高壓電氣設(shè)備局部放電在線檢測技術(shù)改進(jìn)與應(yīng)用

【關(guān)鍵詞】高壓電氣設(shè)備；局部放電；在線檢測技術(shù)

引言

高壓電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象，該現(xiàn)象會(huì)對電氣設(shè)備的絕緣性能產(chǎn)生影響。如果該現(xiàn)象不能得到有效處理，將會(huì)給電氣設(shè)備的運(yùn)行安全帶來威脅，甚至可能引發(fā)嚴(yán)重的電力故障。因此，應(yīng)該加強(qiáng)對局部放電在線檢測技術(shù)的研究，采取有效措施進(jìn)行改進(jìn)和完善。傳統(tǒng)的局部放電在線檢測技術(shù)主要是以脈沖電流法為基礎(chǔ)進(jìn)行分析和研究的，但是該方法無法實(shí)現(xiàn)對局部放電現(xiàn)象進(jìn)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(diǎn)，對設(shè)備進(jìn)行檢測時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)對設(shè)備內(nèi)部的放電現(xiàn)象進(jìn)行有效檢測，且不受設(shè)備位置和周圍環(huán)境的影響，具有較高的穩(wěn)定性。

一、在線檢測技術(shù)的基本原理

局部放電是高壓電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的一種機(jī)械應(yīng)力，這種應(yīng)力會(huì)使絕緣材料發(fā)生局部放電現(xiàn)象，該放電現(xiàn)象會(huì)造成絕緣材料出現(xiàn)不同程度的損壞，致使設(shè)備運(yùn)行性能降低，對高壓電氣設(shè)備開展局部放電檢測很有意義。基于此，本文會(huì)研究探討局部放電的在線檢測技術(shù)，通過提高檢測技術(shù)水平來提升高壓電氣設(shè)備運(yùn)行效率，保障高壓電氣設(shè)備安全可靠運(yùn)行。當(dāng)前國內(nèi)采用的局部放電檢測方法主要有光學(xué)法、脈沖法以及超聲波法等。

二、高壓電氣設(shè)備局部放電的危害性

（一）影響設(shè)備安全運(yùn)行

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

（二）增加設(shè)備故障的概率

由于我國社會(huì)的迅速發(fā)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(shè)備用于供電。然而，在高壓電氣設(shè)備的運(yùn)行過程中，局部放電故障、擊穿故障等故障頻發(fā)，嚴(yán)重地威脅著高壓電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。由于高壓電氣設(shè)備在工作時(shí)，很可能會(huì)發(fā)生局部放電問題，例如，絕緣體表面有雜質(zhì)、雜物、灰塵等，都會(huì)引起局部放電問題，從而對高壓電氣設(shè)備的安全工作造成不利的后果。此外，高壓電氣設(shè)備在工作中極易發(fā)生故障，不僅降低了其工作壽命，還對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定產(chǎn)生了不利的影響。

（三）造成系統(tǒng)電壓不穩(wěn)定

在電力系統(tǒng)運(yùn)行工作中，設(shè)備發(fā)生局部放電時(shí)，會(huì)引起系統(tǒng)電壓不穩(wěn)，從而對電力系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)造成一定的影響。電氣設(shè)備發(fā)生局部放電后，其電場強(qiáng)度和電磁場強(qiáng)度均會(huì)增大，這會(huì)導(dǎo)致局部放電的能量增大，進(jìn)而引起電磁場的能量密度增大，最終造成系統(tǒng)電壓不穩(wěn)定。在這樣的條件下，還會(huì)對設(shè)備的工作狀況產(chǎn)生一定的影響。在電力系統(tǒng)中，由于各種電氣設(shè)備局部放電造成內(nèi)部存在著多種噪音和電磁輻射。噪聲和電磁波等干擾信號(hào)都會(huì)對電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響，導(dǎo)致電力系統(tǒng)出現(xiàn)電壓不穩(wěn)、發(fā)生波動(dòng)等現(xiàn)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(shù)，通過對電氣設(shè)備展開局部放電檢測，可及時(shí)察覺電氣設(shè)備里的各類缺陷，通過對缺陷進(jìn)行處理來保障設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。開展局部放電檢測時(shí)，要借助在線檢測系統(tǒng)達(dá)成對設(shè)備運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測。當(dāng)電氣設(shè)備出現(xiàn)局部放電情況，其絕緣強(qiáng)度會(huì)降低，絕緣性能會(huì)下降。若繼續(xù)使用這類電氣設(shè)備，會(huì)使維修成本增加，如10 kV高壓電氣設(shè)備的絕緣介質(zhì)為10 kV/1 000 mm；如果發(fā)生局部放電現(xiàn)象，絕緣介質(zhì)會(huì)發(fā)生劣化，甚至?xí)l(fā)放電故障，導(dǎo)致維修成本增加，因此在使用電氣設(shè)備時(shí)要做好局部放電檢測工作。

