電氣設備直流局部放電測量中的新技術研究

摘要：本文針對高壓電氣設備局部放電，在簡述局部放電原因、危害、特點及局部放電測量特點的基礎上，提出幾項局部放電測量新技術，以此為實際的高壓電氣設備局部放電測量工作提供技術參考。

關鍵詞：高壓電氣設備;局部放電;局部放電測量

中圖分類號：TM930.1????文獻標識碼：A ???文章編號：1671-2064（2019）16-0000-00

0 引言

對于高壓電氣設備，它會受到局部放電很大影響，導致絕緣損壞。對此，在設備監(jiān)測中必須重視并做好局部放電測量，掌握局部放電相關信息。隨著對局部放電測量重視度的不斷提高，出現(xiàn)了很多可用于測量局部放電的新技術和新方法，這對不同設備的局部放電測量和局部放電測量準確度、靈敏度及可靠性的提升具有十分重要的作用和意義。

1電氣設備直流局部放電

局部放電是一種高壓電氣設備常見現(xiàn)象，指設備絕緣受到電場作用后在局部范圍產(chǎn)生放電。發(fā)生局部放電會對絕緣介質(zhì)造成一定程度的影響，當局部放電比較輕微時，對設備絕緣造成的影響不大，使絕緣強度緩慢降低;但如果局部放電強度很大，則絕緣強度將快速降低，導致絕緣損壞。基于此，一方面對高壓電氣設備進行絕緣設計的過程中，應充分受工作電壓持續(xù)作用時，避免絕緣結構中產(chǎn)生局部放電;另一方面要在設備實際運行過程中做好監(jiān)測，如果監(jiān)測到局部放電超出允許程度，則需將設備退出，并立即檢修或予以更換^[1]。

在有氣體或者是液體存在的固體電介質(zhì)當中，如果局部場強達到可以擊穿的程度，則會開始放電。對于局部放電現(xiàn)象，通常是因為絕緣體有電場集中造成的，一般這種放電主要表現(xiàn)為不超過1μs 的瞬時脈沖。如果絕緣產(chǎn)生局部放電，將使絕緣壽命受到影響而縮短。在放電時，絕緣將受到電子持續(xù)沖擊作用，尤其是長時間的局部放電還會引起不同形式的反應或效應，比如氣泡外壁受到帶電質(zhì)點連續(xù)撞擊，導致絕緣自身化學鍵被打斷而產(chǎn)生裂解，使絕緣自身分子結構被嚴重破壞，進而劣化，并快速損壞。

局部放電現(xiàn)象是局部過熱問題及元件發(fā)生老化的主要預兆;對于局部放電趨勢，它是指局部放電和時間之間的關系，過程較為曲折，在不同的階段既可能上升也可能下降;絕緣結構中一旦發(fā)生局部放電，將伴隨一系列其它反應，同時還會引起局部發(fā)熱。鑒于局部放電具有上述特點，怎樣避免和消除局部放電問題，確保設備始終處于安全正常的狀態(tài)，是每一位維護人員必須重視的事情。此時首要工作就是結合局放測量特點，采用合理可行的測量技術，尤其是在科技發(fā)展進程中衍生出的各類新測量技術^[2]。

2電氣設備直流局部放電測量主要特點及其與交流局放的差異

相對于電氣設備耐壓試驗，對電氣設備進行的局放測試屬于非破壞性，同時測試掌握電氣設備實際局放情況能對電氣設備自身絕緣情況進行綜合判斷，這樣能避免對絕緣造成破壞。對于新電氣設備，對其進行局放測試，能找出其中存在的薄弱環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)并糾正設計或制造等方面存在的差錯。可將局放測試作為一種對電氣設備絕緣性能進行鑒別的有效方法，同時也是使電氣設備處于安全穩(wěn)定狀態(tài)的有效手段。對于處在運行狀態(tài)的電氣設備，不僅要定期開展常規(guī)試驗，而且還要做好局放試驗，并對試驗結果進行記錄和分析，這樣能深入了解電氣設備絕緣實際情況，確定老化程度。當發(fā)現(xiàn)有局放痕跡時，應立即確定放電位置，并采取有效措施加以處理，保證電氣設備運行可靠性與安全性。

