藏在变压器肚子里的“电火花”：局放监测是怎么听见它的

绝缘内部的一簇微小放电

电力变压器内部并非“空”的。以常见的油浸式变压器为例，其箱体内充满变压器油，绕组外部包裹着油浸绝缘纸，铁芯与绕组之间、绕组各层之间还布置有绝缘纸板。这套油纸绝缘系统承担着隔离不同电位导体的任务，一旦其中某个位置出现气隙、气泡、金属毛刺或绝缘纸局部老化，该处的电场强度就可能超过介质本身的击穿阈值，在极小的局部范围内发生放电——这就是局部放电。

局放的特点在于“局部”：放电没有贯穿整个绝缘，变压器仍能继续运行。但每一次放电都会对周围的绝缘材料造成微量的物理和化学损伤。放电质点的轰击会破坏绝缘的分子结构，放电产生的热量和活性气体又会加速局部老化。长期累积之下，局放可能从微小的气隙放电发展为沿面放电，最终演变为贯穿性击穿。因此，对局放的“听见”和“看清”，本质上是对绝缘劣化早期信号的捕捉。

放电在油中激起超声波

局放发生时，放电区域会在极短时间内受热膨胀，使变压器油气化并形成气泡，放电结束后气泡迅速收缩。这种气泡体积的周期性变化在周围介质中产生疏密波，以弹性波的形式向外传播。变压器油、绝缘纸和金属箱壁的声学阻抗各不相同，声波在传播路径上会发生折射、反射和衰减，但仍有部分能量能够到达箱壁或内置传感器位置。

接触式超声波监测的思路，正是将声学传感器布置在变压器箱壁或内部关键位置，接收放电产生的声信号。由于声波在变压器油中的传播速度约为1400 m/s，远低于电磁波，从信号到达不同传感器的时间差可以反推放电源的空间位置——传感器布点越多，定位的维度越完整。不过，声信号在复杂结构中的衰减和散射也给定性判断带来了挑战：能否“听见”取决于放电能量的大小、传感器与放电源的距离，以及传播路径上是否存在遮挡。

电磁脉冲“泄漏”到特高频段

同一簇放电同时产生另一种可被捕捉的信号。在绝缘强度较高的介质中，一次微小的放电表现为一个上升沿极陡的电流脉冲，其频谱覆盖从低频到特高频的宽广范围，其中特高频分量（300 MHz～3 GHz）向外辐射为电磁波。与声信号不同，电磁波在变压器内部的传播不依赖介质振动，而是通过油纸绝缘结构、箱体接缝和套管等路径向外“泄漏”。

特高频监测利用这一特性，在变压器箱壁上通过内置油阀式传感器或法兰式传感器接收泄漏出来的特高频电磁波信号。由于变电站现场的电晕干扰主要集中在较低频段，特高频检测对背景噪声的抑制能力相对较强，能够在嘈杂的电磁环境中识别出局放脉冲。但电磁波在箱体内部的多次反射和衍射会使信号波形变得复杂，单靠特高频信号判断放电类型和位置存在多解性。

声与电的相互验证

单一检测手段各有其局限。超声波受传播衰减影响，对远端放电的灵敏度可能不足；特高频电磁波虽然传播距离较远，但信号在箱体内反射后难以精确定位。将两者结合使用，则可以取长补短。

声电联合定位的基本逻辑是：以特高频信号作为放电发生的时间基准，同步采集多路超声信号，利用超声信号到达不同传感器的时延差构建定位方程组，迭代求解放电源的空间坐标。特高频信号负责确认“有放电发生”，超声波信号负责回答“放电在哪里”。这种相互验证的关系，使得监测系统不仅能看到局放的存在，还能将注意力引导到变压器的具体部位。

一套多参量监测方案的工程逻辑

陕西公众智能科技的变压器重症监护在线监测解决方案，在工程层面将上述监测原理组织为一套可运行的架构。方案面向35kV至1000kV电压等级的电力变压器和电抗器，监测参量包括高频局放、特高频局放、甚高频局放、套管末屏局放、接触式超声波局放、铁芯和夹件接地电流以及振动综合监测，同时预留了油色谱、红外热成像、声纹、光纤等扩展接口。

在传感器部署上，高频局放传感器采用钳式结构安装在变压器铁芯接地线、夹件接地线和箱体接地线上，感应1 MHz～100 MHz频带的电流脉冲信号；特高频局放传感器通过油阀接入方式安装于箱壁，接收内部放电辐射的特高频电磁波；接触式超声波传感器布置在箱壁表面，用于声电联合定位和放电有无的定性判断。铁芯和夹件接地电流监测则通过检测接地线中电流的变化，判断是否存在铁芯多点接地或悬浮电位放电的工况异常。

系统的数据处理层采用脉冲识别、噪声自主学习和50/100 Hz相关性报警等算法，对多路传感信号进行同步采集和关联分析。高频局放和特高频局放提供放电的“电指纹”，超声波提供声学定位信息，接地电流和振动数据则构成对变压器整体运行工况的旁证。多参量之间的交叉比对，有助于区分真实的内部放电与外部干扰，降低单一信号源可能带来的误判。

这套架构的工程意义在于：当绝缘内部出现局放时，监测系统不是依靠某一种传感器做出孤立判断，而是让声、电、电流、振动等多个物理量相互印证，在局放尚未发展为可见故障之前，提供可供运维人员分析的连续数据。

审核编辑 黄宇