变压器带电检测技术方法及规范作业流程

1.2.1 特高频检测

1.2.1.1 特高频检测法基本原理

荷兰KEMA实验室的Rutgers等人和英国Strathclyde大学Judd等人的研究表明：油中放电上升沿很陡，脉冲宽度多为纳秒级，能激励起1GHz以上的特高频电磁信号，它可以通过特高频传感器加以耦合接收。

变压器内部发生局部放电时，除了以脉冲电流的形式通过绕组和电力线向外传播外，还可以以电磁波的形式向外传播。基于电磁波在金属箱体内的衰减比在自然空间衰减慢的特性，可采用超高频传感器检测由电力变压器箱体缝隙传出的电磁波，对变压器内部局部放电现象进行检测，获得变压器内局部放电的相关信息，并由此信息判断变压器内部的绝缘优劣。

特高频电磁波在变压器油中呈球面波以光速传播。根据电磁波理论，在金属覆盖的装置内检测电磁波信号时，若波长小于外壳的尺寸，则信号传播时衰减很小（传播10m仅衰减50%左右），而特高频频段的波长均小于1m，远小于变压器油箱的尺寸，故放电源发射的特高频电磁波，在经过多次折射反射后，最终均能基本无衰减地到达传感器部位。此外，金属箱体在起到汇聚电磁波能量的同时，还具有电磁屏蔽作用，使得外部的电磁干扰不易进入箱体内部。故特高频检测局部放电时，通常可以获得较好的信噪比和检测灵敏度。

1.2.1.2 特高频局部放电检测装置的组成

特高频局部放电检测装置一般由特高频传感器、信号放大器（可选）、检测仪主机及分析诊断单元（笔记本电脑）组成，其组成框图见图1-1-1。

图1-1-1　特高频局部放电装置组成示意图

特高频传感器：也称为耦合器，用于传感300M～1.5GHz的特高频无线电信号，主要由天线、高通滤波器、放大器、耦合器和屏蔽外壳组成。天线所在面为环氧树脂，用于接收放电信号，其他部分采用金属材料屏蔽，以防止外部信号干扰。特高频传感器负责接收电磁波信号，并将其转变为电压信号。

特高频传感器分为外置式和内置式。内置式特高频传感器有较好的灵敏度和抗干扰能力，但必须在变压器制造时安装，检测点位置固定，定位测量不灵活。外置式特高频传感器受外部干扰多一些，可移动传感器，定位测量灵活。

信号放大器（可选）：一般为宽带带通放大器，用于传感器输出电压信号的处理和放大。通常信号放大器的性能用幅频特性曲线表征，一般情况下在其通带范围内放大倍数为17dB以上。

检测仪主机：完成信号的A/D转换、采集及数据处理工作。对于电压同步信号的获取方式，通常采用主机电源同步、外电源同步及仪器内部自同步三种方式，获得与被测设备所施电压同步的正弦电压信号，用于特征图谱的显示与诊断使用。

特征图谱的显示常用的有PRPS和PRPD两种分析图谱。PRPS即脉冲序列相位分布图谱（Phase Resolved Pulse Sequence），它是一种实时三维图，一般情况下χ轴表示相位，y轴表示信号周期数量，Z轴表示信号强度或幅值。PRPS图谱是特高频法局部放电类型识别最主要的分析图谱，如图1-1-2所示。

PRPD图谱是指局部放电相位分布图谱（Phase Resolved Partial Discharge），也是一种广泛应用的局部放电分析图谱。它是一种平面点分布图，点的横坐标为相位，纵坐标为幅值，点的累积颜色深度表示此处放电脉冲的密度，根据点的分布情况可判断信号主要集中的相位、幅值及放电次数情况，并根据点的分布特征来对放电类型进行判断。PRPD图谱也是UHF法局部放电类型识别常用的分析图谱，如图1-1-3所示。

图1-1-2　PRPS分析图谱

图1-1-3　PRPD分析图谱

分析诊断单元（笔记本电脑）：安装专门的局部放电数据处理及分析诊断软件，对采集的数据进行处理，识别放电类型，判断放电强度。

1.2.1.3 特高频局部放电检测人员要求

（1）熟悉特高频局部放电检测技术的基本原理、诊断分析方法；

（2）了解特高频局部放电检测仪的工作原理、技术参数和性能；

（3）掌握特高频局部放电检测仪的操作方法；

（4）了解设备的结构特点、工作原理、运行状况和导致变压器故障的基本因素；

（5）具有一定的现场工作经验，熟悉并能严格遵守电力生产和工作现场的相关安全管理规定；

（6）经过上岗培训并考试合格。

1.2.1.4 特高频局部放电检测电力变压器要求

（1）在变压器上无各种外部作业；

（2）被测变压器带电运行或者施加试验电压；

（3）用外置式特高频传感器进行变压器局部放电检测时，变压器必须有可泄漏电磁波的介质窗。

1.2.1.5 特高频局部放电检测环境要求

（1）环境温度不宜低于5℃；

（2）环境相对湿度不宜大于80%，若在室外，不应在有雷、雨、雾、雪的环境下进行检测；

（3）在检测时应避免手机、雷达、电动马达、照相机闪光灯等无线信号的干扰。

1.2.1.6 特高频局部放电检测仪器要求

主要技术指标

检测频率范围应在300～3000MHz的某个频段，宽带检测的工作频率段宜为400～1500MHz，频率可调，工作带宽宜为20～100MHz。

功能要求

（1）可显示信号幅值大小；

（2）报警阈值可设定；

（3）检测仪器具备抗外部干扰的功能；

（4）测试数据可存储于本机并可导出；

（5）可用外施高压电源进行同步，并可通过移相的方式，对测量信号进行观察和分析；

（6）可连接内置式特高频传感器；

（7）按预设程序定时采集和存储数据的功能；

（8）宜具备检测图谱显示功能。提供局部放电信号的幅值、相位、放电频次等信息中的一种或几种，并可采用波形图、趋势图等图谱中的一种或几种进行展示；

（9）宜具备放电类型识别功能。宜具备模式识别功能的仪器应能判断设备中的典型局部放电类型（如悬浮电位体放电、沿面放电、绝缘件内部气隙放电、金属尖端放电等），或给出各类局部放电发生的可能性，诊断结果应当简单明确。

使用条件要求

（1）环境温度：-10～55℃；

（2）环境相对湿度：0～85%；

（3）大气压力：80～110k Pa。

1.2.1.7 特高频局部放电检测工器具要求

开展特高频局部放电检测前，还应仔细核对仪器仪表及工器具是否满足检测要求。根据常规检测需要，建议包括如下内容，如表1-1-1所示：

表1-1-1　特高频局部放电检测工器具要求

1.2.1.8 特高频局部放电检测点要求

外置特高频传感器

将特高频传感器外置于变压器可泄漏电磁波介质窗口处，如变压器下节箱沿，套管升高座的密封圈，如图1-1-4所示。

图1-1-4　外置特高频传感器检测点

内置特高频传感器

预留内置特高频传感器的变压器，可将内置传感器作为检测点。检测前应了解内置传感器基本结构，确认传感器状态良好，如图1-1-5所示。

图1-1-5　内置特高频传感器检测点

放油阀放置特高频传感器

通过放油阀伸入变压器油箱，如图1-1-6所示。

图1-1-6　通过放油阀安装特高频传感器

1.2.1.9 特高频局部放电检测规范化流程

在采用特高频法检测局部放电时，典型的操作流程如下：

①设备连接：按照设备说明书连接测试仪各部件，确定特高频检测系统各部件连接正常。

②工况检查：开机后，运行检测软件，检查主机同步状态、相位偏移等参数；通过移动电话或者电子点火器发出特高频信号，确认仪器工作正常。

③设置检测参数：设置变电站名称、检测位置并做好标注。根据现场噪声水平设定各通道信号检测阈值。

④信号检测：打开连接传感器的检测通道，先进行背景噪音的测试，然后对变压器设备进行检测。观察检测到的信号，如果发现信号无异常，保存少量数据，退出并改变检测位置继续下一点检测；如果发现信号异常，则延长检测时间并记录多组数据，进入异常诊断流程。必要的情况下，可以接入信号放大器。