直流情況下的局放檢測和交流情況并無太大差別。局放檢測會受到噪聲干擾影響，現(xiàn)在很多高壓發(fā)生器都會產(chǎn)生一定干擾，包括開關動作與某種電壓條件下的局放。基于此，可通過濾波模塊建立來減小噪聲對局放檢測造成的影響，也就是通過硅堆整流，使高壓交流變實現(xiàn)直流輸出，該方式和普通發(fā)生器相比，高頻干擾相對較小，對直流局放檢測十分有利。對于它的檢測電路，主要由三部分組成：（1）直流高壓輸出部分;（2）高壓濾波部分;（3）局放檢測部分。

當采取脈沖電流的方法對局放實施檢測的過程中，對耦合電容及檢測阻抗進行串聯(lián)，此時，若需對脈沖波形予以捕捉觀察，則可將檢測阻抗更換為無感電阻，這樣能有效避采集波形發(fā)生畸變。除此之外，因直流電壓為單極性，所以在試樣中，局放信號同樣為單極性，以此特點為依據(jù)，能對干擾和局放信號予以區(qū)分。相較于交流電壓條件下的局放，在直流的情況中，局放無相角這一概念，所以和相交有關的所有分析方法，都無法在這種情況下使用。對此，必須采取新的可以在直流條件下使用的局放分析手段。對此，傳統(tǒng)方法是對脈沖波形進行分析，即先捕捉放電脈沖，再對它的波形實施傅里葉變換，進而掌握時頻特性。其表征參數(shù)有：放電幅值;脈沖上升與下降的時間;整體維持的時間;頻段范圍。通過對直流和交流兩種條件下的脈沖波形對比，能清楚的看出這兩個脈沖，無論是在時域波形上，還是在頻域分布上，均有著明顯的差異，進一步明確了直流與交流局放在細節(jié)上的差異性。

3電氣設備直流局部放電測量新技術

3.1傳感器技術

（1）羅氏線圈。這是一種原邊僅一匝的傳感器，在電氣設備的在線監(jiān)測過程中常用。在實際的監(jiān)測過程中，將磁芯從待測電氣設備地線穿過，其中磁芯可采用有機絕緣材料，也可采用具有較高磁導率的鐵氧體，一般情況下它的響應頻率能達到數(shù)兆赫茲。磁芯鐵氧體通過和小電阻之間的并聯(lián)能形成自積分回路，當頻帶范圍相對較寬時，傳遞函數(shù)幅頻表現(xiàn)為平坦。因有機絕緣材料的導磁率等于1，所以可采取增加匝數(shù)的措施來獲得想要的電感，同時在線圈的兩端與電阻或電容相并聯(lián)，形成諧振回路，以此實現(xiàn)對檢測信號的選頻;則電阻則能起到阻尼的作用，使脈沖分辨率符合要求。在測量狀態(tài)下，輸出信號對應的電壓幅值和待測電流幅值為正比關閉，因鐵氧體存在磁飽的現(xiàn)象，所以如果檢測電流當中含有工頻大電流，則輸出電壓波形會出現(xiàn)明顯畸變，此時要采取有效措施加以避免^[3]。（2）聲檢測。對局放進行超聲檢測在聲-電換能器引入后成為可能。對于整個超聲檢測系統(tǒng)，超聲波傳感器，也就是超聲波探頭，為最主要的組成部分。它由幾部分構成：壓電元件、放大器、濾波器、屏蔽殼。其中，對于壓電元件，它是傳感器主要部件，直接影響檢測靈敏度。在局放過程中產(chǎn)生的聲波能傳播于變壓器油，變成機械壓力波，對光纖傳感頭造成擠壓，使光路長度改變。光需要從外部輸入，通過對光波的調(diào)制解調(diào)能確定變形程度，之后經(jīng)計算可定量聲波強度。可見，對光纖與超聲傳感器進行聯(lián)合使用，能達到理想的局放測量效果^[4]。（3）光檢測。對于光檢測傳感器，其原理為局放時會產(chǎn)生一定光輻射，且當放電不同時，所發(fā)出的光也有著不同波長，但不會超過500-700nm的范圍。對這些光利用光纖實施光電轉(zhuǎn)換，然后對光電流具有的特性進行檢測能實現(xiàn)局放識別。雖然該方法的效果經(jīng)試驗得到驗證，但設備投資較高，且不穩(wěn)定，所以未能得到普及。（4）超高頻。如前所處，當電氣設備發(fā)生局放時，脈沖持續(xù)時間不超過1μs，而頻率卻很高，可達1GHz，這使得能對0.5-1.0GHz這一頻帶進行檢測的超高頻法被廣泛應用。如今，可在GIS和大型發(fā)電機組電氣設備中使用的局放超高頻測量方法已經(jīng)出現(xiàn)，采用該方法對局放時產(chǎn)生的電磁波進行提取時，基本不會受到其它信號影響，能大幅提升測量準確度、靈敏度及可靠性，在現(xiàn)階段在線監(jiān)測中十分適用。由于該方法的靈敏度極高，所以目前已有很多成型產(chǎn)品，主要針對GIS、電機和電纜，而對電力變壓器而言，因其內(nèi)部結構較為復雜，采用該方法進行局放測量有很大的難度，所以還未能普及的程度，仍需進一步研究和發(fā)展^[5]。

