高壓電氣設備局部放電在線檢測技術改進與應用

【關鍵詞】高壓電氣設備；局部放電；在線檢測技術

引言

高壓電氣設備運行時會產生局部放電現象，該現象會對電氣設備的絕緣性能產生影響。如果該現象不能得到有效處理，將會給電氣設備的運行安全帶來威脅，甚至可能引發嚴重的電力故障。因此，應該加強對局部放電在線檢測技術的研究，采取有效措施進行改進和完善。傳統的局部放電在線檢測技術主要是以脈沖電流法為基礎進行分析和研究的，但是該方法無法實現對局部放電現象進行有效檢測。而超聲波法是一種基于超聲波在氣體中傳播速度較快的特點，對設備進行檢測時，能夠實現對設備內部的放電現象進行有效檢測，且不受設備位置和周圍環境的影響，具有較高的穩定性。

一、在線檢測技術的基本原理

局部放電是高壓電氣設備運行時產生的一種機械應力，這種應力會使絕緣材料發生局部放電現象，該放電現象會造成絕緣材料出現不同程度的損壞，致使設備運行性能降低，對高壓電氣設備開展局部放電檢測很有意義。基于此，本文會研究探討局部放電的在線檢測技術，通過提高檢測技術水平來提升高壓電氣設備運行效率，保障高壓電氣設備安全可靠運行。當前國內采用的局部放電檢測方法主要有光學法、脈沖法以及超聲波法等。

二、高壓電氣設備局部放電的危害性

（一）影響設備安全運行

局部放電是導致10 kV電氣設備發生故障的主要原因，有以下三點。（1）局部放電引起的電磁力對絕緣體產生了很大的力學壓力，從而引起絕緣體失效和斷裂。（2）在高壓導體上進行局部放電時，因其較大的電流，使導線的表層溫度迅速上升。高溫環境下，導體的表層會出現高溫裂解現象。（3）如果在所述金屬氧化物粒子發生局部放電，則其中的金屬粒子與大氣中的氧進行化學反應，生成氫。氫是一種易燃、易爆的氣體，在使用過程中極易發生爆炸，對電氣設備造成破壞[1]。

（二）增加設備故障的概率

由于我國社會的迅速發展，對用電的要求也越來越高，因此，必須有大量的高壓電氣設備用于供電。然而，在高壓電氣設備的運行過程中，局部放電故障、擊穿故障等故障頻發，嚴重地威脅著高壓電氣設備的安全穩定運行。由于高壓電氣設備在工作時，很可能會發生局部放電問題，例如，絕緣體表面有雜質、雜物、灰塵等，都會引起局部放電問題，從而對高壓電氣設備的安全工作造成不利的后果。此外，高壓電氣設備在工作中極易發生故障，不僅降低了其工作壽命，還對電力系統安全穩定產生了不利的影響。

（三）造成系統電壓不穩定

在電力系統運行工作中，設備發生局部放電時，會引起系統電壓不穩，從而對電力系統正常運轉造成一定的影響。電氣設備發生局部放電后，其電場強度和電磁場強度均會增大，這會導致局部放電的能量增大，進而引起電磁場的能量密度增大，最終造成系統電壓不穩定。在這樣的條件下，還會對設備的工作狀況產生一定的影響。在電力系統中，由于各種電氣設備局部放電造成內部存在著多種噪音和電磁輻射。噪聲和電磁波等干擾信號都會對電力系統的正常運行產生影響，導致電力系統出現電壓不穩、發生波動等現象。

（四）增加了維修成本

局部放電檢測屬于一種在線檢測技術，通過對電氣設備展開局部放電檢測，可及時察覺電氣設備里的各類缺陷，通過對缺陷進行處理來保障設備正常運轉。開展局部放電檢測時，要借助在線檢測系統達成對設備運行狀況的實時監測。當電氣設備出現局部放電情況，其絕緣強度會降低，絕緣性能會下降。若繼續使用這類電氣設備，會使維修成本增加，如10 kV高壓電氣設備的絕緣介質為10 kV/1 000 mm；如果發生局部放電現象，絕緣介質會發生劣化，甚至會引發放電故障，導致維修成本增加，因此在使用電氣設備時要做好局部放電檢測工作。

三、高壓電氣設備局部放電在線檢測技術

（一）基于高頻脈沖法的檢測技術

通過對10 kV高壓電氣設備的局部放電進行檢測，可以較為精確地把握其絕緣狀態，若有絕緣缺陷，則會不斷發生局部放電現象，且檢測時需使用比較多的儀器和設備。當前，國內普遍采用的是基于高頻脈沖法、超聲波法和超高頻傳感法等方法。高頻脈沖法是一種常用的現場測量方法，它主要用于10 kV以上的高壓電氣設備的內部局部放電，優點較多。但該方法也有一些不足之處，就是容易受到噪聲干擾的影響，從而降低檢測精度[2]。

