局部放電檢測及局部放電測試方法
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一、什么是局部放電試驗？
該數(shù)字局部放電檢測系統(tǒng)能感測出運轉(zhuǎn)設(shè)備故障、振動、泄漏及電氣局部放電所產(chǎn)生的高頻信號。數(shù)字局部放電測試儀使用獨特外差法將這些訊號轉(zhuǎn)換為音頻信號，讓操作者透過耳機(jī)來聽到這些聲音，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)字局部放電檢測系統(tǒng)使用超聲波技術(shù)的優(yōu)點就是容易理解、方便，超聲波是一高頻短波信號，此聲波是不被人耳所直接聽見，當(dāng)我們透過超聲波全功能偵測器可完全偵測到這些聲音。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的安全運行。
局部放電檢測系統(tǒng)專門用于變壓器、電機(jī)、互感器、電纜、GIS、開關(guān)、避雷器等電器設(shè)備的局部放電測量。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)供電運行部門、電力建設(shè)安裝調(diào)試部門的必備測試設(shè)備。
二、局部放電的測量原理？
數(shù)字局放儀運用的原理是脈沖電流法原理，即產(chǎn)生一次局部放電時，試品Cx兩端產(chǎn)生一個瞬時電壓變化Δu，此時若經(jīng)過電Ck耦合到一檢測阻抗Zd上，回路就會產(chǎn)生一脈沖電流I，將脈沖電流經(jīng)檢測阻抗產(chǎn)生的脈沖電壓信息，予以檢測、放大和顯示等處理，就可以測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)部實際的局部放電量是無法測量的，因為試品內(nèi)部的局部放電脈沖的傳輸路徑和方向是極其復(fù)雜的，因此我們只有通過對比法來檢測試品的視在放電電荷，即在測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)來建立標(biāo)尺，然后將在實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)行對比，以此來得到試品的視在放電電荷。
三、局部放電檢測系統(tǒng)及數(shù)字局部放電檢測系統(tǒng)的檢測方法
局部放電最直接的現(xiàn)象即引起電極間的電荷移，動每一次局部放電都伴有一定數(shù)量的電荷通過電。介質(zhì)引起試樣外部電極上的電壓變化另外每，次放電過程持續(xù)時間很短在氣隙中一次放電過程在10 ns 量級在油隙中一次放電時間也只有1ms 根據(jù)Maxwell 電磁理論如此短持續(xù)時間的放電脈，沖會產(chǎn)生高頻的電磁信號向外輻射局部放電電檢 測法即是基于這兩個原理常見的檢測方法有脈沖電流法無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法近年來得到廣泛關(guān)注。并逐漸有實用化的產(chǎn)品問世 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試方法國際電工委員會IEC 專門對此方法制 定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)IEC-270 該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了工頻交流 下局部放電的測試方法同時此方法也適合于直流條件下的局部放電測量脈沖電流法的基本測試回路分為直測法和平衡，法兩種直測法常遇到各種干擾特別是在現(xiàn)場環(huán) 境下會嚴(yán)重影響測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 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量靈敏度一般，比直測法低 脈沖電流法應(yīng)用廣泛 目前市場上大部分電類局部放電測試儀都采用直測法回路如瑞士Haefely，公司的TE571 局部放電測試儀JFD-2局部放電測試儀等等湖北省電力試驗研究院于2003 年曾對三，峽工程左岸電站2 號TWUM-840MVA/550kV 變壓器進(jìn)行了現(xiàn)場局部放電的離線檢測檢測時最小背 景干擾3.5pC 最小檢測量33.5 pC。
RIV 無線電干擾電壓法 包括射頻檢測法最早可 追溯到1925 年Schwarger 發(fā)現(xiàn)電暈放電會發(fā)射電磁波通過無線電干擾電壓表可以檢測到局部放電 的發(fā)生國外目前仍有采用無線電干擾電壓表檢測 局部放電的運用在國內(nèi)常用射頻傳感器檢測放電故又叫射頻檢測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 英國的Wilson 等人提出1996 年吳廣寧等人對，該傳感器做出改進(jìn)設(shè)計出用于大型電機(jī)局部放電。在線監(jiān)測用的寬頻電流傳感器并獲得實用新型專。利ZL97 2 42089.4 該傳感器在我國陜西秦嶺發(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)測并在元寶山發(fā)電廠投入試運行取得一定效果RIV 方法能定性檢測局部放電是否發(fā)生甚至可以根據(jù)電磁信號的強(qiáng)弱對電機(jī)線棒和沒有屏蔽層的長電纜進(jìn)行局部放電定位采用Rogowski 線圈，傳感器也能定量檢測放電強(qiáng)度且測試頻帶較寬1~30MHz 現(xiàn)場測試證明該方法具有較好的實用價值。
在20 世紀(jì)80 年代以前市場上局部放電檢測儀的工作頻帶僅在1MHz 以下1982 年Boggs 和 Stone 在他們的試驗中使測試儀器的測量頻帶達(dá)到1GHz 成功的測試出GIS 中的初始局部放電脈沖[5] 在此頻帶下噪聲信號衰減劇烈可有效的實現(xiàn)噪聲抑制且可以基本無損的再現(xiàn)局部放電脈沖從 而深化對局部放電的機(jī)理性研究。