三、高壓電氣設(shè)備局部放電在線檢測技術(shù)

（一）基于高頻脈沖法的檢測技術(shù)

通過對10 kV高壓電氣設(shè)備的局部放電進(jìn)行檢測，可以較為精確地把握其絕緣狀態(tài)，若有絕緣缺陷，則會(huì)不斷發(fā)生局部放電現(xiàn)象，且檢測時(shí)需使用比較多的儀器和設(shè)備。當(dāng)前，國內(nèi)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(xiàn)場測量方法，它主要用于10 kV以上的高壓電氣設(shè)備的內(nèi)部局部放電，優(yōu)點(diǎn)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(shù)

超聲波檢測技術(shù)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(hào)來判斷設(shè)備內(nèi)部是否存在缺陷。超聲檢測技術(shù)還是一種有針對性的檢測方式，一旦檢測到信號(hào)，就能使超聲迅速傳遞至被檢測設(shè)備的表面，隨后對所接收到的超聲信號(hào)展開分析，以此判定設(shè)備內(nèi)部有無缺陷。不過運(yùn)用該方法對設(shè)備進(jìn)行檢測時(shí)，會(huì)受到環(huán)境因素以及設(shè)備安裝地點(diǎn)的干擾。超聲傳輸時(shí)光的折射，致使超聲信號(hào)受到不同程度的擾動(dòng)，這對檢測結(jié)果產(chǎn)生了較大影響，在運(yùn)用此方法時(shí)，有必要對其加以完善。

（三）特高頻檢測

特高頻檢測技術(shù)主要是指利用電力系統(tǒng)中的交流電源，進(jìn)行局部放電的檢測，通過分析檢測信號(hào)，確定設(shè)備內(nèi)部的絕緣缺陷。特高頻法因其靈敏度高、速度快、位置準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，在10 kV以上的高壓電氣設(shè)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(hào)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(shè)備進(jìn)行接線。由于10 kV高壓電氣設(shè)備的絕緣等級比較低，所以會(huì)出現(xiàn)特高頻信號(hào)在絕緣層中發(fā)生反射和衍射現(xiàn)象，從而降低檢測準(zhǔn)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(shè)備中設(shè)置多個(gè)傳感器，在對局部放電進(jìn)行檢測的同時(shí)，通過檢測到的電流脈沖來獲得局部放電的信號(hào)，并對其進(jìn)行分析，進(jìn)而對設(shè)備的絕緣狀況進(jìn)行判定。然而，在對其進(jìn)行檢測時(shí)，因其內(nèi)部的絕緣構(gòu)造較復(fù)雜，極易產(chǎn)生信號(hào)擾動(dòng)。10 kV以上的高壓電氣設(shè)備，其內(nèi)部存在多個(gè)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(huì)受到電場效應(yīng)的干擾。另外，由于設(shè)備內(nèi)部有金屬屏蔽層，絕緣體等，對檢測的結(jié)果也有一定的影響。