3.2定位技術

（1）超聲波定位。該方法在對變壓器設備的局放定位中較為常用，其定位的原理為利用傳感器對局放后產(chǎn)生的壓力波進行接收，然后測量局放開始到接收到壓力波所需時間，以測量結果為依據(jù)，對局放位置和傳感器之間的距離進行計算，再通過三角測量，確定多個傳感器和局放之間的相對位置來找出具體的局放位置。近幾年在聲發(fā)射技術快速發(fā)展的進程中，超聲波定位得以進一步發(fā)展和優(yōu)化，使得可采用這一方法進行局放定位的設備類型越來越多^[6]。（2）電氣定位。它是對幾種方法的總稱：1）行波法：根據(jù)局放源行波實現(xiàn)定位，它的定位精度會受到繞組、脈沖失真等因素的影響，在結構較為簡單的電氣設備中較為適用，如電纜等。2）電容比法：對繞組兩端因局放產(chǎn)生的脈沖進行電容傳遞分量測量來確定和繞組間的相對位置關系，進而對局放進行準確定位。3）多點測量：主要用于變壓器設備的局放定位，因該方法將設備頻率關系及傳輸特性作為定位的依據(jù)，所以無法準確定位。4）脈沖比較：現(xiàn)假設放電源每個引線端實測脈沖波形均唯一，然后對待測和已知脈沖進行比較，以此定位待測脈沖。該方法在多種繞組結構中均可使用，但需要利用電磁模型來校正，操作過程比較復雜^[7]。以該方法為基礎，Marshall等提出一種波形識別的方法，其原理和脈沖比較基本相同，該方法不僅能在局放定位中使用，而且還能確定待測繞組對不同波形的響應速度，進而獲得放電量幅值。（3）聲、電聯(lián)合定位。超聲波定位會受到外界噪聲影響使精度降低，對此可采用聲、電聯(lián)合定位來解決，即選擇一個電信號，將其作為參考基準，然后選擇相應的傳感器，根據(jù)信號時差與速度對球面方程進行求解，進而確定局放的位置。這一方法最大的特點在于簡單直觀，但會受到電磁干擾，定位中要采取有效措施解決。

4結語

綜上所述，對高壓電氣設備進行局放測量，是設備實時監(jiān)測與鑒定設備絕緣狀態(tài)重要基礎，測量結果能直接反映出設備絕緣是否老化，從而提出發(fā)現(xiàn)潛在隱患，為制定合理有效解決方案提供可靠參考借鑒，使電氣設備始終處在安全、穩(wěn)定的運行狀態(tài)。

參考文獻

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收稿日期：2019-07-11

作者簡介：馬麗（1989—），女，陜西榆林人，本科，畢業(yè)于東北電力大學，助理工程師，研究方向：直流系統(tǒng)及UPS系統(tǒng)。