（二）超聲波檢測技術

超聲波檢測技術屬于一種相對成熟的檢測手段，其可借助所檢測到的超聲信號來判斷設備內部是否存在缺陷。超聲檢測技術還是一種有針對性的檢測方式，一旦檢測到信號，就能使超聲迅速傳遞至被檢測設備的表面，隨后對所接收到的超聲信號展開分析，以此判定設備內部有無缺陷。不過運用該方法對設備進行檢測時，會受到環境因素以及設備安裝地點的干擾。超聲傳輸時光的折射，致使超聲信號受到不同程度的擾動，這對檢測結果產生了較大影響，在運用此方法時，有必要對其加以完善。

（三）特高頻檢測

特高頻檢測技術主要是指利用電力系統中的交流電源，進行局部放電的檢測，通過分析檢測信號，確定設備內部的絕緣缺陷。特高頻法因其靈敏度高、速度快、位置準確等優點，在10 kV以上的高壓電氣設備中得到了廣泛使用。然而，特高頻檢測方法面臨著兩方面的問題：第一，對檢測信號的需求相對較大，因此必須采用高靈敏的傳感器；第二，為了保證檢測精度，必須在戶外對設備進行接線。由于10 kV高壓電氣設備的絕緣等級比較低，所以會出現特高頻信號在絕緣層中發生反射和衍射現象，從而降低檢測準確性。

（四）脈沖電流法

脈沖電流法的工作原理是通過在高壓電氣設備中設置多個傳感器，在對局部放電進行檢測的同時，通過檢測到的電流脈沖來獲得局部放電的信號，并對其進行分析，進而對設備的絕緣狀況進行判定。然而，在對其進行檢測時，因其內部的絕緣構造較復雜，極易產生信號擾動。10 kV以上的高壓電氣設備，其內部存在多個金屬電極與絕緣體連接，因此，在檢測過程中，因其自身的原因，可能會受到電場效應的干擾。另外，由于設備內部有金屬屏蔽層，絕緣體等，對檢測的結果也有一定的影響。

（五）特高頻-超聲波復合檢測法

從10 kV高壓電氣設備局部放電在線檢測技術的應用情況來看，特高頻-超聲波復合檢測法在實際應用中的效果最佳，不僅能夠對電氣設備內部局部放電情況進行檢測，同時還能夠有效發現和排除非電效應。在這種檢測方法的應用過程中，首先是將電氣設備局部放電產生的電磁信號進行采集和處理，然后再通過檢測技術對其進行分析，能夠有效排除非電效應的干擾。但是該檢測方法也存在一定的不足之處，首先是超聲波信號的采集和處理比較復雜，其次是不能對放電類型進行有效識別和判斷，最后是無法實現在線監測。因此，該種方法不適合在10 kV高壓電氣設備局部放電的在線檢測中使用[3]。

四、10 kV高壓電氣設備局部放電在線檢測技術改進與應用

（一）基于局部放電信號的信號分析

在整個電力系統運行過程中，高壓電氣設備的安全穩定運行至關重要，而局部放電問題又是制約其正常運行的重要原因，需要針對局部放電問題制定有效的解決措施，以確保整個電力系統的運行穩定。局部放電問題發生過程中，會導致高壓電氣設備內部產生一定的電荷，并且，會隨著電荷運動現象在內部產生一定數量的電磁場。如果電磁場運動現象開始發生，那么高壓電氣設備內部就會產生一定程度的電磁干擾現象，這種電磁干擾現象具有隨機性特征。10 kV高壓電氣設備的局部放電信號一般兩種。（1）脈沖式。這是由于高壓電氣設備中有一定的電磁場能，當出現局部放電時，就會形成一種脈沖波。（2）電暈。實際工作中，出現局部放電時，會使高壓電氣設備內出現大量的帶電粒子。但在實際應用中，由于存在著一些擴散效應，部分問題會被放大。為此，必須對10 kV以上高壓電氣設備的局部放電信號進行深入地研究，以提高其檢測性能。

（二）采用全波法實現局部放電檢測

全波法作為一種用于檢測局部放電的手段，可有效地判斷局部放電是否存在，其具體檢測方式涉及五個要點。其一是脈沖法，在數據收集過程中，需運用脈沖方法來檢測局部放電量。其二是超聲波檢測法，該方法借助對局部放電過程中超聲信號的檢測以及后續處理，判定是否存在局部放電故障。其三是特高頻檢測法，其中超高頻信號的傳輸路徑是，先把超高頻天線與待測目標相連接，憑借這種連接方式以獲取更佳的檢測效果。將超高頻天線與被測物體進行連接后，在天線內部產生交流電流，再通過對這些數據的檢測與分析，可以此判定有無局部放電現象。其四是采用特高頻波法與脈沖波法相結合的方式，在現場實測時，運用兩種不同的檢測方式，將二者結合起來可提升檢測效率。其五是超聲波和特高頻兩種方法結合使用，要依據實際情形把兩者結合，如此才能提高檢測效率[4]。

