局(jú)部放電檢測法主要分電測法與非電測法。電測法(fǎ)主要包(bāo)括脈衝電(diàn)流法、無線(xiàn)電幹擾法、超高頻法、介質損耗分析法等方法,由於介質損耗分析法靈敏度低而沒能得到廣泛應用,在變壓器(qì)局部放電監測中脈衝電流法與超高頻法具有良好的應用效果。非電測(cè)法主要包括光測法、聲測法、紅外(wài)熱測法等方法。非電量法靈敏度一般較低,可以定性而無(wú)法定量分析,因此(cǐ),實際應用中通常采用電測(cè)法。下麵(miàn)主要介紹脈衝電流法和超高頻法。
①脈衝電流檢測法(fǎ)
脈衝電流檢測法是研究最早、使用最廣泛的一種(zhǒng)方法,國際電工委員會(IEC)專(zhuān)門為該方法製定(dìng)了檢測標準(zhǔn)(IEC-60270)。該方法通過檢測阻抗、檢測變壓器套管的(de)末屏接地線、鐵心接地線、外殼接地線及繞(rào)組中性(xìng)點接地(dì)線上由於局部放電(diàn)引起(qǐ)的脈衝電流,得到局部放電視(shì)在放電量等特征量。脈衝電流檢測法(fǎ)所用的傳感器一般是羅氏線圈製成,與變壓器隻有磁耦合,沒有電氣連接。該方法的基本測(cè)試回路分直測(cè)法和平衡法兩種,直(zhí)測法常遇到各種幹擾,特別是在現場環境下,測(cè)試靈敏度會受到嚴重影響。而平衡法具有抑製共模幹擾的優良性能,得到廣泛采用(yòng)。平(píng)衡法測試回路有西林(lín)電橋、差分電橋以及雙(shuāng)電橋等方式。目前西林電橋幹擾抑製比可達到幾十,差分法可達到數百甚至上千,但(dàn)平衡法(fǎ)一般比直測法的靈(líng)敏度低。脈衝(chōng)電流檢測法應用廣泛,目前市場上大部分電類局(jú)部放電測試儀均采用直測法回路,如瑞士Haefely公司的TE571局部放電(diàn)測試儀、JFD-2局部(bù)放電測試儀等。2003年湖北省電力試驗研究院曾對三峽工程(chéng)左(zuǒ)岸電站2號TWUM-840MVA/550kV變(biàn)壓器進行(háng)了現場局部放電離線檢測,檢(jiǎn)測(cè)時最小背景幹(gàn)擾3.5pC,最小檢測量33.5pC。
②超高頻檢測法
超高頻檢測法(Ultra-High Frequency,UHF)是在20世紀80年代(dài)提出的。該方法檢測局部放電產生的電磁波信號(hào),可分為超高頻窄帶檢測和寬帶檢測,窄帶中心頻率在500MHz以(yǐ)上,帶寬十幾MHz或幾十(shí)MHz,寬帶帶寬可達幾GHz。通常所(suǒ)說的超高頻檢測技術就是指超高頻超寬頻帶檢測,它有噪聲抑製比高、包含信(xìn)息(xī)多等優點,所使用的傳感器主要是微帶天線傳(chuán)感器(qì)。微帶天線傳感器已經應用(yòng)於大型電力變壓器、全封閉組合電器、電力電纜等設備的局部放電檢測(cè)中。局部放電輻射的電磁波的頻譜特征與(yǔ)放電源的幾何形狀及放電間隙的絕緣(yuán)強度有很大(dà)關係。如果放電間隙較小(xiǎo)或放電間隙絕緣(yuán)強度較高,則放電過程的(de)時間比較短,電流脈(mò)衝(chōng)陡度就會比較大,輻射高頻電磁波的能力就會比較強;上述理論非常適應於變(biàn)壓器油中局部放電脈(mò)衝(chōng),因此,這類放(fàng)電(diàn)脈(mò)衝能輻(fú)射上(shàng)升沿到(dào)1-2ns、頻率達數GHz的高頻電磁(cí)波。
局部放電超高頻測量(liàng)的中心頻率一般在(zài)數百(bǎi)MHz、帶寬為幾十MHz。在超高頻範圍內(300-3000MHz)測量局部放電的電磁波信(xìn)號,通常不會受到外部電暈等脈衝幹擾(一般小於150MHz)的影響,從而可以有效(xiào)提高測量係統的(de)信噪比。高(gāo)靈敏度傳感器設(shè)計是局部放電超(chāo)高頻監測(cè)關鍵技術之一,超高頻天線普遍被用於局部放(fàng)電的超高頻監測,經過實驗室和實踐應用的證(zhèng)明,經過優化設計(jì)可(kě)獲得(dé)較(jiào)高的靈敏度。