现场检测流程图如图1-1-7所示：

图1-1-7　现场检测流程图

1.2.1.10 特高频局部放电检测注意事项

（1）安全注意事项

为确保安全生产，特别是确保人身安全，除严格执行电力相关安全标准和安全规定之外，还应注意以下几点：

①检测时应勿碰勿动其他带电设备；

②防止传感器坠落，避免发生事故；

③保证待测设备绝缘良好，以防止低压触电；

④在进行检测时，要防止误碰误动电力设备其他部件；

⑤在使用传感器进行检测时，应戴绝缘手套，避免手部直接接触传感器金属部件；

⑥应确保操作人员及测试仪器与电力设备的带电部位保持足够的安全距离；

⑦检测至少由两人进行，并严格执行保证安全的组织措施和技术措施；

⑧应有专人监护，监护人在检测期间应始终行使监护职责，不得擅离岗位或兼职其他工作。

（2）测试注意事项

①利用外置特高频传感器进行检测，电力变压器必须有可泄漏电磁波介质窗口。

②检测中应将同轴电缆完全展开，避免同轴电缆外皮受到剐蹭损伤。

③在测量时应尽可能保证传感器与检测面的接触，不要因为传感器移动引起的信号干扰正确判断。

④在检测时应最大限度保持测试周围信号的干净，尽量减少人为制造出的干扰信号，例如：手机信号、照相机闪光灯信号、照明灯信号等。

⑤在检测过程中，必须要保证外接电源的频率为50Hz。

⑥在开始检测时，不需要加装放大器进行测量。若发现有微弱的异常信号时，可接入放大器将信号放大以方便判断。

⑦通过放油阀伸入变压器油箱安装特高频传感器时，安装应牢固可靠，具有防止滑落的措施，不影响变压器的安全运行。安装完毕后，应能有效接收特高频信号。

1.2.2 超声波（AE）检测

1.2.2.1 超声波（AE）检测法基本原理

变压器内部存在局部放电就一定会产生高频的电气扰动，并将向所有与其有连接的电气回路传播。随着局部放电的发生，伴随着爆裂状的声发射，产生超声波，超声波通过不同介质（油纸、隔板、绕组、油等）向外传播。这种超声波信号以某一速度通过绝缘纸板、绝缘油等介质向变压器油箱外传播，以球面波的形式向四周传播，超声波穿过绝缘介质到达变压器箱壁上的传感器有两条途径：一条直接传播，即超声波的纵向波穿过绝缘介质、变压器油等到油箱内壁，并透过钢板到达传感器；另一条是以纵向波传到油箱内壁，后沿钢板按横向波传播到传感器，此波为复合波。

超声波在钢板中的传播速度比在变压器油中快得多，但是超声波在钢板中的衰减很大，所以到达传感器的直接波的幅值比复合波大得多。

虽然变压器内绝缘结构十分复杂，但是经绝缘油浸透的绝缘介质和变压器油的声阻抗十分接近，它们构成许多间隙声通道。所以，产生在较外围的变压器局部放电故障，其超声信号能够较强地传输到变压器箱体上的传感器。通过安装在变压器油箱外壁上的超声波传感器，将超声波信号转换为电信号，就能对变压器内的局部放电水平进行测量，原理如图1-1-8所示。

图1-1-8　超声波（AE）检测原理图

该方法的特点是传感器与电力设备的电气回路无任何联系，不受电气方面的干扰，但在现场使用时易受周围环境噪声或设备机械振动的影响。虽然超声信号在电力设备常用绝缘材料中的衰减较大，超声波检测法的检测范围有限，但具有定位准确度高的优点。

1.2.2.2 超声波（AE）局部放电检测装置的组成

典型的超声波局部放电检测装置一般可分为硬件系统和软件系统两大部分。硬件系统用于检测超声波信号，软件系统对所测得的数据进行分析和特征提取并做出诊断。硬件系统通常包括超声波传感器、信号处理与数据采集系统，如图1-1-9所示；软件系统包括人机交互界面与数据分析处理模块等。此外，根据现场检测需要，还可配备信号传导杆、耳机等配件，信号传导杆主要用于开展散热片/风扇直接距离过近无法检测时，耳机则通过可听的声音来确认是否有放电信号存在。

图1-1-9　超声波硬件系统图

硬件系统

图1-1-10　超声波传感器

（1）超声波传感器：所用超声波传感器为压电式超声波传感器。超声波传感器将声发源在被探测物体表面产生的机械振动转换为电信号，它的输出电压是表面位移波和它的响应函数的卷积。（如图1-1-10所示）

（2）信号放大器：当被测设备与检测仪之间距离较远（大于3m）时，为防止信号衰减，需在靠近传感器的位置安装前置放大器。下图为两种不同类型的前置放大器，图1-1-11为增益可选外置前置放大器，图1-1-12为固定增益内置前置放大器。

图1-1-11　增益可选外置前置放大器

图1-1-12固定增益内置前置放大器

（3）信号传导杆：用于开展由于散热装置遮挡变压器本体外壁而无法进行的常规检测。（如图1-1-13所示）

图1-1-13　信号传导杆

（4）耳机：部分超声波检测仪可将超声波信号转换成可听声信号，通过耳机可直观监测设备内部放电情况。

（5）信号处理与数据采集系统：信号处理与数据采集系统一般包括前端的模拟信号放大调理电路、高速A/D采样、数据处理电路及数据传输模块。由于超声波信号衰减速率较快，在前端对其进行就地放大是有必要的，且放大调理电路应尽可能靠近传感器。A/D采样将模拟信号转换为数字信号，并送入数据处理电路进行分析和处理。

数据采集系统应具有足够的采样速率和信号传输速率。高速的采样速率保证传感器采集到的信号能够被完整地转换为数字信号，而不会发生混叠或失真；稳定的信号传输速率使得采样后的数字信号能够流畅地展现给检测人员，并且具有较快的刷新速率，使得检测过程中不致遗漏异常的信号。

软件系统

（1）人机交互界面：人机交互界面是指检测装置将其采集处理后的数据展现给检测人员的平台。一般可分为两种：一种是通过操作系统编写特定的软件，在检测装置运行过程中通过软件中的不同功能将各种分析数据显示出来，供检测人员进行分析。另一种是将传感器检测到的信号参数以直观的形式显示出来，如开关柜的超声波局部放电检测通常可通过记录信号幅值和听放电异常声音来完成。

