个重要标志。因为很多故障均发生于局部放电。一般情况下，假如变压器油中发现了特征气体，则表明其内部已经存在比较严重的局部放电。例如，铁芯绝缘不良可能导致放电，在故障较严重时还会导致铁芯两点接地，甚至出现工频短路电流。因此，局部放电最能有效反映变压器内部的绝缘状况。对系统的大型电力变压器可靠监测来说，局部放电在线监测非常有效，在实际应用中也取得了较好的效果。

在线监测局部放电技术，借助先进的传感技术和电子技术，根据超声波原理将高频声波传感器放在油箱外部，以便测取局部放电或电弧放电所产生的的暂态声波信号。局部放电在线监测采用高性能传感器，例如，坡莫合金或铁氧体磁芯的电流电压转换型传感器，因为这种传感器可将传感信号与一次侧有效隔离。

在线监测局部放电的方法有超声监测、化学监测和电性能监测。在这三种方法中电性能监测法灵敏度最高。电测法以监测破坏性放电为主，用视在放电量作为监测物理量。

局部放电的宽带监测系统主要由传感器、现场处理器、高速数据采集器、光电转换及信号传输器、数据处理器几大部分组成。

根据国内外运行经验，变压器若出现几千pC的局部放电量，仍然可以继续运行。但假如局部放电量达到10000pC以上时，则表明变压器绝缘的缺陷已经十分严重。但从变压器内部出现局部放电到绝缘击穿，仍有一定时间的演变过程。根据这种演变，通过局部放电监测的阈值报警和视在放电量的历史数据的发展趋势，可以判定变压器内部的绝缘状况。阈值报警就是当高频信号的幅值和每周期脉冲个数达到设定的阈值，以及脉冲波形达到脉冲宽度和频度时，由局部放电监测装置自动发出的阈值报警信号。

局部放电的干扰抑制。局部放电是窄脉冲信号，频谱范围很宽，而外部的电晕放电、电弧放电等干扰脉冲信号，其特征与变压器内部局部放电信号相似，且这些脉冲型干扰和连续的周期型干扰，可能比内部放电信号强得多。因而，如何从很强的背景噪声中提取局部放电信号，是变压器局部放电在线监测的要害技术问题。国内外在这方面进行了大量研究工作，提出了多种抗干扰方法，主要有差动平衡法、脉冲极性鉴别法、定向耦合法、电声法和软件法等。

局部放电监测的故障定位分超声定位和放电点定位，对大型超高压变压器来说，主要采用超声定位。在超声定位方法中，可采用区域顺序定位法。它依据来自一个固定放电位置产生的超声波，传递到各个传感器的先后顺序来判定局部放电的具体位置。

根据变压器绕组在特定频率范围内等值电路的特点，通过绕组内部局部放电时，首末端电压(或电流)的比值与放电位置的对应关系，来确定故障发生的位置。

在局部放电在线监测中，当局部放电信号沿着绕组迁移时，套管电容器将与脉冲信号耦合。通过屏蔽电缆传输的信号必须由高频放大器放大，才能消除由电缆电容性负载引起的畸变。通过在变压器绕组的套管末屏、中性点及铁芯等接地线上安装传感器，获取的信号组成“平衡对”的方式也可消除干扰。因为局部放电时，两传感器测点处的脉冲电流极性相反，外部干扰可反映在两传感器脉冲电流极性相同的情况。

与变压器绝缘的其它在线监测方法相比，局部放电在线监测反应缺陷的实时性好、灵敏度高，而且可进行故障定位。随着传感器技术、神经网络理论、数字信号处理技术等相关领域的迅速发展和应用，对变压器局部放电在线监测难题的解决会有很大的促进作用，局部放电在线监测会发挥越来越大的作用。

采用脉冲电流法检测变压器的局部放电，采用高频小电流传感器（罗氏线圈）从高压侧套管末屏接地线耦合放电脉冲电流信号，传感器耦合到的局放信号输入信号调理单元，经过选择放大后，由高速数据采集卡采集，系统工作站负责信号的处理计算，生成各类局部放电谱图、报表，并可生成指定时间段内的设备局部放电发展趋势图。工作人员根据各类谱图，以及趋势图对主变压器的绝缘状况进行分析判定，为主变压器提供是否需要停电检修的依据。

