变压器局部放电声发射TCS-MAE检测

变压器检测的意义

变压器作为电力系统的核心，掌控内部运行状态的安全性。由于变压器制造、安装、使用过程及人为或自然因素的影响，会导致变压器在长期使用过程中内部出现绝缘击穿也就是局部放电现象，轻则使变压器内部产生异响，影响输电效率；重则导致变压器爆炸损毁，带来巨大的经济损失，因此利用北京采声科技有限公司TCS-MAE声发射技术实时监测变压器运行状态。

声发射AE型号：TCS-MAE

声发射检测优点：快速布置、无侵入检测、在线长期监测、现场实时分析、对放电源进行空间三维定位、对变压器结构没有特殊要求、专用局部放电分析方法、判断局部放电的严重程度和发展趋势，提供实时的信息反馈。

变压器内部的复杂结构使得现有的检测方法显现出局限性，本文基于声发射技术对变压器检测提供一些成功的案例和思路，现有的监测技术如果结合声发射技术共同实时在线监测变压器的运行状态，无疑可以尽早发现被监测变压器的运行状态和完整性程度，既能有效避免恶性事故的发生，同时科学的监测-维护策略在避免资源浪费的同时，更将带来巨大的安全效益。

1.什么是声发射？变压器为什么可以借助声发射技术监测？

（1）材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象称为声发射，也称为应力波发射。声发射是指局域源快速释放能量产生机械震荡，并通过传播介质以波动的形式向外传播。

（2）变压器内部能够形成电压差的部位都可视为两个电极，不同的压力差会使得电极间的介质处于不同状态，当达到介质的电离强度，便会形成电离击穿，极间电流（离子的运动）会与介质粒子发生快速碰撞，产生声、光、电、磁等物理现象，其中的声现象就是介质的机械震荡，通过声发射传感器对震荡信号的接收，并根据到达的时差关系，便可以对信号进行定位分析。

2.声发射监测变压器有哪些优势？

告知是否存在局部放电现象；局部放电发生的位置；发生局部放电的位置有几处；产生局部放电的地方局部放电强度大小；各处局部放电的活动性如何；局部放电具有何种发展趋势。

3.声发射监测变压器面临的问题？

（1）针对定位精度问题，由于现实放电源并不是一个点，而是具有一定尺寸的空间域，放电是需要正负电极对绝缘介质的击穿，所以其放电电弧有时不具有单一性和重复性，并随着放电损伤程度的增加而发生变化，即放电源位置会在一定空间域内产生，而不是某一个点。

（2）变压器内部的复杂结构（铁心、绕组、加强筋板、机械结构等）与声源的相对位置不同，对声波的传播路径产生一定的阻隔，使得声波传播路径在一定方向上产生变径，对于基于时差定位的三维算法，其定位显示也会产生一定的误差，但同一声源的信号会被集中的定位出来，具有一定集中的趋势和方向性，该方法对损伤位置具有很好的指导性。

4.变压器检测关注的问题和常见干扰有哪些？

（1）包括电力设备在线正常运行期间，现场断电后用各种方法离线确认故障源，电力设备制造厂家对设备；离线进行质量控制检验时，在维修单位对设备进行维修后在线或离线检验维修效果，新设备现场安装调试进行在线试运行，其它特殊情况包括大负载-太阳风暴 等在线监测过程均可应用声发射检测方法。

（2）常见噪声干扰源包括：气泡的紊乱流动，下雨时雨滴对设备表面的撞击，风扇及油泵的开启，电磁噪音，刮风及沙粒对设备表面的撞击，负载分接开关动作时产生的瞬时冲击等。

与故障有关的声发射信号来源包括：由局部放电产生的脉冲信号，由电弧产生的脉冲信号，由过热产生的热脉冲信号，由气泡破裂产生的脉冲信号，纸介质碳化过程产生的脉冲信号，松动部件或连接产生的冲击信号，气体泄漏产生的紊流信号等