（2）数据的分析、处理和存储：超声波局部放电检测装置通过对其采集的信号进行分析和处理，利用人机交互界面将结果展现给检测人员，即为检测中的各种参数。常用的检测模式包括连续模式、相位模式、特征指数模式及时域波形模式等，检测的参数包括信号在一个工频周期内的有效值，周期峰值，被测信号与50Hz、100Hz的频率相关性（即50Hz频率成分、100Hz频率成分），信号的特征指数以及时域波形等。

①连续模式：

连续检测模式是局部放电超声波检测法应用最为广泛的一种检测模式。该模式主要用于快速获取被测设备信号特征，具有显示直观、响应速度快的特点。

连续检测模式可显示被测信号在一个工频周期内的有效值、周期峰值，以及被测信号与50Hz、100 Hz的频率相关性（即50 Hz频率成分、100Hz频率成分）。通过不同参数值的大小组合可快速判断被测设备是否存在异常局部放电及可能的放电类型。

该模式典型图谱如图1-1-14所示。

图1-1-14　连续检测模式典型图谱

②相位模式：

由于局部放电信号的产生与工频电场具有相关性，因此可以将工频电压作为参考量，通过观察被测信号的发生相位是否具有聚集效应来判断被测信号是否因设备内部放电引起。

当连续检测模式中频率成分1或频率成分2较大时，可进入相位检测模式。该模式主要用于进一步确认异常信号发生的具体相位，以便判断异常信号是否与工频电压存在相关性，进而判断异常信号是否为放电信号，以及潜在的放电类型。

相位检测模式的典型图谱如图1-1-15所示，其横轴为角度（0°～360°），纵轴为信号幅值（m V）。

图1-1-15　相位检测模式典型图谱

③特征指数模式：

部分厂商提供的仪器提供特征指数检测模式。在该检测模式下，特征图谱表征超声波信号发生的时间间隔，其横坐标为时间间隔，纵坐标为信号发生次数。如果超声波信号发生的间隔为10ms（如悬浮缺陷），那么在整数1的位置出现波峰；如果超声波信号发生的间隔为20ms（如电晕缺陷），那么在整数2的位置出现波峰，如图1-1-16所示。

图1-1-16　特征指数检测模式典型图谱

④时域波形模式：

时域波形检测模式用于对被测信号的原始波形进行诊断分析，以便直观地观察被测信号是否存在异常。时域波形检测模式的典型图谱如图1-1-17所示。

图1-1-17　时域波形检测模式典型图谱

此外，超声波局部放电检测装置均配有数据存储功能，在检测背景噪声信号及可疑的异常信号时，可以对数据进行存储，以便进行对比和分析。

⑤脉冲模式：

当连续检测模式中有效值或周期峰值幅值偏大，但频率成分1及频率成分2较小时，可进入脉冲检测模式。该模式主要用于自由微粒缺陷的进一步确认。

微粒每碰撞壳体一次，就发射一个宽带瞬态声脉冲，它在壳体内来回传播。这种颗粒的声信号是颗粒端部的局部放电和颗粒碰撞壳体的混合信号。脉冲模式可记录微粒每次碰撞壳体时的时间和产生的脉冲幅值，并以飞行图的形式显示出来。脉冲检测模式的典型图谱如图1-1-18所示。

图1-1-18　脉冲检测模式典型图谱

1.2.2.3 超声波（AE）局部放电检测人员要求

（1）熟悉超声波局部放电检测技术的基本原理、诊断分析方法；

（2）了解超声波局部放电检测仪的工作原理、技术参数和性能；

（3）掌握超声波局部放电检测仪的操作方法；

（4）了解设备的结构特点、工作原理、运行状况和导致设备故障的基本因素；

（5）具有一定的现场工作经验，熟悉并能严格遵守电力生产和工作现场的相关安全管理规定；

（6）经过上岗培训并考试合格。

1.2.2.4 超声波（AE）局部放电检测变压器设备要求

（1）在变压器上无各种外部作业；

（3）被测变压器带电运行或者施加试验电压；

（4）变压器外壳清洁、无覆冰；

（5）变压器的金属外壳及接地引线应可靠接地，并与检测仪器和传感器绝缘良好。

1.2.2.5 超声波（AE）局部放电检测环境要求

（1）环境温度不宜低于5℃；

（2）环境相对湿度不宜大于80%，若在室外，不应在有大风、雷、雨、雾、雪的环境下进行检测；

（3）在检测时应避免大型设备振动、人员频繁走动等干扰源带来的影响。

1.2.2.6 超声波（AE）局部放电检测仪器要求

主要技术指标

（1）灵敏度：峰值灵敏度一般不小于60d B[V/（m·s）]，均值灵敏度一般不小于40dB[V/（m·s）]；

（2）检测频带：一般在80～200k Hz范围内，谐振频率为160k Hz；

（3）线性度误差：不大于±20%；

（4）稳定性：局部放电超声波检测仪连续工作1h后，注入恒定幅值的脉冲信号时，其响应值的变化不应超过±20%。

功能要求

（1）宜具有“连续模式”“时域模式”“相位模式”和“特征指数模式”，其中，“连续模式”能够显示信号幅值大小，50Hz、100Hz频率相关性，“时域模式”能够显示信号幅值大小及信号波形，“相位模式”能够反映超声波信号相位分布情况，“特征指数模式”能够反映超声波信号发生时间间隔。

（2）应可记录背景噪声并与检测信号实时比较。

（3）应可设定报警阈值。

（4）应具有放大倍数调节功能，并在仪器上直观显示放大倍数大小。

（5）应具备抗外部干扰的功能。

（6）应可将测试数据存储于本机并导出至电脑。

（7）若采用可充电电池供电，充电电压为220V、频率为50 Hz，充满电单次连续使用时间不低于4h。

（8）宜具备内、外同步功能，从而在“相位模式”下对检测信号进行观察和分析。

（9）应可进行时域与频域的转换。

（10）宜具备检测图谱显示功能。提供局部放电信号的幅值、相位、放电频次等信息中的一种或几种，并可采用波形图、趋势图等图谱中的一种或几种进行展示。

（11）宜具备放电类型识别功能。具备模式识别功能的仪器应能判断设备中的典型局部放电类型（悬浮放电、尖端放电、表面放电等），或给出各类局部放电发生的可能性，诊断结果应当简单明确。

使用条件要求

（1）环境温度：-10～55℃；

（2）环境相对湿度：0～85%；

（3）大气压力：80～110k Pa。

1.2.2.7 超声波（AE）局部放电检测工器具要求

开展超声波局部放电超声波检测前，还应仔细核对仪器仪表及工器具是否满足检测要求。根据常规检测需要，建议包括如下内容，如表1-1-2所示：

表1-1-2　超声波局部放电检测工器具要求

1.2.2.8 超声波（AE）局部放电检测点要求

由于超声波信号随距离增加而显著衰减，且变压器内部结构复杂，超声波信号存在一定的折反射，故检测选点不宜太少，否则很可能漏掉异常点。除非已基本确定局部放电或故障源的大致方位。超声波局部放电检测应为整体检测而非局部检测，传感器的布置应覆盖整个变压器。

