局部放電檢測(cè)及局部放電測(cè)試方法
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一、什么是局部放電試驗(yàn)？
該數(shù)字局部放電檢測(cè)系統(tǒng)能感測(cè)出運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備故障、振動(dòng)、泄漏及電氣局部放電所產(chǎn)生的高頻信號(hào)。數(shù)字局部放電測(cè)試儀使用獨(dú)特外差法將這些訊號(hào)轉(zhuǎn)換為音頻信號(hào)，讓操作者透過(guò)耳機(jī)來(lái)聽(tīng)到這些聲音，并于指針上看到強(qiáng)度指示。外差法原理就像是收音機(jī)，可將信號(hào)準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換成聲音，讓人們?nèi)菀椎乇嬲J(rèn)及了解。數(shù)字局部放電檢測(cè)系統(tǒng)使用超聲波技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)就是容易理解、方便，超聲波是一高頻短波信號(hào)，此聲波是不被人耳所直接聽(tīng)見(jiàn)，當(dāng)我們透過(guò)超聲波全功能偵測(cè)器可完全偵測(cè)到這些聲音。利用先進(jìn)的可視化超聲原理和精妙的傳感技術(shù)，能生動(dòng)顯示放電圖像，并以數(shù)字和聲音以及圖像的三種方式告知維修人員進(jìn)行檢修，確保GIS的安全運(yùn)行。
局部放電檢測(cè)系統(tǒng)專門用于變壓器、電機(jī)、互感器、電纜、GIS、開(kāi)關(guān)、避雷器等電器設(shè)備的局部放電測(cè)量。其技術(shù)性能完全符合IEC-270標(biāo)準(zhǔn)及GB7354標(biāo)準(zhǔn)要求，是電器設(shè)備制造廠、發(fā)供電運(yùn)行部門、電力建設(shè)安裝調(diào)試部門的必備測(cè)試設(shè)備。
二、局部放電的測(cè)量原理？
數(shù)字局放儀運(yùn)用的原理是脈沖電流法原理，即產(chǎn)生一次局部放電時(shí)，試品Cx兩端產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)電壓變化Δu，此時(shí)若經(jīng)過(guò)電Ck耦合到一檢測(cè)阻抗Zd上，回路就會(huì)產(chǎn)生一脈沖電流I，將脈沖電流經(jīng)檢測(cè)阻抗產(chǎn)生的脈沖電壓信息，予以檢測(cè)、放大和顯示等處理，就可以測(cè)定局部放電的一些基本參量（主要是放電量q）。在這里需要指出的是，試品內(nèi)部實(shí)際的局部放電量是無(wú)法測(cè)量的，因?yàn)樵嚻穬?nèi)部的局部放電脈沖的傳輸路徑和方向是極其復(fù)雜的，因此我們只有通過(guò)對(duì)比法來(lái)檢測(cè)試品的視在放電電荷，即在測(cè)試之前先在試品兩端注入一定的電量，調(diào)節(jié)放大倍數(shù)來(lái)建立標(biāo)尺，然后將在實(shí)際電壓下收到的試品內(nèi)部的局部放電脈沖和標(biāo)尺進(jìn)行對(duì)比，以此來(lái)得到試品的視在放電電荷。
三、局部放電檢測(cè)系統(tǒng)及數(shù)字局部放電檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法
局部放電最直接的現(xiàn)象即引起電極間的電荷移，動(dòng)每一次局部放電都伴有一定數(shù)量的電荷通過(guò)電。介質(zhì)引起試樣外部電極上的電壓變化另外每，次放電過(guò)程持續(xù)時(shí)間很短在氣隙中一次放電過(guò)程在10 ns 量級(jí)在油隙中一次放電時(shí)間也只有1ms 根據(jù)Maxwell 電磁理論如此短持續(xù)時(shí)間的放電脈，沖會(huì)產(chǎn)生高頻的電磁信號(hào)向外輻射局部放電電檢 測(cè)法即是基于這兩個(gè)原理常見(jiàn)的檢測(cè)方法有脈沖電流法無(wú)線電干擾電壓法介質(zhì)損耗分析法等等 特別是20 世紀(jì)80 年代由S. A. Boggs 博士和G. C. Stone 博士提出的超高頻檢測(cè)法近年來(lái)得到廣泛關(guān)注。并逐漸有實(shí)用化的產(chǎn)品問(wèn)世 2.1.1 脈沖電流法