在變壓器局部放電超高頻檢測係統中,超高頻天線是最重要的部分,為了(le)能夠有效接收局部放電脈衝發射的電磁波,一般遵循以下原則設計超高頻天線:
1)天線的結構尺寸要適合安裝在變壓器箱體上,以滿足現(xiàn)場(chǎng)檢測要求;
2)選擇有效的檢測頻帶,該頻帶要高於(yú)背景噪聲頻帶,從而保證檢測靈敏度;
3)為了能找到最優的(de)檢測局部放電脈衝的(de)頻帶,天線中心(xīn)頻帶應可以調節;
4)天(tiān)線具有寬頻帶,由於檢測帶寬和檢測到的局部放電脈衝的能(néng)量(liàng)幾乎成正比關係,因此,寬頻帶的天線對於檢測局部放電脈衝十分有(yǒu)利(lì)。並且,局部放電脈衝的(de)能量隨其發生的位置不同和傳播路徑不同(tóng)會產生很大變化,這就要求天線也要(yào)具有寬頻帶特性。
目前,用UHF法檢測局(jú)部放電信號的超高頻(pín)天線一般分為內置和外置兩大類。內置式超高頻天線通常(cháng)有圓盤天線、錐形天線、探針式天線、偶極子天線等,外置超高(gāo)頻天(tiān)線通常有屏蔽諧振環式(shì)天(tiān)線、雙臂阿基米德螺旋天線等。已有研究表明:內置(zhì)天線靈敏(mǐn)度高、抗幹擾能力強,在實驗室應用中得到比較深入的研(yán)究,但對於變(biàn)壓器來講(jiǎng),要求內置天線(xiàn)體積(jī)小,便於安裝,不會對內部電(diàn)場產生較大畸變;外置天線不會影響變壓器內部電場,安裝也方便。
國內用UHF法檢測變壓器(qì)局部放(fàng)電信號的傳感器主要為雙臂(bì)阿基米(mǐ)德螺旋天線。雙臂阿基米德螺旋天線可(kě)以近似地看作是非變頻天線,在(zài)500M-1500M帶寬上可以實現高增益(yì),但放油閥的尺寸會影響到天線的安裝(zhuāng),縮小尺寸又會影響天線的性能。雙臂阿(ā)基米德螺旋天(tiān)線的外形結構和天線靈敏度分別如圖(a)和(b)所示。圖(tú)(a)所示的雙臂阿基米德螺旋天線的直徑(jìng)是20.5cm,采用對稱饋電。天線的輸出阻(zǔ)抗(kàng)是188.5Ω,需要應用阻(zǔ)抗變換器來實(shí)現和50Ω同軸電纜(lǎn)的匹(pǐ)配。另外,由於天線雙臂電荷分布不完全(quán)對稱,致(zhì)使天線的(de)方向圖會發生傾斜,當要求天線接收信號具有一定方向性時,需要在天線(xiàn)一側加反射腔,反射腔直徑的大小會影響到(dào)天線的增益(yì)和方向圖,這將增加阿基米德螺旋天線設計的複雜(zá)度。

雙臂阿基米(mǐ)德螺旋天線外形結構及靈敏度圖
綜(zōng)上所述,電測(cè)法可以(yǐ)完成定量檢測,靈敏度更高;非電測法很難定(dìng)量測量,靈敏度較低,實際(jì)應用時多以電測法為主、非電測法為輔。電測法中由於脈衝(chōng)電(diàn)流法具有檢測靈敏度很高、容易(yì)校準放電量、采用高頻檢測阻抗還能準確再現局部放電脈衝(chōng)波形等(děng)優(yōu)點,在局部放電機理的研(yán)究、實驗室離線測試中占(zhàn)有主導地位,但該方法易受外電路(lù)的電磁幹擾,在現場環境的應用並不(bú)多。超(chāo)高頻(pín)檢測法作為新型局(jú)部放電檢測方法,具有頻帶高、靈敏度好、抗電(diàn)磁幹擾能力強等(děng)優點,被認為是最有潛力(lì)的局部放電在(zài)線檢測方法(fǎ),成為研(yán)究(jiū)重(chóng)點。當(dāng)前聲測法和高頻法、超高頻法並存,但從監測效果和發(fā)展趨勢看,高(gāo)頻法、超高頻(pín)法(fǎ)具有巨大發展優勢,即(jí)抗幹擾能力強、能夠對局部放電源(yuán)進行定位、可以區分不同的缺陷類型(xíng)、可以進行長期現場(chǎng)監測(cè)、靈敏度較高等。但(dàn)超高頻法存在的一些問題(tí)有待研究和解決,主要包括:缺陷模型的建立、缺陷位置的(de)確定、局部(bù)放電強度的校準、超高頻法(fǎ)檢測傳感器的(de)選擇、信號(hào)處理(lǐ)與模式識別(bié)等。