（三）確定傳感器安裝位置

在進行傳感器安裝時，必須保證其可以對故障進行有效的檢測，以便為有關工作人員提供精確的數據。一般是把傳感器安置在高壓電氣設備的頂部，利用高靈敏的感應器來檢測。在安裝中也要根據現場的具體條件來決定傳感器的安裝高度。一般要求將其置于絕緣套筒頂端中部，且其垂向距離小于500 mm，這樣才能確保其可以有效地檢測到局部放電問題。此外，還要保證檢測結果的可信度和準確度。因此在安裝過程中，必須選取適當的地點，為相關工作人員提供準確數據信息。

（四）構建局部放電檢測模型

局部放電在線檢測系統由信號采集處理模塊、特征參數計算模塊和顯示模塊組成。在數據采集處理模塊中，主要是實現對局部放電信號的采集，同時還要實現對現場信號的傳輸，然后對傳輸的信號進行分析，通過計算可以得出局部放電的相關特征與參數，并把特征參數上傳到數據庫。在特征參數計算模塊中，主要是利用數據庫中的數據來分析局部放電的特征。顯示模塊部分實現了監測效果的實時顯示。因此，在對其進行故障診斷的同時，必須對故障進行有效的分析和解決，以確保整機安全可靠地工作。在實際應用中，要對整個檢測體系進行持續的優化，以提高檢測的準確性。例如，當采用計算機收集數據信息時，可以選用分布式的網絡架構來建立局部放電檢測的模式。另外，采用平行運算的方法提高了檢測的準確性。進行在線檢測的同時，要正確地選用計算機硬件。對于10 kV高壓電氣設備，通常都是通過并行處理和串口處理的方法來實現在線監控的。

（五）進行在線監測以及數據分析

在電力系統的運行過程當中，在線監測數據占據著十分關鍵的地位，可借助數據分析的手段來對局部放電問題作出判斷。例如，針對局部放電信號展開分析，便可精確判斷出局部放電故障的具體類型。在10 kV高壓電氣設備里，局部放電檢測的關鍵指標包含脈沖電流密度以及特高頻。通過對脈沖電流密度以及特高頻的分析，可有效地判斷出放電類型，得出正確的處理方案，也可對局部放電信號進行分析處理，以此保證局部放電在線監測技術的準確性與有效性。在對脈沖電流密度進行分析時，主要依靠相關算法來完成，如電流法、電橋法等，這些算法主要是憑借測量設備當中的電流與電壓來完成計算分析工作的。另外可憑借檢測特高頻信號來判斷局部放電故障類型，確定恰當的處理方案[5]。

（六）優化高壓電氣設備局部放電物聯網系統設計

局部放電在線檢測系統的設計是在物聯網技術的基礎上實現的，并且根據現代物聯網技術的發展，不斷對其進行優化和完善。該系統在運行過程中，能夠實現對高壓電氣設備局部放電信號的采集、傳輸和處理，并通過數據處理平臺對數據進行分析處理，最終完成對數據的顯示。在整個系統運行過程中，通過智能化物聯網設計能夠實時顯示高壓電氣設備局部放電檢測的結果、局部放電缺陷的位置、缺陷類型等相關信息。通過遠程監控平臺，能夠實現對局部放電檢測過程中相關參數的遠程監測與控制。通過對局部放電檢測結果和監測參數的遠程傳輸，能夠為相關管理人員提供詳細的數據信息，工作人員可以在第一時間進行對故障問題的處理，也為工作人員提供了有效的決策依據[6]。

結語

10 kV高壓電氣設備局部放電在線檢測技術的運用，能對電力系統運行故障起到預防效果，還對防止事故出現有著關鍵作用。實際應用時，相關技術人員要強化對該技術的研究，把它應用于電力系統。此文就10 kV高壓電氣設備局部放電在線檢測技術進行了簡單分析研究，探討了其具體應用策略。期望借助此文的分析探討，能提高10 kV高壓電氣設備局部放電在線檢測技術應用水平，為相關領域研究提供參考。

參考文獻：

[1] 陳紅敏，王慧姿.高壓電氣設備局部放電在線監測與診斷技術研究[J].儀器儀表用戶，2024，31（11）：911.

[2] 李瑋.變電站高壓電氣設備局部放電抗干擾檢測技術[J].自動化應用，2022（12）：129131.

[3] 張亞龍.變電站高壓電氣設備局部放電檢測技術分析[J].機械設計與制造工程，2021，50（08）：105109.

[4] 仲彥林.基于Zynq的便攜式高壓設備局部放電檢測技術研究[D].西安：西安電子科技大學，2020.

[5] 徐世澤.高壓電氣設備在線檢測技術的探討[J].中小企業管理與科技（上旬刊），2020（01）：183184.

[6] 袁標.電子信息技術在電力工程自動化中的應用研究[C]//2024年（下半年）“電子技術與信息科技”研討會論文集.2025：217219.