脈沖電流法是一種應(yīng)用最為廣泛的局部放電測(cè)試方法國(guó)際電工委員會(huì)IEC 專門對(duì)此方法制 定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)IEC-270 該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了工頻交流 下局部放電的測(cè)試方法同時(shí)此方法也適合于直流條件下的局部放電測(cè)量脈沖電流法的基本測(cè)試回路分為直測(cè)法和平衡，法兩種直測(cè)法常遇到各種干擾特別是在現(xiàn)場(chǎng)環(huán) 境下會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)試靈敏度而平衡法由于其抑制共模干擾的優(yōu)良性能得到廣泛采用平衡法測(cè) 試回路有西林電橋差分電橋以及雙電橋等形式，目前西林電橋干擾抑制比可達(dá)到幾十差分法可達(dá)到數(shù)百甚至上千但是平衡法的測(cè)量靈敏度一般，比直測(cè)法低 脈沖電流法應(yīng)用廣泛 目前市場(chǎng)上大部分電類局部放電測(cè)試儀都采用直測(cè)法回路如瑞士Haefely，公司的TE571 局部放電測(cè)試儀JFD-2局部放電測(cè)試儀等等湖北省電力試驗(yàn)研究院于2003 年曾對(duì)三，峽工程左岸電站2 號(hào)TWUM-840MVA/550kV 變壓器進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)局部放電的離線檢測(cè)檢測(cè)時(shí)最小背 景干擾3.5pC 最小檢測(cè)量33.5 pC。
RIV 無(wú)線電干擾電壓法 包括射頻檢測(cè)法最早可 追溯到1925 年Schwarger 發(fā)現(xiàn)電暈放電會(huì)發(fā)射電磁波通過(guò)無(wú)線電干擾電壓表可以檢測(cè)到局部放電 的發(fā)生國(guó)外目前仍有采用無(wú)線電干擾電壓表檢測(cè) 局部放電的運(yùn)用在國(guó)內(nèi)常用射頻傳感器檢測(cè)放電故又叫射頻檢測(cè)法較常用射頻傳感器有電容 傳感器Rogowski 線圈電流傳感器和射頻天線傳感器等。
Rogowski 線圈電流傳感器是20 世紀(jì)80 年代由 英國(guó)的Wilson 等人提出1996 年吳廣寧等人對(duì)，該傳感器做出改進(jìn)設(shè)計(jì)出用于大型電機(jī)局部放電。在線監(jiān)測(cè)用的寬頻電流傳感器并獲得實(shí)用新型專。利ZL97 2 42089.4 該傳感器在我國(guó)陜西秦嶺發(fā)電廠蘭州西固熱電廠已有應(yīng)用[9] 清華大學(xué)朱德 恒等人將此傳感器用于大型汽輪發(fā)電機(jī)-變壓器組的局部放電在線監(jiān)測(cè)并在元寶山發(fā)電廠投入試運(yùn)行取得一定效果RIV 方法能定性檢測(cè)局部放電是否發(fā)生甚至可以根據(jù)電磁信號(hào)的強(qiáng)弱對(duì)電機(jī)線棒和沒(méi)有屏蔽層的長(zhǎng)電纜進(jìn)行局部放電定位采用Rogowski 線圈，傳感器也能定量檢測(cè)放電強(qiáng)度且測(cè)試頻帶較寬1~30MHz 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試證明該方法具有較好的實(shí)用價(jià)值。
在20 世紀(jì)80 年代以前市場(chǎng)上局部放電檢測(cè)儀的工作頻帶僅在1MHz 以下1982 年Boggs 和 Stone 在他們的試驗(yàn)中使測(cè)試儀器的測(cè)量頻帶達(dá)到1GHz 成功的測(cè)試出GIS 中的初始局部放電脈沖[5] 在此頻帶下噪聲信號(hào)衰減劇烈可有效的實(shí)現(xiàn)噪聲抑制且可以基本無(wú)損的再現(xiàn)局部放電脈沖從 而深化對(duì)局部放電的機(jī)理性研究。
超高頻檢測(cè)又分為超高頻窄帶檢測(cè)和超高頻超寬頻帶檢測(cè)前者中心頻率在500MHz 以上帶寬十幾MHz 或幾十MHz 后者帶寬可達(dá)幾GHz 由于超高頻超寬頻帶檢測(cè)技術(shù)有噪聲抑制比高包含 信息多等優(yōu)點(diǎn)受到人們的關(guān)注通常所說(shuō)的超高頻檢測(cè)技術(shù)即指超高頻超寬頻帶檢測(cè)，用于超高頻局部放電檢測(cè)的傳感器主要為微帶，天線傳感器利用微帶天線作傳感器早在1980 年 Kurtz 等人就提出過(guò)他們?cè)O(shè)計(jì)的傳感器用于大型電機(jī)局部放電測(cè)試安裝在一個(gè)或兩個(gè)磁極上可探測(cè)到單根定子線棒的放電目前微帶天線傳感器已在檢測(cè)大型電力變壓器GIS 電力電纜等設(shè)備的局部放電上有相關(guān)應(yīng)用 對(duì)于大電機(jī)局部放電檢測(cè)，H. G. Sedding 等人 在1991 年提出一種定子槽耦合器stator slot coupler 該傳感器由接地平面帶狀感應(yīng)導(dǎo)體及兩端同軸輸出電纜組成其耦合方式既不是感性也不 是容性而是具有分布參數(shù)的性質(zhì)因此具有非常寬的頻帶且能夠反映內(nèi)部放電和外部干擾在波形上的差異。