传感器位置可根据变压器的设计及详细试验条件而改变。相邻检测点之间的直线距离以2～3m为宜。图1-1-19为传感器检测点示意图。

图1-1-19　传感器在长度与宽度方向（各为两个侧面）上的检测点

现场对变压器进行超声波检测，如图1-1-20所示。

图1-1-20　超声波检测

1.2.2.9 超声波（AE）局部放电检测规范化流程

局部放电超声波检测时，典型检测流程如下：

（1）涂抹耦合剂。为了保证传感器与壳体良好接触，避免在传感器和壳体表面之间产生气泡，首先要在传感器表面涂抹耦合剂。

（2）设置参数。将仪器设置为连续检测模式，设置仪器信号频率范围及放大倍数（常规检测时无须设置，可采用内置参数）。

（3）背景检测（即无缺陷时信号检测）。将传感器经耦合剂贴附在设备构架上，当信号保持稳定时按下“背景”（不同仪器其按键存在一定差异）按钮。

（4）信号检测。将传感器经耦合剂贴附在设备外壳上，设置仪器为连续检测模式，观察信号有效值（RMS）、周期峰值、频率成分1、频率成分2的大小，并与背景信号比较，看是否有明显变化。

（5）缺陷诊断。当连续模式检测到异常信号时，应开展局部放电诊断与分析，包括：①通过应用连续检测模式、相位检测模式、时域波形检测模式判断放电类型；②通过挪动传感器位置，寻找信号最大值，查明可能的放电位置。

（6）数据记录。通过仪器的图谱保存功能，保存检测图谱，包括连续模式图谱、相位模式图谱、时域波形图谱。

局部放电超声波检测法的操作流程如图1-1-21所示。

图1-1-21　检测流程

1.2.2.10 超声波（AE）局部放电检测注意事项

安全注意事项

为确保安全生产，特别是确保人身安全，除严格执行电力相关安全标准和安全规定之外，还应注意以下几点：

①检测时应勿碰勿动其他带电设备；

②防止传感器坠落，避免发生事故；

③保证待测设备绝缘良好，以防止低压触电；

④在进行检测时，要防止误碰误动变压器其他部件；

⑤在使用传感器进行检测时，应戴绝缘手套，避免手部直接接触传感器金属部件；

⑥应确保操作人员及测试仪器与电力设备的带电部位保持足够的安全距离；

⑦检测至少由两人进行，并严格执行保证安全的组织措施和技术措施；

⑧应有专人监护，监护人在检测期间应始终行使监护职责，不得擅离岗位或兼职其他工作。

测试注意事项

①应使用合格的耦合剂，可采用工业凡士林等，耦合剂应保持洁净，不含固体杂质；

②检测过程中，应避免敲打被测设备，防止外界振动信号对检测结果造成影响；

③注意手按住传感器时不要抖动，抖动干扰会产生较大幅度的信号，其信号特征有时会像悬浮颗粒；

④在传感器的检测面上涂抹适量的超声耦合剂后，检测时传感器与壳体接触良好，无气泡或空隙，从而减少损失，提高灵敏度。

1.2.3 高频电流检测

1.2.3.1 高频电流检测法基本原理

由于在油介质中的缘故，变压器发生局部放电时产生的脉冲信号将产生频率范围很高很陡的脉冲电流，脉冲电流将流经变压器的接地引下线，同时会在垂直于电流传播方向的平面上产生磁场。通过在变压器的套管末屏接地线、外壳接地线、中性点接地线、铁芯接地线、夹件接地线等接地线上安装高频电流传感器，从局部放电产生的磁场中耦合能量，再经线圈转化为电信号的方式，可以检测判断变压器中的局部放电缺陷。如图1-1-22所示。

图1-1-22　高频电流原理图

1.2.3.2 高频电流局部放电检测装置的组成(www.xing528.com)

高频局部放电检测装置包括：HFCT传感器、信号处理单元、信号采集单元和数据处理终端。高频局部放电检测装置结构如图1-1-23所示。

图1-1-23　高频电流局部放电检测装置结构图

传感器

现有的HFCT传感器下限截止频率大多在1MHz以下，上限截止频率为几十兆赫。一般要求传感器的-6dB下限截止频率不高于1MHz，上限截止频率不低于20 MHz，在输入10 MHz正弦电流信号时传输阻抗不小于5mV/mA（频带以及传输阻抗定义见GB/T 735（4）。图1-1-24为两种不同形状的HFCT传感器。

图1-1-24　HFCT传感器

信号处理单元

针对传感器的输出信号，需要进行滤波和放大。实际测量中会有各类噪声和干扰信号，因此需要配合硬件滤波器或后续数字滤波功能进行滤波。滤波过后信号幅值会有一定程度的衰减，须经过宽带放大器放大，从而达到提高局部放电信号信噪比的目的。

信号采集单元

信号采集单元主要由数据采集卡构成，它将实际采集到的模拟信号转化为可供进一步处理的数字信号。信号采集单元的主要性能参数为采样率、采样分辨率、带宽以及存储深度。常用的高频局部放电检测设备采样率在几个MS/s到100MS/s。采样率越高越能够还原局部放电信号的高频分量。

数据处理终端

数据处理终端往往采用笔记本电脑，电脑中安装专门的数据处理与分析诊断软件，主要用于显示测量结果。常规高频局部放电检测装置所提供的检测结果包括：单脉冲时域波形图（图1-1-25）、聚类分类图（图1-1-26）、PRPD图谱（图1-1-27）、频图谱（图1-1-28）等。

图1-1-25　单脉冲时域波形图

图1-1-26　聚类分类图

图1-1-27　PRPD图谱

图1-1-28　频图谱

1.2.3.3 高频电流局部放电检测人员要求

（1）熟悉高频电流局部放电检测技术的基本原理、诊断分析方法；

（2）了解高频电流局部放电检测仪的工作原理、技术参数和性能；

（3）掌握高频电流局部放电检测仪的操作方法；

（4）了解设备的结构特点、工作原理、运行状况和导致设备故障的基本因素；

（5）具有一定的现场工作经验，熟悉并能严格遵守电力生产和工作现场的相关安全管理规定；

（6）经过上岗培训并考试合格。

1.2.3.4 高频电流局部放电检测电力变压器要求

（1）在变压器上无各种外部作业；

（2）被测变压器带电运行或者施加试验电压；

（3）变压器的金属外壳及接地引线应可靠接地，并与检测仪器和传感器绝缘良好。

1.2.3.5 高频电流局部放电检测环境要求

（1）环境温度不宜低于5℃；

（2）环境相对湿度不宜大于80%，若在室外，不应在有雷、雨、雾、雪的环境下进行检测；

（3）检测过程中应尽量避免其他干扰源（如偏磁电流）带来的影响。

1.2.3.6 高频电流局部放电检测仪器要求

主要技术指标

①检测频率：应位于3～30MHz范围内；

②传感器传输阻抗：在3～30MHz范围内，传输阻抗不小于5m V/m A；

③灵敏度：最小可测局部放电量不大于50p C；

④线性度：误差不大于15%；

⑤抗干扰性能：在3～30MHz范围内，对窄带干扰信号的抑制力不低于30d B。

功能要求

①传感器可直接钳在电气设备接地线或者其他地电位连接线上，不应改变电气设备原有的连接方式；

②应具备对局部放电信号幅值、频率、相位等基本特征参量进行检测和显示的功能，可提供局部放电信号幅值及频率变化的趋势图；

③应提供局部放电相位分布图谱（PRPD）或者脉冲序列相位分布图谱（PRPS）等用于描述放电特征的图谱信息；

④应具备放电类型识别功能，可判断设备的典型局部放电类型，或给出各类局部放电发生的可能性，诊断结果应当简单明确。

使用条件要求

①环境温度：-10～55℃；

②环境相对湿度：0～85%；

③大气压力：80～110k Pa。

1.2.3.7 高频电流局部放电检测工器具要求

开展高频电流局部放电检测前，还应仔细核对仪器仪表及工器具是否满足检测要求。根据常规检测需要，建议包括如下内容，如表1-1-3所示：

表1-1-3　高频电流局部放电检测工器具要求

1.2.3.8 高频电流局部放电检测点要求

可以选择铁芯接地线、夹件接地线和套管末屏引下线等安装高频局部放电传感器。一般相位信息传感器可安装在同一接地线上或者检修电源箱等处，传感器安装时应保证电流入地方向与传感器标记方向一致。图1-1-29为安装在铁芯接地线上的高频电流传感器。