变压器局部放电在线监测系统，是通过双传感器（高压出线传感器和套管末屏传感器），耦合到的来自变压器内部的局部放电信号是异极性，而来自外部的干扰是同极性，根据这种不同的极性未区分外部干扰还是局部放电。

1系统的极性鉴别原理

在变压器的各类型干扰中，随机性脉冲型干扰最难剔除，这是局部放电监测中抗干扰处理的技术难点，该系统采用安装在高压套管底部的大尺径磁芯传感器和安装在高压套管末屏的小传感器定向耦合，并用软件进行脉冲极性鉴别，就能有效剔除电网系统引入的随机性脉冲干扰。


图1　极性鉴别原理图

图1中Ck为变压器外部线路及设备的等值电容；Cx为变压器除套管电容外的等值电容；Cb为高压套管的电容；T1为从套管末屏接地线上耦合信号的电流传感器；T2为从高压套管最后一个伞裙到法兰间耦合信号的电流传感器。外部干扰信号进入变压器时，T1、T2两传感器所测得的电流同向，当内部产生局部放电时，T1、T2两传感器上所测得的电流则为反向。极性鉴别法即根据这一特点，对两路信号的极性加以判别，若检测到的两路传感器信号为同极性则判定为干扰；反之则判定为局部放电信号。

2系统工作过程

系统的工作流程为多路转换开关把安装在变压器上的传感器耦合到的信号，按一定顺序输入放大器，经放大后，由高速数据采集卡进行采集，同时利用高压侧电压互感器TV取得的电压信号，定时触发数据采集卡采样，以获得发生放电的相位信息。系统硬件的控制（如多路开关的通道选择，放大器的放大倍数控制）由系统的采集程序通过数字I/O来控制。同时系统的数据采集程序还能实时显示经过滤波、极性鉴别等各种抗干扰处理后的局部放电信号，并将采集到的信号保存下来。系统的数据分析程序可以将采集到的数据进行分析，生成二维、三维放电谱图及工频周期放电图。另外，系统还可将历次采集到的变压器局部放电数据存入SQL数据库中。

3系统硬件

系统的整体硬件包括安装在变压器三相高压出线套管及套管末屏接地线上的传感器，用于传输信号的同轴电缆、集线盒、机柜、信号调理模块、信号放大模块、上下位工控机。其中，系统的信号调理模块、放大模块和下位工控机一同安装在机柜中。

机柜安放在变电站的控制室中，传感器耦合到的信号，通过同轴电缆传输至机柜中的信号调理模块中。同轴电缆敷设在站内的电缆沟中，其外部有金属软管保护。由于每台主变压器都有六路信号输出线，为了便于排线，在主变压器油箱的箱壁上安装有一集线盒，变压器每相高压套管上的两路传感器共同通过一根蛇皮管接入集线盒之中，六路信号共分三股进入集线盒。集线盒至机柜的六路信号分成两股，其中，套管末屏传感器的信号通路为一股，高压出线套管传感器的信号通路为一股。

在机柜中还安装有电源治理模块，可以实现对机柜内各单元进行远程电源治理，实现定时开关。

4系统软件

变压器局部放电在线监测系统的软件分为三部分：数据采集模块、数据分析模块和趋势图模块。主要实现如下功能：对局部放电信号的在线数据采集、局部放电数据的抗干扰处理、局部放电的谱图显示，局部放电数据由数据库存储生成指定时间段内的局放发展趋势图，并完成历史数据的查询、设置报警及打印报表。软件力图局部放电常规功能的自动化在线检测。

5软件操作

数据采集主要完成系统对变压器运行过程中，局部放电信号的采集。数据采集程序既可以按照程序默认设定自动定时运行，也可以由操作人员手动设定各项参数进行信号测量工作。

首先确定需要采集的主变压器设备编号。系统默认状态下，在一次信号采集周期内，对两台主变压器的局部放电信号顺序进行采集，根据实际情况可以单独对一台主变压器的局部放电信号进行测量，点击“采集参数设定”按钮，进入采集参数设定界面。