局部放電發(fā)生時伴有電脈沖、電磁發(fā)射、聲、光、熱以及放電導(dǎo)致絕緣材料分解出氣體等現(xiàn)象,并引起局部過熱等化學(xué)和物理反應(yīng)。通過探測這些物理現(xiàn)象或化學(xué)產(chǎn)物,均可以實現(xiàn)局部放電檢測。按照局部放電檢測原理可以將現(xiàn)有的定位方法分為三大類:電氣定位方法、超聲波(Acoustic Emission,簡稱AE)定位方法、特高頻( Ultra-High-Frequency,簡稱UHF)電磁波定位方法。
電氣定位方法的基本原理是:當變壓器內(nèi)部發(fā)生局部放電時,產(chǎn)生的電流脈沖沿繞組傳播到達測量端,該放電脈沖包含了局部放電定位所需的有用信息,通過對放電脈沖進行分析來確定局放源的位置。根據(jù)分析的放電信息不同,傳統(tǒng)的電氣定位法可以分為以下幾種:起始電壓法、多端測量定位法、極性法、行波法及電容分量法。隨著對變壓器繞組傳輸特性研究的深入以及數(shù)字濾波技術(shù)的發(fā)展,又出現(xiàn)了改進的電容分量法(與數(shù)字濾波技術(shù)相結(jié)合)和端點電流脈沖頻譜分析法。電氣定位方法存在兩大缺點:(1)抗干擾能力差。變電站現(xiàn)場存在大量電磁干擾,脈沖電流信號的信噪比低,電氣定位方法難以用于現(xiàn)場測試,僅可用于實驗室測試。(2)普適性差。在電氣定位方法中需要利用計算機精確模擬變壓器繞組的傳遞函數(shù)譜圖。由于變壓器繞組結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、多樣性,此方法難以推廣應(yīng)用。
AE定位方法是根據(jù)局部放電產(chǎn)生的超聲波的傳播時間或波束方向來確定放電源的空間位置的。根據(jù)超聲波到達各傳感器的時間差進行定位的方法叫時間差定位方法;根據(jù)超聲波束傳播方向進行定位的方法叫做相控陣定位方法。AE時間差定位方法是目前現(xiàn)場應(yīng)用最廣泛的一種方法,按照基準信號又可將其分為“電一聲”法和“聲一聲”法兩種。“電一聲”法是指利用電脈沖信號作為基準,獲取超聲波的傳播時間,再根據(jù)超聲波的傳播速度而計算出放電源與傳感器的距離、以及放電源的位置。“聲一聲”法利用超聲波信號到達多個超聲傳感器的時間差,經(jīng)過各種計算方法,確定局部放電源的幾何位置。相控陣定位方法是近年來引入變壓器局部放電定位的一種新方法,它通過超聲波傳感器線陣同時對空間信號場進行多點并行采樣,應(yīng)用MUSIC(Multiple SignalClassification)算法提取所接收的線陣信號及其空域特征信息、計算故障方向和位置。超聲波定位法能直接實現(xiàn)局部放電空間定位,具有原理簡單、抗電磁干擾能力強、成本低的優(yōu)點,受到了電力試驗人員的普遍應(yīng)用。但是,在應(yīng)用過程中暴露出超聲波定位方法中無法克服的兩大問題:第一,超聲信號在變壓器內(nèi)部傳播時衰減嚴重,導(dǎo)致超聲波檢測靈敏度低,尤其是檢測不到繞組中局部放電的信號;第二,理論上針對的是一個放電點,而實際設(shè)備內(nèi)放電點可能會有多個,導(dǎo)致時間基準值容易混淆,定位精度不夠。
特高頻(Ultra-High-Frequency,UHF)定位方法是一種新方法。它利用3個及以上傳感器接收局部放電UHF信號,測量UHF信號到達兩兩傳感器的時間差,利用時間差、波速、傳感器坐標等信息通過計算得出故障位置。UHF方法具有靈敏度高、抗干擾能力強的優(yōu)點。雖然國內(nèi)外研究機構(gòu)和學(xué)者在實驗室開展了一些變壓器局部放電UHF定位的探索研究工作,但是真實變壓器繞組中局部放電UHF定位中還存在許多問題巫待解決,比如:如何保證首波檢測靈敏度、如何準確計算首波到達時刻、如何布置傳感器和準確定位等等。