DLA 局部放電對(duì)絕緣材料的破壞作用是與局部放電，消耗的能量直接相關(guān)的因此對(duì)放電消耗功率的測(cè)量很早就引起人們的重視在大多數(shù)絕緣結(jié)構(gòu)中，隨著電壓的升高絕緣中氣隙或氣泡的數(shù)目將增加此外局部放電的現(xiàn)象將導(dǎo)致介質(zhì)的損壞從，而使得tgd大大增加因此可以通過(guò)測(cè)量tgd 的值來(lái)測(cè)量局部放電能量從而判斷絕緣材料和結(jié)構(gòu)的性能情況。
介質(zhì)損耗分析法特別適用于測(cè)量低氣壓中存在，的輝光或者亞輝光放電由于輝光放電不產(chǎn)生放電脈沖信號(hào)而亞輝光放電的脈沖上升沿時(shí)間太長(zhǎng)，普通的脈沖電流法檢測(cè)裝置中難以檢測(cè)出來(lái)但這 種放電消耗的能量很大使得Dtgd 很大故只有采用電橋法檢測(cè)Dtgd 才能判斷這種放電的狀態(tài)和帶。來(lái)的危害。
但是。DLA 方法只能定性的測(cè)量局部放電是否 發(fā)生基本不能檢測(cè)局部放電量的大小這限制了。DLA 方法的運(yùn)用目前關(guān)于用DLA 方法測(cè)局部放，電的報(bào)道還很少。
以上列舉了一些電力設(shè)備常用局部放電檢測(cè)方法從目前市場(chǎng)上看電測(cè)法仍是局部放電檢測(cè)中，最重要的手段其中的脈沖電流法已經(jīng)很成熟由于其檢測(cè)靈敏度很高且容易進(jìn)行放電量校準(zhǔn)采 用高頻檢測(cè)阻抗還可準(zhǔn)確再現(xiàn)局部放電脈沖波形故在進(jìn)行局部放電機(jī)理研究實(shí)驗(yàn)室離線測(cè)試中占，主導(dǎo)地位但是由于其易受到外電路的電磁干擾使其靈敏度大大下降在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中脈沖電流法。
應(yīng)用并不很多無(wú)線電干擾電壓法中Rogowski 線圈傳感器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單安裝方便檢測(cè)靈敏度高，頻帶寬等優(yōu)點(diǎn)在局部放電在線監(jiān)測(cè)中被廣泛采用 現(xiàn)在大型電機(jī)變壓器GIS 等設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)中均有應(yīng)用超高頻檢測(cè)法是近年發(fā)展起來(lái)的新型局 部放電檢測(cè)方法具有頻帶高靈敏度好抗電磁干擾能力強(qiáng)等顯著優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是最有潛力的局部放電在線檢測(cè)方法但是超高頻檢測(cè)用微帶天線 傳感器目前還在研究之中制造工藝要求甚高技術(shù)尚不成熟。
局部放電發(fā)生時(shí) 常伴有光聲熱等現(xiàn)象的 發(fā)生對(duì)此局部放電檢測(cè)技術(shù)中也相應(yīng)出現(xiàn)了光 測(cè)法聲測(cè)法紅外熱測(cè)法等非電量檢測(cè)方法較之電檢測(cè)法非電量檢測(cè)方法具有抗電磁干擾能力 強(qiáng)與試樣電容無(wú)關(guān)等優(yōu)點(diǎn)。
介質(zhì)中發(fā)生局部放電時(shí) 其瞬時(shí)釋放的能量將 放電源周圍的介質(zhì)加熱使其蒸發(fā)效果就像一個(gè)小 爆炸此時(shí)放電源如同一個(gè)聲源向外發(fā)出聲波由于放電持續(xù)時(shí)間很短所發(fā)射的聲波頻譜很寬 可達(dá)到數(shù)MHz 要有效檢測(cè)聲信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化為電 信號(hào)傳感器的選擇是關(guān)鍵常用的聲傳感器有用于氣體中的電容麥克風(fēng)condenser microphone 電介體麥克風(fēng)electrets microphone 和動(dòng)態(tài)麥克風(fēng)dynamic