图1-1-29　铁芯接地检测点

1.2.3.9 高频电流局部放电检测规范化流程

在采用高频电流法检测变压器局部放电时，典型的操作流程如下：

（1）安装高频局部放电传感器，连接检测装置的电源线、信号线、同步线、数据传输线等一系列接线。

（2）工况检查：开机后，运行检测软件，检查主机同步状态、相位偏移等参数。

（3）设置检测参数：设置变电站名称、检测位置并做好标注。根据现场噪声水平设定各通道信号检测阈值。

（4）观察数据处理终端（笔记本电脑）的检测信号时域波形与对应的PRPD图谱，排除干扰并判断有无异常局部放电信号。

（5）如果发现信号无异常，保存数据，退出并改变检测位置继续下一点检测；如果发现信号异常，则延长检测时间并记录3组数据，进入异常诊断流程。

检测流程图如图1-1-30所示。

图1-1-30　现场检测流程

1.2.3.10 高频电流局部放电检测注意事项

安全注意事项

为确保安全生产，特别是确保人身安全，除严格执行电力相关安全标准和安全规定之外，还应注意以下几点：

①检测时应勿碰勿动其他带电设备；

②防止传感器坠落，避免发生事故；

③保证待测设备绝缘良好，以防止低压触电；

④在进行检测时，要防止误碰误动电力变压器其他部件；

⑤应确保操作人员及测试仪器与电力设备的带电部位保持足够的安全距离；

⑥检测至少由两人进行，并严格执行保证安全的组织措施和技术措施；

⑦应有专人监护，监护人在检测期间应始终行使监护职责，不得擅离岗位或兼职其他工作。

测试注意事项

①检测过程中应尽量避免其他干扰源（如偏磁电流）带来的影响；

②检测中应将同轴电缆完全展开，避免同轴电缆外皮受到剐蹭损伤；③传感器安装时应保证电流入地方向与传感器标记方向一致。

1.3 变压器局部放电诊断分析及定位

1.3.1 特高频局部放电诊断分析

1.3.1.1 诊断流程

（1）排除干扰：测试中的干扰可能来自各个方位，干扰源可能存在于电气设备内部或外部空间。在开始测试前，尽可能排除干扰源的存在，比如关闭荧光灯和手机。尽管如此，现场环境中还是有部分干扰信号存在。

（2）记录数据并给出初步结论：采取降噪措施后，如果异常信号仍然存在，需要记录当前测点的数据，给出一个初步结论，然后检测相邻的位置。

（3）尝试定位：假如临近位置没有发现该异常信号，就可以确定该信号来自变压器内部，可以直接对该信号进行判定。假如附近都能发现该信号，需要对该信号尽可能定位。放电定位是重要的抗干扰环节，可以通过强度定位法或者借助其他仪器，大概定出信号的来源。如果在外部，可以确定是来自其他电气部分的干扰；如果在内部，就可以做出异常诊断了。

（4）对比图谱给出判定：一般的特高频局部放电检测仪都包含专家分析系统，可以对采集到的信号自动给出判定结果。测试人员可以参考系统的自动判定结果，同时把所测图谱与典型放电图谱进行比较，确定其局部放电的类型。

（5）保存数据：局部放电类型识别的准确程度取决于经验和数据的不断积累，检测结果和检修结果确定以后，应保留波形和图谱数据，作为今后局部放电类型识别的依据。

异常诊断流程图如图1-1-31所示。

图1-1-31　异常诊断流程图

1.3.1.2 现场常见干扰源及排除方法

特高频法虽然抗干扰能力较强，但在现场特别是户外变电站，仍有较多干扰。在开始测试前，尽可能排除干扰源的存在，比如关闭荧光灯和关闭手机，检查周围有无悬浮放电的金属部件。可根据图谱特征排除雷达干扰、移动电话干扰、荧光灯干扰和马达干扰等常见干扰源，上述干扰源的特征图谱如表1-1-4所示。

表1-1-4　典型干扰信号图谱分析与诊断

除根据图谱特征来识别干扰外，还可依据信号位置来判断干扰。一般情况下，在变压器上发现信号后，将传感器拿开朝向外侧，如果信号变强，很可能是外部的干扰。

如外部干扰源影响现场检测，可采用关闭、避开干扰源，背景干扰测量屏蔽法，滤波器法，平面分法进行排除。

（1）关闭、避开干扰源。可通过关闭荧光灯和手机等多种手段减小现场干扰，也可选择其他时间进行测试，避开无线电及电子装置干扰。

（2）背景干扰测量屏蔽法。其原理是在被检测设备附近放置一背景噪音传感器，同时检测周围环境中的电磁波信号。软件自动分析来自变压器内的信号与来自噪音传感器的信号，并将与背景噪音传感器相同的信号滤掉，从而达到抗干扰效果。虽然这种方式能达到抗干扰效果，但是由于外部干扰信号有可能与内部放电信号重叠使检测灵敏度降低，或内部存在较强放电时，因背景噪音传感器检测到的为内部辐射处的电磁波信号，导致误消除对检测结果造成很大影响。因此，一般情况下仅作为参考使用。

（3）滤波器法。如较强的电晕信号，在300MHz以上幅值仍很高，对现场检测造成很大影响，可采用下限截止频率为500MHz的高通滤波器进行抑制；对于常见的手机通讯干扰则可采用900MHz的窄带阻波器进行抑制；此外还可使用窄带法检测，如采用300～600 MHz避开高频干扰信号，或采用1GHz以上避开低频的干扰信号，但是需要注意的是，多数局部放电产生的电磁波信号主要集中在1GHz以下，因此尽量避免使用1GHz以上的高通滤波器抗干扰检测；针对信号较强固定存在的干扰，可通过频谱仪分析干扰信号所在的频段，使用滤波器将其过滤掉，如图1-1-32所示。

图1-1-32　消除特定频率波段持续产生的杂波

（4）平面分法。定位外部信号的位置可以使用平面分法。首先将两个传感器按照相同朝向放置，移动两个传感器的位置，使示波器两个通道信号重叠，这时，信号源位于两个传感器中间的一个平面上。同样的方式在相对的方向上及上下的方向上各确定一个平面，最终可查找信号源的位置。平面分法定位原理图如图1-1-33所示。