（五）特高頻-超聲波復(fù)合檢測法

從10 kV高壓電氣設(shè)備局部放電在線檢測技術(shù)的應(yīng)用情況來看，特高頻-超聲波復(fù)合檢測法在實(shí)際應(yīng)用中的效果最佳，不僅能夠?qū)﹄姎庠O(shè)備內(nèi)部局部放電情況進(jìn)行檢測，同時(shí)還能夠有效發(fā)現(xiàn)和排除非電效應(yīng)。在這種檢測方法的應(yīng)用過程中，首先是將電氣設(shè)備局部放電產(chǎn)生的電磁信號(hào)進(jìn)行采集和處理，然后再通過檢測技術(shù)對其進(jìn)行分析，能夠有效排除非電效應(yīng)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(hào)的采集和處理比較復(fù)雜，其次是不能對放電類型進(jìn)行有效識(shí)別和判斷，最后是無法實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測。因此，該種方法不適合在10 kV高壓電氣設(shè)備局部放電的在線檢測中使用[3]。

四、10 kV高壓電氣設(shè)備局部放電在線檢測技術(shù)改進(jìn)與應(yīng)用

（一）基于局部放電信號(hào)的信號(hào)分析

在整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，高壓電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，而局部放電問題又是制約其正常運(yùn)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(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定。局部放電問題發(fā)生過程中，會(huì)導(dǎo)致高壓電氣設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生一定的電荷，并且，會(huì)隨著電荷運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象在內(nèi)部產(chǎn)生一定數(shù)量的電磁場。如果電磁場運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象開始發(fā)生，那么高壓電氣設(shè)備內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生一定程度的電磁干擾現(xiàn)象，這種電磁干擾現(xiàn)象具有隨機(jī)性特征。10 kV高壓電氣設(shè)備的局部放電信號(hào)一般兩種。（1）脈沖式。這是由于高壓電氣設(shè)備中有一定的電磁場能，當(dāng)出現(xiàn)局部放電時(shí)，就會(huì)形成一種脈沖波。（2）電暈。實(shí)際工作中，出現(xiàn)局部放電時(shí)，會(huì)使高壓電氣設(shè)備內(nèi)出現(xiàn)大量的帶電粒子。但在實(shí)際應(yīng)用中，由于存在著一些擴(kuò)散效應(yīng)，部分問題會(huì)被放大。為此，必須對10 kV以上高壓電氣設(shè)備的局部放電信號(hào)進(jìn)行深入地研究，以提高其檢測性能。

（二）采用全波法實(shí)現(xiàn)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(gè)要點(diǎn)。其一是脈沖法，在數(shù)據(jù)收集過程中，需運(yùn)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(hào)的檢測以及后續(xù)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(hào)的傳輸路徑是，先把超高頻天線與待測目標(biāo)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(jìn)行連接后，在天線內(nèi)部產(chǎn)生交流電流，再通過對這些數(shù)據(jù)的檢測與分析，可以此判定有無局部放電現(xiàn)象。其四是采用特高頻波法與脈沖波法相結(jié)合的方式，在現(xiàn)場實(shí)測時(shí)，運(yùn)用兩種不同的檢測方式，將二者結(jié)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(jié)合使用，要依據(jù)實(shí)際情形把兩者結(jié)合，如此才能提高檢測效率[4]。

（三）確定傳感器安裝位置

在進(jìn)行傳感器安裝時(shí)，必須保證其可以對故障進(jìn)行有效的檢測，以便為有關(guān)工作人員提供精確的數(shù)據(jù)。一般是把傳感器安置在高壓電氣設(shè)備的頂部，利用高靈敏的感應(yīng)器來檢測。在安裝中也要根據(jù)現(xiàn)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(jié)果的可信度和準(zhǔn)確度。因此在安裝過程中，必須選取適當(dāng)?shù)牡攸c(diǎn)，為相關(guān)工作人員提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)信息。