microphone 用于液體中類似于聲納的 所謂水中聽(tīng)診器hydrophone 用于固體中的測(cè)震儀accelerometer 和聲發(fā)射acoustic emission 傳感器在聲-電傳感器中工作頻帶和靈敏度是兩個(gè)最為重要的指標(biāo)若傳感器工作頻帶過(guò)窄脈沖相 應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)容易造成信號(hào)混疊故必須保證傳感器，一定的工作頻帶而在寬頻傳感器中要求傳感器，幾何尺寸必須小于聲波波長(zhǎng)但是減小傳感器體積會(huì)導(dǎo)致傳感器測(cè)量面積減小進(jìn)而降低測(cè)試靈敏度反之若為了增大靈敏度而增大傳感器幾何尺 寸又會(huì)導(dǎo)致傳感器工作頻帶減小實(shí)際設(shè)計(jì)中往 往結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件折中考慮這兩方面的要求 較之電測(cè)法聲測(cè)法在復(fù)雜設(shè)備放電源定位方 面有獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)但是由于聲波在傳播途徑中衰 減畸變嚴(yán)重聲測(cè)法基本不能反映放電量的大小 [17] 這使得實(shí)際中一般不獨(dú)立使用聲測(cè)法而將聲 測(cè)法和電測(cè)法結(jié)合起來(lái)使用
近年來(lái)采用光測(cè)法在局部放電特征及介質(zhì)老化，機(jī)理等方面的研究做了大量工作但是由于傳感 器必須侵入設(shè)備且設(shè)備透光性能不好或者根本不能透光光測(cè)法只能測(cè)試表面放電和電暈放電故 在現(xiàn)場(chǎng)中光測(cè)法基本上沒(méi)有直接應(yīng)用 近年來(lái) 隨著光纖技術(shù)的發(fā)展將光纖技術(shù)和聲測(cè)法相結(jié)合提出了聲-光測(cè)法該方法采用光纖傳感器局部放電產(chǎn)生的聲波壓迫使得光纖性質(zhì)改 變導(dǎo)致光纖輸出信號(hào)改變從而可以測(cè)得放電國(guó)外在電力變壓器和GIS 設(shè)備中均有相關(guān)應(yīng)用[18] Black Burn 等人將光纖傳感器伸入到變壓器內(nèi)部測(cè)量局放當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)超聲波在 油中傳播這種機(jī)械壓力波擠壓光纖引起光纖變形導(dǎo)致光折射率和光纖長(zhǎng)度的變化從而光波將 被調(diào)制通過(guò)適當(dāng)?shù)慕庹{(diào)器即可測(cè)量出超聲波可 實(shí)現(xiàn)放電定位。
當(dāng)電力設(shè)備絕緣中發(fā)生局部放電時(shí)，各種絕緣材料會(huì)發(fā)生分解破壞產(chǎn)生新的生成物通過(guò)檢測(cè)生成物的組成和濃度可以判斷局部放電的狀態(tài)?；瘜W(xué)檢測(cè)方法一般檢測(cè)氣體液體絕緣介質(zhì)已在 GIS 變壓器等設(shè)備上有相關(guān)應(yīng)用。在 GIS 中局部放電會(huì)使SF6 氣體分解主要 生成SOF2 和SO2F2 。用氣體傳感器檢測(cè)這兩種氣體的含量即可檢測(cè)是否有局部放電產(chǎn)生。
在電力變壓器中 油色譜分析DGA 方法是 一種簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)有效的在線監(jiān)測(cè)方法它通過(guò)色 譜柱氣體傳感器分離檢測(cè)出變壓器油中各種可溶性氣體的含量并由此判斷變壓器絕緣狀況 。在大型氣冷發(fā)電機(jī)中 也有應(yīng)用化學(xué)檢測(cè)法對(duì) 流通冷卻氣體進(jìn)行采樣檢測(cè)進(jìn)而判斷絕緣狀態(tài)的例子但是至今為止化學(xué)檢測(cè)法仍只能定 性檢測(cè)是否有局部放電產(chǎn)生基本不能反映放電的 性質(zhì)強(qiáng)度和位置 ，在眾多非電量檢測(cè)中超聲測(cè)法和化學(xué)檢測(cè)法，受到人們普遍關(guān)注超聲測(cè)法能夠有效地定位放電 源化學(xué)檢測(cè)法在氣體液體絕緣介質(zhì)中應(yīng)用廣泛但非電量檢測(cè)法較之電量檢測(cè)法靈敏度不高且很難或者不能對(duì)放電性質(zhì)放電強(qiáng)度進(jìn)行判斷故常和電檢測(cè)法結(jié)合應(yīng)用作為電檢測(cè)法的輔助檢測(cè)手段。
評(píng)論