图1-1-33　平面分法定位原理图

1.3.1.3 放电缺陷类型识别与诊断

不同类型缺陷产生的信号幅值不一样，危害程度也不一样，对应的特征图谱也不同。如幅值50dB绝缘内部放电，危害程度可能大于幅值100dB的悬浮电极放电。因此进行危害程度评估时，识别缺陷类型就显得特别重要。常见的典型缺陷包括：电晕放电、空穴放电、气泡放电和悬浮电位放电。

（1）绝缘内部空穴或气泡放电缺陷

绝缘内部空穴放电通常用电容模型来表示，空穴自身视为一个电容C1，与空缺串联部分视为一个电容C2，其他正常部位视为电容C3，从而形成了局部放电典型的三电容分析模型。空穴放电是在电压上升沿时，气泡两端积累电荷，当电荷积累到一定程度时，气泡两端电压超过气泡击穿电压，从而引起放电，因此绝缘内部空穴放电一般都是发生在一、三象限。但是由于气泡在绝缘材料中，两端均为绝缘材料，因此，气泡两端积累电荷称为束缚电荷，不能自由移动。当某个部位发生放电后，只会将放电通道附近较少的电荷释放掉，放电量通常较小，放电产生信号高频含量少；放电后其他部分电荷仍然存在，在一个电源半波内仍会在气泡其他部位多次放电，放电间隔变化大；当气泡形状较规则时，电源正负半波放电波形对称，而当气泡形状不规则时，则正负半波放电波形不对称。其典型图谱见下表1-1-5。

表1-1-5　空穴放电典型图谱

（2）悬浮电位放电缺陷

悬浮电位放电是指设备内部某一金属部件与导体（或接地体）失去电位连接，存在一较小间隙而产生的接触不良放电。在产生悬浮电位放电时，悬浮部件往往伴随振动，因此也可分为可变间隙的悬浮放电和固定间隙的悬浮放电。

首先分析固定间隙悬浮放电。固定间隙的悬浮电位可视为在电场中一个间隙很小的电容，悬浮部件和导体（接地体）分别为电容的两个极板。与绝缘内部空穴放电相同，悬浮放电过程也是当电压处于上升沿时，悬浮极板积累电荷，当电荷积累一定程度，间隙两端电压超过间隙击穿电压时，产生局部放电。因此，悬浮电极放电也放声在电源的第一、三象限。但是与绝缘内部空穴放电不同的是，悬浮部件为金属，其上面所带电荷为自由电荷。当间隙击穿时，悬浮极板上所带电荷会全部释放掉，因此放电量通常较大，高频含量很多；由于小间隙击穿电压接近恒定，因此在每次击穿前极板所带电荷基本一致，导致每次放电的放电量一致，即放电产生的脉冲幅值稳定；间隙击穿后，间隙绝缘逐渐恢复，然后重新积累电荷，其脉冲间隔较稳定，放电次数少；另外，当悬浮部件与导体（接地体）之间电场较为均匀时，一、三象限放电波形基本对称；当间隙电场为不均匀电场时，一、三象限放电波形不对称，均具有放电信号幅值较大的特征。其典型图谱见表1-1-6。

对于存在振动的可变间隙，由于振动时振幅非常有限，对间隙影响不大，因此很短时间内的振动导致间隙改变的距离很小，其放电量仍可视为稳定。

表1-1-6　悬浮电位放电典型图谱

（3）电晕缺陷

该类缺陷主要由设备内部导体毛刺、外壳毛刺等引起，是气体中极不均匀电场所特有的一种放电现象。该类缺陷较小时，往往会逐渐烧蚀掉，对设备的危害较小，但在过电压作用下仍旧会存在设备击穿隐患，应根据信号幅值大小予以关注。

电晕放电往往只在尖刺呈负极性的半波产生。因此高压导体上的尖刺放电发生在电源的负半波峰值处，接地体（如变压器箱体）上的尖刺放电发生在电源的正半波峰值处。通常放电脉冲幅值不高，高频成分少，放电脉冲多，且随电压升高，放电量增大。但是，随着电压的升高，或者说尖刺较大时，另一个半波也会产生放电，但是放电波形与先出现的半波波形有着显著区别。其典型图谱见表1-1-7。

表1-1-7　电晕放电典型图谱

（4）自由金属微粒缺陷（GIS设备）

该类缺陷主要由设备安装过程或开关动作过程产生的金属碎屑而引起。随着设备内部电场的周期性变化，该类金属微粒表现为随机性移动或跳动现象，当微粒在高压导体和低压外壳之间跳动幅度加大时，则存在设备击穿危险，应予以重视。

金属颗粒在电场力作用下跳动，在跳起后，颗粒会在电场作用下积累电荷，但是由于颗粒往往较小，所带电荷非常有限，在落下接触罐体或碰撞其他颗粒前不会引起放电。当颗粒落下接触罐体的一瞬间，会将自身所带电荷释放掉，形成一次较微弱的放电，放电量与放电瞬间电压相位有关。通常当放电瞬间电源处于峰值时，放电量最大。颗粒放电时间间隔与电源周期、电源相位无关，因此，放电信号往往较杂乱。PRPD图谱中，点呈现较均匀分布的两个峰的形状。其典型图谱见表1-1-8。

表1-1-8　自由颗粒典型图谱

1.3.2 超声波（AE）局部放电诊断分析

1.3.2.1 诊断流程

（1）排除干扰：测试中的干扰可能来自各个方位，干扰源可能存在于电气设备内部或外部空间。在开始测试前，尽可能排除干扰源的存在，物体与壳体摩擦、临近的带电导体电晕等都会带来干扰。

（2）记录数据并给出初步结论：采取措施后，如果异常信号仍然存在，需要记录当前测点的数据，给出一个初步结论，然后检测相邻的位置。

（3）尝试定位：假如临近位置没有发现该异常信号，就可以确定该信号来自设备内部，可以直接对该信号进行判定。假如附近都能发现该信号，需要对该信号尽可能地定位。放电定位是重要的抗干扰环节，可以通过强度定位法或者借助其他仪器，大概定出信号的来源。如果在变压器外部，可以确定是来自其他电气部分的干扰，如果是变压器内部，就可以做出异常诊断了。

（4）对比图谱给出判定：一般的超声波局部放电检测仪都包含专家分析系统，可以对采集到的信号自动给出判定结果。测试人员可以参考系统的自动判定结果，同时把所测图谱与典型放电图谱进行比较，确定其局部放电的类型。

（5）保存数据：局部放电类型识别的准确程度取决于经验和数据的不断积累，检测结果和检修结果确定以后，应保留波形和图谱数据，作为今后局部放电类型识别的依据。

异常诊断流程图见图1-1-34。

图1-1-34　异常诊断流程图

1.3.2.2 现场常见干扰源及排除方法

根据现场检测经验，超声波局部放电检测常见干扰信号有外界环境干扰、变压器异常声响干扰、感应电干扰等。

外界环境干扰

外界环境干扰主要包括噪声干扰、架空导线等电晕干扰、变压器及电抗器振动干扰。

噪声干扰：主要有机械噪音、散热风扇运转噪音、现场人员触碰变压器产生的噪音信号。检测时应关闭干扰源后再检测，同时避免人为原因造成的干扰。

架空导线等电晕干扰：在空气中测得的背景值高于变压器测试值，同时在空气中测得的背景值具有明显的方向性，当超声波信号朝向干扰源时，信号值最大。在此方向上进行距离调整并观察信号幅值变化规律可以对干扰源进行确认和排除。