5.变压器、局部放电源结构与声发射传感器布置？

变压器尺寸：X*Y*Z=5300*2100*1820mm人工局部放电源位置如图1所示。变压器长度、宽度、高度分别为5300mm、1820mm、2100mm，放电源采用通过支架固定在变压器顶部，并通过人孔放入变压器内部，浸入油液液面下一定的距离，局部放电源的位置坐标约为X*Y*Z=1200*1000*1620mm，利用人工高压使得局部放电源产生局部放电现象。

图1 变压器结构与局部放电源一次位置图

图2 局部放电源结构图

放电源本身的放电空间域尺寸较大，分布在直径130mm的半球范围内，高度90mm左右，放电源外部为3mm厚度的高分子材料筒壁，并在筒壁上部均布有三个直径为38mm的圆孔，使得放电结构内充满变压器油，并通过该三个孔将放电震荡传送出去，放电源的特殊结构对于局部放电信号声波的传播路径将会产生影响，改变传播路径或者使得波形特征发生变化，但信号的主要时频特征仍然具有有效性。

图3 传感器布置图

图3为变压器整体监测过程中传感器的布置方向和位置图，图中通过原点的平面定位为正面，与其相对应的另一面为背面。由图可知X-Y平面正面布置有1、2、3、4号传感器，Y-Z平面正面布置有13、14、15、16号传感器； X-Y平面背面布置有8、9、5、11、12号传感器，Y-Z平面背面布置有10、6、7号传感器。采用16个传感器并按照一定的方向进行安放。

图4 变压器结构与局部放电源二次位置图

图4为更换局部放电源位置后的图形显示，与图中的局部放电源处于对角位置的关系，该处人孔吊放局部放电元，由于人孔的位置相对固定其X轴和Z轴的位置坐标无法进行大距离变动，因此在深度Y轴方向上进行高低的变化，两次局部放电源位置的先后坐标分别为X1*Y1*Z1

=4480*1400*600;X2*Y2*Z2=4480*1100*600。

本次北京采声-声发射TCS-MAE监测非常成功的实现了局部放电源定位与局部放电特征判断。监测过程中选择了不同的人孔进行局部放电源的固定，同时在一处人孔采取不同的放置深度，产生局部放电，根据监测结果，定位集中度较好，实际局部放电源与软件系统显示位置误差范围在（30-150mm）之间。

根据局部放电识别软件对50hz的放电信号分析可知，12通道处接收到明显的局部放电相关信号，因此考虑将传感器位置向12通道附近集中布置，重点监测该区域

由于实际检测过程中，内部放电源位置无法事先得知，因此需要在变压器整体进行全面布置，实现整体监测。根据声波的传播原理，距离局部放电源最近的传感器最先收到局部放电信号，且其接收到的信号量最大。通过局部放电分析系统对数据进行分析，找到接收具有局部放电特征信号的1个或多个传感器，该传感器阵列所能检测到的区域便成为重点监测区域，局部放电源位于该传感器阵列附近。同时可以强局部放电源会形成定位，根据该定位信息和局部放电信号分析综合判断重点监测区域的位置。通过调整传感器的位置，将重点区域集中包络，实现更精确的局部放电检测和定位分析。

本次监测分为三个部分：

（1）如图1所示在坐标是（1200、1000、1620）的变压器内部放置局部放电源。

（2）如图3所示在坐标是（4480、1100、600）的变压器内部放置局部放电源。

（3）如图3所示在坐标是（4480、1400、600）的变压器内部放置局部放电源。

声发射监测的主要目的是：确定声发射源的部位；分析声发射源的活动情况从而进行破坏分析或预报；确定声发射发生的时间或载荷；评定声发射源的严重性等。

本次声发射监测目的为了解人工局部放电源的局部放电信号的参数特征，确定局部放电源的位置，根据局方分析系统判断是否存在局部放电以及局部放电信号出现的规律性特征。