（四）構(gòu)建局部放電檢測模型

局部放電在線檢測系統(tǒng)由信號(hào)采集處理模塊、特征參數(shù)計(jì)算模塊和顯示模塊組成。在數(shù)據(jù)采集處理模塊中，主要是實(shí)現(xiàn)對局部放電信號(hào)的采集，同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場信號(hào)的傳輸，然后對傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行分析，通過計(jì)算可以得出局部放電的相關(guān)特征與參數(shù)，并把特征參數(shù)上傳到數(shù)據(jù)庫。在特征參數(shù)計(jì)算模塊中，主要是利用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)來分析局部放電的特征。顯示模塊部分實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測效果的實(shí)時(shí)顯示。因此，在對其進(jìn)行故障診斷的同時(shí)，必須對故障進(jìn)行有效的分析和解決，以確保整機(jī)安全可靠地工作。在實(shí)際應(yīng)用中，要對整個(gè)檢測體系進(jìn)行持續(xù)的優(yōu)化，以提高檢測的準(zhǔn)確性。例如，當(dāng)采用計(jì)算機(jī)收集數(shù)據(jù)信息時(shí)，可以選用分布式的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來建立局部放電檢測的模式。另外，采用平行運(yùn)算的方法提高了檢測的準(zhǔn)確性。進(jìn)行在線檢測的同時(shí)，要正確地選用計(jì)算機(jī)硬件。對于10 kV高壓電氣設(shè)備，通常都是通過并行處理和串口處理的方法來實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控的。

（五）進(jìn)行在線監(jiān)測以及數(shù)據(jù)分析

在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過程當(dāng)中，在線監(jiān)測數(shù)據(jù)占據(jù)著十分關(guān)鍵的地位，可借助數(shù)據(jù)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(hào)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(shè)備里，局部放電檢測的關(guān)鍵指標(biāo)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(hào)進(jìn)行分析處理，以此保證局部放電在線監(jiān)測技術(shù)的準(zhǔn)確性與有效性。在對脈沖電流密度進(jìn)行分析時(shí)，主要依靠相關(guān)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(shè)備當(dāng)中的電流與電壓來完成計(jì)算分析工作的。另外可憑借檢測特高頻信號(hào)來判斷局部放電故障類型，確定恰當(dāng)?shù)奶幚矸桨竅5]。

（六）優(yōu)化高壓電氣設(shè)備局部放電物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

局部放電在線檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，并且根據(jù)現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，不斷對其進(jìn)行優(yōu)化和完善。該系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)對高壓電氣設(shè)備局部放電信號(hào)的采集、傳輸和處理，并通過數(shù)據(jù)處理平臺(tái)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，最終完成對數(shù)據(jù)的顯示。在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，通過智能化物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)能夠?qū)崟r(shí)顯示高壓電氣設(shè)備局部放電檢測的結(jié)果、局部放電缺陷的位置、缺陷類型等相關(guān)信息。通過遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)對局部放電檢測過程中相關(guān)參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制。通過對局部放電檢測結(jié)果和監(jiān)測參數(shù)的遠(yuǎn)程傳輸，能夠?yàn)橄嚓P(guān)管理人員提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)信息，工作人員可以在第一時(shí)間進(jìn)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(jù)[6]。

結(jié)語

10 kV高壓電氣設(shè)備局部放電在線檢測技術(shù)的運(yùn)用，能對電力系統(tǒng)運(yùn)行故障起到預(yù)防效果，還對防止事故出現(xiàn)有著關(guān)鍵作用。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，相關(guān)技術(shù)人員要強(qiáng)化對該技術(shù)的研究，把它應(yīng)用于電力系統(tǒng)。此文就10 kV高壓電氣設(shè)備局部放電在線檢測技術(shù)進(jìn)行了簡單分析研究，探討了其具體應(yīng)用策略。期望借助此文的分析探討，能提高10 kV高壓電氣設(shè)備局部放電在線檢測技術(shù)應(yīng)用水平，為相關(guān)領(lǐng)域研究提供參考。

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