魏显文
摘 要：电力变压器在电力系统整体的运行中扮演着重要的角色，其绝缘强度的高低会直接影响电力系统运行时的安全状态。而引起变压器绝缘劣化的主要原因之一就是局部放电（简称局放）。因此，局部放电定位是变压器状态维修的基础和质量监控的重点项目。
关键词：变压器；放电；定位方法
1 电气定位法
局部放电最明显的特征就是产生电脉冲，电脉冲中包含很多可以研究分析的信息，如信号能量幅值的衰减，波形的畸变和延时等。电气定位法的原理是根据放电脉冲在绝缘介质中传播时的参数特性，建立相关的传递函数来确定放电源的空间位置。
（1）行波法。
行波法的主要原理是利用波的时延特性来计算放点源与被测点的距离。局部放电在放电时会产生波形，波形传播开始的瞬间会出现容性分量，需要经过一段时间的时延后，行波分量才到达测量端。根据行波传播的速度，通过测量行波延迟的时间，就可以计算出所求距离，估计出放电源所在位置。
（2）极性法。
极性法的原理是通过比较变压器绕组的不同端子上局部放电信号的极性，如对单相变压器，理论上希望在高、低压绕组的四个端子测到不同极性的局部放电信号，根据不同的极性信号来确定放电位置。但是极性法仅能识别到局部放电源可能存在于变压器绝缘的某个区域。要精确地测出放电的位置，必须利用其他方法。
（3）起始电压法。
假设变压器绕组上的电压分布均匀，令绕组长度为L，绕组两端电位各为UH，UL。
若放电点N离高压端H的距离为x，放电点电压为UN，则有：
（UH-UN）/（UN-UL）=x/（1-x）（1.1）
当UN达到起始放电电压UI时，则有：
（UH-UI）/（UI-UL）=x/（1-x）（1.2）
若已知L，则只要改变绕组两端的电压，测出UH1，UH2，UN1，UN2，并将其代入式1.1和1.2即可求出放电位置x。
2 电气定位法存在的问题
（1）由于变压器有很复杂的内部结构，因此对于不同的放电点，在局部放电时产生的波在运行过程中可能会发生振荡，但是测量放电信号不能反映变压器内部真实状况，只能在变压器的测量端点进行，所以误差相对较大。
（2）部分电气定位法强烈地依赖于变压器内电气结构。
（3）只能对单局部放电源定位，对于多局部放电源定位还有待研究。
3 超声波定位法
超声波定位基本方法是当变压器内绝缘发生局部放电时，较大的能量释放将激发产生超声波，并以球面声波的形式经固、液绝缘和金属介质向四周传播。当放电能量较大或放电点距箱壁较近时，安装在箱壁上的超声波传感器可接收到超声波信号，通常需在箱壁上布置多个超声波传感器（4个或4个以上），定位时选择某传感器为基准传感器，以此为基准触发其余传感器接收局部放电产生的超声波信号。两个传感器接收声波的时间差，可用离放电点最近的传感器的声信号作为基准信号来触发其余传感器的接收测量，并获取同一局部放电超声信号传播到其它传感器时对应的相对时间τ。声波传播时间T乘以声波速度即为声波的传播距离。然后利用简单的几何关系，便可得到由若干方程组成的非线性方程组：
-=V0τn，n=1，2，…N
上式中（x，y，z）局部放电源坐标，（xn，yn，zn）是第n个超声波传感器坐标，（x0，y0，z0）是基准超声波传感器坐标，τn是第n个超声波传感器相对基准传感器的延时，V0是超声波在变压器油中的等值波速，N为超声波传感器个数。
4 超高频-超声波定位法
超高频-超声波联合定位法是澳大利亚的西门子研究机构使用局部放电产生的超声波和电磁波联合检测技术监测变压器中的局部放电活动。该系统运行的关键依据是超声波和电磁波在变压器介质中的传播速度是不一致的，因而可以测量两种波到达传感器的时间差，进而确定局部放电的位置。定位系统依赖一个可同时检测射频和超声波的复合传感器探头。复合探头包括超声波传感器和射频传感器两部分，其中射频传感器由包围超声波传感器的环形铜环组成，铜环与地间形成一个电容，这种容性天线及与其连接的引线电感形成一个谐振电路，感应局部放电引起的电场扰动；超声波传感器结果较复杂，传感器周围填满环氧树脂，后面充满比例为1：3的环氧树脂和钨粉的混合物，具有很低的横向耦合系数，可有效抵制接收变压器箱壁变向传播产生的横波。
5 阵列传感器定位法
阵列传感器定位法是超声波定位的改进方法，依据超声波到达超声传感器的波程差和相位差来确定放点信号的方位，是一种基于传感器阵列采集超声信号的局部放电定位方法。该方法用多个超声波传感器构成阵列代替传统的多个超声波探头，通过传感器阵列对局部放电信号进行多点并行采样，以检测传感器接收到的信号为时间基准，依次计算出平面相控阵传感器接收到的超声波信号的传输时延以及相差，再根据相控测向的方位角得出放电点的空间几何位置，实现变压器内多放电源的定位。
与传统的超声定位法相比，阵列定位的信噪比高，而且可以解决多径传输问题，传统的超声定位将传感器安装在变压器内部不同位置，导致放电信号通过多个不同路径到达探头，探头接收信号同一性差，导致定位误差大。除此之外，阵元的数量优势可以转化为性能优势，当个别阵元失效使接收信号存在误差时，并不影响整体定位结果，因此，阵列定位法检测可靠性更高。
综上所述，表1总结了目前变压器局部放电源定位的方法及特点。
参考文献
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[2]李彦明，司文荣，李军浩，等.电力变压器局部放电定位方法的现状及发展[J].变压器，2007（6）：45-49.
