电气设备局部放电检测技术述评

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1、电气设备局部放电检测技术述评局部放电(partialdischarge,PD,简称局放)是绝缘介质中局部区域击穿导致的放电现象。与击穿或者闪络不同,局部放电是绝缘局部区域的微小击穿,是绝缘劣化的初始现象[1-2]。电气设备绝缘材料多为有机材料,如变压器油、绝缘纸、环氧等。通常电气设备绝缘体所承受的电场分布是不均匀的,而电介质本身通常也是不均匀的,如气体-固体复合绝缘、液体-固体复合绝缘等。即使是单一的绝缘介质,在制造、运行过程中也会在介质内部出现气泡、杂质等其他物质,这就导致了在绝缘介质内部或表面会出现高场强区域,一旦这些区域的场强高到足

2、以引起该区域的局部击穿,就会出现局部区域的放电,而此时其他区域仍会保持良好的绝缘性能,这就形成了局部放电。它可能产生在固体绝缘孔隙中、液体绝缘气泡中或不同介电特性的绝缘层间。如果电场强度高于介质所具有的特定值,也可能发生在液体或固体绝缘中。局部放电不会立即导致绝缘整体的击穿,但其对绝缘介质的危害异常严重。一旦介质中出现局部放电,通过对其周围绝缘介质不断侵蚀,最终会导致整个绝缘系统的失效。局部放电是造成绝缘劣化的主要原因,也是绝缘劣化的重要征兆和表现形式,与绝缘材料的劣化和绝缘体的击穿过程密切相关,能有效地反映设备内部绝缘的潜伏性缺陷和故障

3、,尤其对突发性故障的早期发现比介损测量、色谱分析等方法要有效得多[3-4]。绝缘介质中局部放电现象的研究已经有了近80年的历史[5]。众多研究者通过试验研究、理论分析、物理建模等方法研究了局部放电的产生机理及基本的放电特性,研究结果表明局部放电与外加电压的类型、绝缘介质本身的材料特性、缺陷处的电场分布及放电所产生的空间电荷有着密切的关系[6-8]。局部放电的检测都是以局部放电发生时所产生的各种物理量的检测为基础。当介质中发生局部放电时,会产生电脉冲、电磁波、超声波、光、局部过热及一些新的化学产物,与此相应的出现了电学检测法、声学检测法、光

4、学检测法及化学检测法等。当设备内部发生局部放电时,对局部放电源的定位往往借助这些常见的检测方法,通过多个传感器的检测和空间信号分析等进行局部放电源的定位。此外对检测到的放电信号还需要进行放电类型的识别,因此借助于各种信号分析和智能算法的模式识别方法也是局部放电研究的一个重要内容。随着局部放电研究的深入,众多运行单位和研究者也发现单纯采用传统的放电量、放电频率等参数已经无法满足对设备绝缘状态的评估,利用多个局部放电的相关信息进行局部放电源的危险程度评估也是目前的研究热点。作为电气设备绝缘性能重要的评价手段,局部放电的检测与分析是研究机构、设

5、备制造厂商及电力系统运行部门最为关心的问题,特别是随着近年来高电压等级电网的大量建设,对设备安全可靠运行的重视程度日益增加,电气设备局部放电的研究及现场应用获得了极大的进展。本文针对电气设备局部放电的检测及分析,综述了近年来局部放电检测和分析方面的相关重要研究成果,讨论了目前电气设备局部放电研究及实践中存在的问题及可能的解决思路,提出了今后研究和应用中可能的发展方向。 1局部放电的检测技术电气设备的局部放电测量会在设备出厂、现场试验及设备运行过程中进行,对检测结果的准确分析需要局部放电的强度、模式及定位3方面信息的准确获得。检测技术是局部

6、放电分析的基础,模式识别给出了导致发生局放的原因及类型,定位则给出了局放源的准确位置,而局部放电的强度则给出了当前局部放电活动的剧烈程度,这3方面信息的结合才能进行介质绝缘状态的合理准确评估。局部放电的检测技术一直以来都是局部放电研究领域的重点,目前常用的方法主要有以下几种。1.1脉冲电流法脉冲电流法是目前唯一有国际标准的局部放电检测方法[9],它是通过获取测量阻抗在耦合电容侧或通过Rogowski线圈从电力设备的中性点或接地点测取由于局部放电所引起的脉冲电流,可以获得诸如视在放电量、放电相位、放电频次等信息。传统的脉冲电流法可分为宽带和

7、窄带测量2种,宽带检测法的下限检测频率为30~100kHz之间,上限检测频率<500kHz,检测频带宽度为100~400kHz,其具有脉冲分辨率高、信息相对丰富的优点,但信噪比低。窄带检测法的频带宽度较小,一般为9~30kHz,中心频率为50kHz~1MHz,其具有灵敏度高、抗干扰能力强的优点,但脉冲分辨率低、信息不够丰富的缺点[10]。针对传统脉冲电流法的不足,近年来有研究者采用更高的检测频带进行局部放电脉冲电流的检测,文献[11-14]采用带宽为30MHz的测量阻抗进行局部放电脉冲电流信号的测量,该方法采用独特的基于波形特征分类的数据

8、处理方法进行噪声的剔除,即根据噪声脉冲和局放脉冲在脉冲波形特征上的区别,将脉冲在时域和频域进行变换,计算每个脉冲的等效带宽W和等效时间T,将其投影到2维T-W平面进行聚类分析,根据噪声聚类和局