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局部放电检测技术的现状和发展

发表时间：2020/8/7 来源：《基层建设》2020年第10期作者：王刚1 韩璐2

[导读] 摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，放电检测技术也越来越先进。

        1.中海油能源发展装备技术有限公司天津市 300452；2.天津卓达科技发展有限公司天津市 300452
        摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，放电检测技术也越来越先进。伴随整个电力产业的发展，电力设备电压等级不断提升，人们对电力设备运行安全性、可靠性提出了更多且更加严格的要求。局部放电检测是一种没有破坏性、创伤性的试验类型，应用越来越广泛。文章分析了局部放电检测技术的现状，指出了其发展情况。
        关键词：局部放电检测技术；现状；发展
        引言
        电气设备处在长期运行或非正常运行情况下或因制造、安装缺陷，将可能发生内部绝缘的某种劣化，尤其在电场及高电压的环境中，容易使得绝缘性能不断下降，严重时可能造成局部放电，乃至出现绝缘击穿和损坏。如果变电站配电设备发生损坏，会造成大面积生产停电事故，对公司造成巨大损失。所以，掌握配电设备绝缘情况对于准确判定设备状态非常重要。
        1局部放电检测技术现状
        （1）电检测法。局部放电最典型、最常见且最直接的现象就是电极之间所出现的电荷移动。每当发生局部放电情况，均会伴有特定数量的电荷，而当其经过电介质后，会使试样外部电极所对应的电压值发生改变。此外，每次放电过程有着比较短的持续时间，当在气隙中时，其一次放电过程往往为10ns量级；如果在油隙中，那么仅为1µs。依据当前比较常用的Maxwell电磁理论，由于放电脉冲持续时间比较短，因而会形成高频的电磁信号，而且还会持续向外辐射。针对局部放电检测法而言，便是以上述两原理为基础而构建的。当前比较常用的检测方法有介质损耗分析法、无线电干扰电压法及脉冲电流法等，尤其是WenshengGao等提出的超高频检测法，在业内已得到广泛应用。（2）非电量检测法。当发生局部放电情况时，经常会伴有一些现象，比如光、声、热等，在整个局部放电检测技术架构中，同样会有与之相配套的非电量检测方法，比如红外热测法、声测法及光测法等。针对非电量检测方法，其与电检测法相比较，有着更强的抗电磁干扰能力，而且还与试样电容之间没有关联性。
        2局部放电检测技术的发展
        2.1超声波局部放电检测
        设备内部产生局部放电信号的时候，会产生冲击的振动及声音，声波类型包括纵波、横波和表面波，超声波检测法通过在设备腔体外壁上安装传感器来测量局部放电信号，检测频带一般为20~200kHz。超声波检测定位方法有幅值定位法和时差定位法两种，前者通过不断移动超声波传感器，根据信号强弱的变化来判断放电源的位置；后者利用超声波到达不同传感器的相对时间进行定位。超声波检测的优点是被测设备之间无电气连接，可以避免多种电气干扰，声测法的灵敏度不随被测物电容量而变化，因此广泛用于大电容器的检测，并且声学方法定位精度高。其缺点是灵敏度低、传播衰减快、测试范围小、判别标准比较困难。超声波检测对有些类型的放电比较敏感，如对颗粒、悬浮放电、尖端放电、松动、异物杂质等缺陷均有较好的检测效果，但对存在于绝缘子上的颗粒引起的放电时还不够灵敏，而且不能测量环氧树脂绝缘中的缺陷。在变压器中，内部深层次放电反映不敏感，定位及诊断对测试人员要求高。另外，传感器检测有效范围较小，对大型设备需要众多的传感器，现场应用较为不便。
        2.2特高频局部放电带电检测
        GIS设备内部如果出现局部放电现象，可快速进行击穿，且产生的脉冲电流比较陡，其上升时间一般不会超过1ns，可激发出高频电磁波信号，频率均在300MHz以上，最高可达到3000MHz。GIS设备有一个同轴结构，可将其视为波导，同轴结构中的特高频电磁波信号只能进行缓慢地传播，一旦与盆式绝缘子连接在一起，特高频电磁波信号才能向外界进行传播。

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想要达到局部放电带电检测目的，需利用局部放电过程中激发出来的电磁波，再借助特高频传感器，以此完成电磁波信号的接受，再分析这些电磁波信号，并对缺陷类型加以判断，最后对缺陷进行定位。
        2.3暂态对地电压检测法
        暂态对地电压检测法主要用于检测开关柜内部局部放电状况。当开关柜发生局部放电时，电磁波信号通过金属柜体上的不连续部位泄漏到外部空间，并且能够在金属柜体的表面感应到电压信号，检测到的电压信号被称为暂态对地电压。通常来说，检测时将局放仪的TEV传感器附着在电气设备金属柜体，靠近缝隙、观察窗、排气口处，便可自动显示出检测结果。这种方法操作简便，易于快速分析判断，非常适用于大规模电气设备的普测工作中。根据国家电网规范，检测结果＞20dB诊断为异常，需要进行处理。
        2.4脉冲条件下局部放电检测技术
        伴随当今变频电源在整个调速系统架构中的不断应用，随之而诞生了许多变频调速电机绝缘早破坏的状况，针对此状况而言，其在高速牵引机车中更为明显。在国外，已经围绕变频调速电机绝缘过早破坏情况而开展了相关研究，且取得了不错进展，如德国研究者KainadlA等经过深入研究得知，传统形式的局部放电测量系统难以将PWM变频电机中的局部放电给准确测量出来，主要是因为局部放电测量系统的测量是在工频及正弦条件下开展的；而基于变频电机运行条件下，局部放电需处于高频。如果在非正弦条件下，那么会加重局部放电对绝缘的破坏，加速绝缘老化。郭灿新等以绞线为研究对象，对其实施局部放电测试，并分别在脉冲条件下、工频条件下，比较了起始放电电压之间所存在的关联性，从中得出脉冲上升与脉冲条件下起始放电电压存在关联性。
        2.5缺陷定位技术
        缺陷定位技术分为两种类型，一种是幅值定位，另一种就是时延定位。一般来说，幅值定位需用到特高频，再加上超声波信号可产生衰减作用，传感器与放电源相距越近的话，可检测到较强的信号。然而，GIS腔体中的特高频信号只能发生缓慢的衰减，可见特高频幅值达不到较高的定位精度，进行缺陷定位时，只能针对某一个气室或间隔。时延定位技术需用到所测信号之间形成的时间差，再乘以被测信号的实际传播速度，以此对放电源、传感器之间的距离进行计算。
        结语
        综上所述，局部放电检测技术的发展应用，为准确掌握设备实时运行状态提供了有力的技术支持，能够及时发现萌芽状态的设备故障。在实际应用中，工作人员的技术水平和经验在判断故障时也很重要。在进行利用局部放电检测技术判断故障时，最好采用综合判断法，一般采用特高频和超声波联合检测法；也可以以一种为主，如特高频检测，然后采用其它检测技术（如超声波、分解物检测、气体成分分析、色谱分析等）加以补充验证，才能较为准确确定故障性质和定位。
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