变压器异常声响干扰

我们偶尔会遇到运行中的变压器出现了可听的异常声响，这种现象可能是由于负荷的变化、部件松动、油泵或风扇的启停、负载分接开关的动作引起振动造成。因此我们不应盲目认为变压器内部出现了明显的放电，而应改变超声波信号频段检测，并采取设备振动分析和特高频检测等其他检测手段进行综合分析。

此外，由于设备的设计和布局的原因，在设备运行时可能引起设备某段区域存在共振现象。我们应找出共振区域，检测是否有局部放电信号。这种共振现象频率一般比较低，人手能感觉出来，不伴有超声波局部放电信号。

感应电干扰

在强电场区域进行超声波局部放电检测时，由于检测中不单独对检测人员采取接地措施，此时检测人员在电场感应效应下存在悬浮电位。检测人员接触探头金属外壳引入干扰，手指接触探头，信号出现，手指远离探头，信号消失。此时宜采用磁座把传感器吸附在变压器外壳上。

1.3.2.3 放电缺陷类型识别与诊断

局部放电是很复杂的物理现象，用单一表征参数很难全面描述，所以在诊断中应尽量对各种放电图谱进行全面分析，以减少误判。局部放电缺陷诊断的主要依据是信号水平、频率相关性、相位分布和特征指数，同时也可以参考时域波形。

（1）正常判断依据

根据背景和检测点所测超声波信号的周期峰值、有效值、50Hz相关性、100Hz相关性、相位分布、特征指数分布及时域波形的差异，满足表1-1-9的所有标准即为正常，任何一项参数不满足均可判定为异常。背景信号通常由频率均匀分布的白噪声构成，表1-1-10列出了不同检测模式下背景信号的典型图谱与特征。

表1-1-9　超声波局部放电正常的判定标准

表1-1-10　不同检测模式下的背景噪声典型图谱

（2）有明显缺陷的判断依据

根据背景和检测点所测超声波信号的周期峰值、有效值、50 Hz相关性、100Hz相关性、相位分布、特征指数及时域波形的差异，几种不同缺陷类型的判断标准如表1-1-11所示。

表1-1-11　超声波局部放电缺陷类型的判定标准

总结如下：

悬浮电位缺陷 该类缺陷的典型图谱具有如下特征：①连续检测模式下，其信号有效值、周期峰值较大，存在明显的50Hz频率成分及100 Hz频率成分，且100 Hz频率成分大于50Hz频率成分；②相位检测模式下，其信号具有明显的相位聚集效应，在一个工频周期内表现为两簇，即具有“双峰”特征；③时域波形检测模式下，其信号表现为规则的脉冲信号，一个工频周期内出现两簇，两簇大小相当；④特征指数检测模式下，放电次数累积图谱波峰位于整数特征值处，且特征值1大于特征值2。

电晕放电缺陷 该类缺陷的典型图谱具有如下特征：①连续检测模式下，其信号有效值、周期峰值较大，存在明显的50Hz频率成分及100 Hz频率成分，且50Hz频率成分大于100Hz频率成分；②相位检测模式下，其信号具有明显的相位聚集效应，在一个工频周期内表现为一簇，即具有“单峰”特征；③时域波形检测模式下，其信号表现为规则的脉冲信号，一个工频周期内出现一簇，一簇幅值明显较大，一簇明显较小；④特征指数检测模式下，放电次数累积图谱波峰位于整数特征值处，且特征值2大于特征值1。

自由金属颗粒缺陷 该类缺陷的典型图谱具有如下特征：①连续检测模式下，其信号有效值、周期峰值较大，但50Hz频率成分及100Hz频率成分不明显；②相位检测模式下，其信号没有明显的相位聚集效应，在一个工频周期内类似均匀分布；③时域波形检测模式下，其信号具有明显的高脉冲，但该脉冲信号与工频电压的关联性小，其出现具有一定随机性；④特征指数检测模式下，放电次数累积图谱无明显规律，峰值未聚集在整数特征值；⑤脉冲检测模式下，其信号表现出明显的“三角驼峰”形状。

（3）疑似缺陷判断依据

如表1-1-12所示，在检测过程中，如果观察到一些间歇性的没有规律的异常信号，即可以判断为疑似缺陷。

表1-1-12　超声波局部放电疑似缺陷的判定标准

（4）不同类型设备超声波局部放电的缺陷诊断

①电晕放电缺陷：当被测设备存在金属尖刺时，在高压电场作用下会产生电晕放电信号。电晕放电信号的产生与施加在其两端的电压幅值具有明显关联性，在放电图谱中则表现出典型的50 Hz相关性及100 Hz相关性，即存在明显的相位聚集效应。但是，由于电晕放电具有较明显极化效应，其正、负半周内的放电起始电压存在一定差异。因此，电晕放电的50 Hz相关性往往较100 Hz相关性要大。此外，在特征指数检测模式下，放电次数累积图谱波峰位于整数特征值2处。表1-1-13为电晕缺陷超声波检测典型图谱。

表1-1-13　电晕缺陷超声波检测典型图谱

②悬浮电位缺陷：当被测设备存在悬浮电位缺陷时，在高压电场作用下会产生局部放电信号。局部放电信号的产生与施加在其两端的电压幅值具有明显关联性，在放电图谱中则表现出典型的50 Hz相关性及100Hz相关性，即存在明显的相位聚集效应，且100Hz相关性大于50Hz相关性。此外，在特征指数检测模式下，放电次数累积图谱波峰位于整数特征值1处。表1-1-14为悬浮电位缺陷超声波检测典型图谱。

表1-1-14　悬浮电位缺陷超声波检测典型图谱

③自由金属颗粒：当被测设备内部存在自由金属微粒缺陷时，在高压电场作用下，金属微粒因携带电荷会受到电动力的作用，当电动力大于重力时，金属微粒即会在设备内部移动或跳动。但是，与悬浮电位缺陷、电晕缺陷不同，自由金属微粒产生的超声波信号主要由运动过程中与设备外壳的碰撞引起，而与放电关联较小。由于金属微粒与外壳的碰撞取决于金属微粒的跳跃高度，其碰撞时间具有一定随机性，因此在开展局部放电超声波检测时，该类缺陷的相位特征不是很明显，即50 Hz、100 Hz频率成分较小。但是，由于自由金属微粒通过直接碰撞产生超声波信号，因此其信号有效值及周期峰值往往较大。此外，在时域波形检测模式下，检测图谱中可见明显脉冲信号，但信号的周期性不明显。表1-1-15为自由金属颗粒缺陷超声波检测典型图谱。虽然自由金属微粒缺陷无明显相位聚集效应，但是，当统计自由金属微粒与设备外壳的碰撞次数与时间的关系时，却可发现明显的图谱特征。该图谱定义为“飞行图”，通过部分局部放电超声波检测仪提供的“脉冲检测模式”即可观察自由金属微粒与外壳碰撞的“飞行图”，进而判断设备内部是否存在自由金属微粒缺陷。

表1-1-15　自由金属颗粒缺陷超声波检测典型图谱

1.3.3 高频电流局部放电诊断分析

1.3.3.1 诊断流程

（1）排除干扰：测试中的干扰可能来自各个方位，干扰源可能存在于电气设备内部或外部空间。在开始测试前，尽可能排除干扰源的存在，如偏磁电流。

（2）记录数据并给出初步结论：采取降噪措施后，如果异常信号仍然存在，需要记录当前测点的数据，给出一个初步结论，然后检测其他位置。

（3）信号分类：可利用高频电流局部放电检测仪的聚类分类功能，把干扰信号和变压器内部的局部放电信号分离出来，方便后续的图谱分析。

（4）对比图谱给出判定：一般的高频电流局部放电检测仪都包含专家分析系统，可以对采集到的信号自动给出判定结果。测试人员可以参考系统的自动判定结果，同时把所测图谱与典型放电图谱进行比较，确定其局部放电的类型。

（5）保存数据：局部放电类型识别的准确程度取决于经验和数据的不断积累，检测结果和检修结果确定以后，应保留波形和图谱数据，作为今后局部放电类型识别的依据。

异常诊断流程图见图1-1-35。

图1-1-35　异常诊断流程图

1.3.3.2 现场常见干扰源及排除方法

进行高频电流局部放电检测时，高频电流传感器耦合出来的信号并非单纯的放电信号，而是混合着电磁干扰噪声。

按照时域波形特征，外部背景噪声主要包括周期型干扰信号、脉冲型干扰信号和白噪声干扰信号。针对不同干扰信号的特征和性质，需采用不同的抑制措施。在已有的各种系统中，干扰信号抑制主要包括硬件和软件两个方面的措施。虽然硬件抑制方法有一定的效果，但是现场干扰会随着环境、设备负载以及运行方式的改变而改变，硬件抑制方法难以达到理想的效果。

随着数字信号处理技术的发展，高频电流局部放电检测中的干扰抑制措施主要依靠软件实现。目前常用的数字化抗干扰方法主要有脉冲平均法、数字滤波法、信号相关法、神经网络法以及小波分析法。小波变换是基于非平稳信号的分析手段，在时域、频域同时具有良好的局部化性质，非常适合于不规则、瞬变信号的处理，越来越多地用于高频电流局部放电检测的干扰抑制措施中。

对于放电信号的区分，一方面可利用前述的抗干扰技术，将外界干扰噪声抑制到较低水平；另一方面，也可通过与不同缺陷放电特征数据库进行对比，即进行放电信号的模式识别。模式识别的主要步骤包括放电信号的测量、放电信号特征提取与分类和特征图谱比对三个步骤，从而判断所测信号是否为真实的放电信号及为何种放电。一种是模式识别方法，利用相位统计图谱的形状特点，通过计算统计图谱的偏斜度、陡峭度以及相互关联因素等特征参数，对缺陷类型进行确认和识别。另外一种是聚类分类法，利用三相同步局部放电检测技术，对耦合到的信号进行幅度、相位或频率的计算，从而进行分类。该方法将三个测量数据映射到三个轴上，可以选择同一通道的三个不同频带进行计算，也可以选择三相的三个不同通道进行计算。观察到明显不同的云图后，即可以单独选择其中的一簇进行单独的分析计算。

还有一种聚类原理是主要将放电信号按其各自的等效频率、等效时长或其他与波形相关的特征参量进行分类，形成时频域映射图谱。时频图谱的特点是多个放电源、不同放电类型的局部放电脉冲会被映射到不同聚点，这样便于在局部放电相位图谱上将真实放电和噪声干扰区分开来，如图1-1-36所示。

图1-1-36　局部放电时频映射图谱

1.3.3.3 放电缺陷类型识别与诊断

缺陷判据及缺陷识别诊断方法如下：

（1）相同安装部位同一类设备局部放电信号的横向对比。相似设备在相似环境下检测得到的局部放电信号，其测试幅值和测试图谱应比较相似，例如对同一设备A、B、C三相的局部放电图谱对比，可以确定是否有放电，同一变电站内的同类设备也可以做类似横向比较。

（2）同一设备历史数据的纵向对比。通过在较长的时间内多次测量同一设备的局部放电信号，可以跟踪设备的绝缘状态劣化趋势，如果测量值有明显增大，或出现典型局部放电图谱，可判断此测试点内存在异常，典型放电图谱参见表1-1-16。

（3）若检测到有局部放电特征的信号，当放电幅值较小时，判定为异常信号；当放电特征明显，且幅值较大时，判定为缺陷信号。电力设备高频局部放电检测的指导判据参见表1-1-17。

（4）将去噪声和信号分类后的单一放电信号与典型局部放电图谱相类比，可以判断放电类型、严重程度、放电信号远近等，高频局部放电检测的典型图谱特征参见图1-1-37，信号分类方法参见表1-1-18。

（5）对于检测到的异常及缺陷信号，要结合测试经验和其他试验项目测试结果对设备进行危险性评估。

表1-1-16　高频局部放电检测典型图谱

表1-1-17　电力设备高频局部放电检测的指导判据

表1-1-18　高频局部放电信号聚类分类法

1.3.4 超声波（AE）局部放电三维定位

超声波三维定位是利用局部放电产生的超声波信号传播到不同位置的传感器所需时间的差别来定位的技术。三维定位至少需用四个探头，且四个探头不能布置在同一个平面上。原理如下图1-1-37所示。

图1-1-37　超声波三维定位原理图

现场检测时，在检测到超声波信号的前提下，可采用超声波进行三维精确定位。

三维定位整体检测时，超声传感器的位置应分为上下两排并在变压器长度与宽度方向上均匀分布，相邻两个传感器之间的直线距离应不大于2.5m，同时传感器布置使得相邻传感器形成近似等腰三角形。

在安装传感器前应选定三维坐标原点。原点的位置建议选在面对高压套管一侧的左下角，如图1-1-38所示。坐标方向X为变压器长度方向，Y为高度方向，Z为宽度方向。坐标原点的位置与方向也可根据变压器的结构及检测现场状况来确定。

当原点位置及坐标方向确定后，可根据变压器的具体外部结构状况通过目视确定传感器的安装位置并进行编号。编号的原则为由小到大逆时针旋转，下排传感器为单号，上排传感器为双号。

图1-1-38　推荐的检测坐标与传感器编号示意图

图1-1-39为实际变压器三维定位时高压右侧的现场探头布置图。

图1-1-39　高压右侧的现场探头布置图

超声传感器安装完成后需对其安装可靠性进行检验。使用0.5mm的HB铅芯，铅芯伸出距离约2.5mm，在距离传感器外壳边缘15～20mm处断铅，每一传感器处需断铅三次。每次断铅的信号幅度应不小于75dB。每一通道三次断铅信号幅度平均值与所有通道平均值的偏差应不大于±5dB。如断铅试验不满足要求，需重新检查传感器安装、信号线连接、传感器及超声通道自身的特性。

传感器可靠安装及位置标记完成后即可对每个传感器以及变压器箱体尺寸坐标位置进行测量，建议用三维模型，如图1-1-40所示。

图1-1-40　变压器三维定位模型

观察每个传感器的信号图谱，确保每个传感器接收的信号均为局部放电信号，现场通过增加测点和移动传感器，获取有局部放电信号的超声波信号，提高定位精度。图1-1-41为变压器三维定位图，图中红色区域为局部放电源位置。

图1-1-41　变压器三维定位图

查看每个信号的波形可以看出，所测信号均为局部放电信号，如图1-1-42所示。

图1-1-42　三维定位图超声波信号