超高頻檢測又分為超高頻窄帶檢測和超高頻超寬頻帶檢測前者中心頻率在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技術(shù)有噪聲抑制比高包含 信息多等優(yōu)點受到人們的關(guān)注通常所說的超高頻檢測技術(shù)即指超高頻超寬頻帶檢測，用于超高頻局部放電檢測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 等人就提出過他們設(shè)計的傳感器用于大型電機(jī)局部放電測試安裝在一個或兩個磁極上可探測到單根定子線棒的放電目前微帶天線傳感器已在檢測大型電力變壓器GIS 電力電纜等設(shè)備的局部放電上有相關(guān)應(yīng)用 對于大電機(jī)局部放電檢測，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)的因此對放電消耗功率的測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測量tgd 的值來測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)生放電脈沖信號而亞輝光放電的脈沖上升沿時間太長，普通的脈沖電流法檢測裝置中難以檢測出來但這 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Dtgd 才能判斷這種放電的狀態(tài)和帶。來的危害。
但是。DLA 方法只能定性的測量局部放電是否 發(fā)生基本不能檢測局部放電量的大小這限制了。DLA 方法的運用目前關(guān)于用DLA 方法測局部放，電的報道還很少。
以上列舉了一些電力設(shè)備常用局部放電檢測方法從目前市場上看電測法仍是局部放電檢測中，最重要的手段其中的脈沖電流法已經(jīng)很成熟由于其檢測靈敏度很高且容易進(jìn)行放電量校準(zhǔn)采 用高頻檢測阻抗還可準(zhǔn)確再現(xiàn)局部放電脈沖波形故在進(jìn)行局部放電機(jī)理研究實驗室離線測試中占，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)場環(huán)境中脈沖電流法。
應(yīng)用并不很多無線電干擾電壓法中Rogowski 線圈傳感器由于結(jié)構(gòu)簡單安裝方便檢測靈敏度高，頻帶寬等優(yōu)點在局部放電在線監(jiān)測中被廣泛采用 現(xiàn)在大型電機(jī)變壓器GIS 等設(shè)備的在線監(jiān)測中均有應(yīng)用超高頻檢測法是近年發(fā)展起來的新型局 部放電檢測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)點被認(rèn)為是最有潛力的局部放電在線檢測方法但是超高頻檢測用微帶天線 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 常伴有光聲熱等現(xiàn)象的 發(fā)生對此局部放電檢測技術(shù)中也相應(yīng)出現(xiàn)了光 測法聲測法紅外熱測法等非電量檢測方法較之電檢測法非電量檢測方法具有抗電磁干擾能力 強(qiáng)與試樣電容無關(guān)等優(yōu)點。
介質(zhì)中發(fā)生局部放電時 其瞬時釋放的能量將 放電源周圍的介質(zhì)加熱使其蒸發(fā)效果就像一個小 爆炸此時放電源如同一個聲源向外發(fā)出聲波由于放電持續(xù)時間很短所發(fā)射的聲波頻譜很寬 可達(dá)到數(shù)MHz 要有效檢測聲信號并將其轉(zhuǎn)化為電 信號傳感器的選擇是關(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 和動態(tài)麥克風(fēng)dynamic microphone 用于液體中類似于聲納的 所謂水中聽診器hydrophone 用于固體中的測震儀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最為重要的指標(biāo)若傳感器工作頻帶過窄脈沖相 應(yīng)時間過長容易造成信號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但是減小傳感器體積會導(dǎo)致傳感器測量面積減小進(jìn)而降低測試靈敏度反之若為了增大靈敏度而增大傳感器幾何尺 寸又會導(dǎo)致傳感器工作頻帶減小實際設(shè)計中往 往結(jié)合現(xiàn)場條件折中考慮這兩方面的要求 較之電測法聲測法在復(fù)雜設(shè)備放電源定位方 面有獨到的優(yōu)點但是由于聲波在傳播途徑中衰 減畸變嚴(yán)重聲測法基本不能反映放電量的大小 [17] 這使得實際中一般不獨立使用聲測法而將聲 測法和電測法結(jié)合起來使用
近年來采用光測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法只能測試表面放電和電暈放電故 在現(xiàn)場中光測法基本上沒有直接應(yīng)用 近年來 隨著光纖技術(shù)的發(fā)展將光纖技術(shù)和聲測法相結(jié)合提出了聲-光測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)致光纖輸出信號改變從而可以測得放電國外在電力變壓器和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)部測量局放當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生局部放電時超聲波在 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度的變化從而光波將 被調(diào)制通過適當(dāng)?shù)慕庹{(diào)器即可測量出超聲波可 實現(xiàn)放電定位。
當(dāng)電力設(shè)備絕緣中發(fā)生局部放電時，各種絕緣材料會發(fā)生分解破壞產(chǎn)生新的生成物通過檢測生成物的組成和濃度可以判斷局部放電的狀態(tài)。化學(xué)檢測方法一般檢測氣體液體絕緣介質(zhì)已在 GIS 變壓器等設(shè)備上有相關(guān)應(yīng)用。在 GIS 中局部放電會使SF6 氣體分解主要 生成SOF2 和SO2F2 。用氣體傳感器檢測這兩種氣體的含量即可檢測是否有局部放電產(chǎn)生。
在電力變壓器中 油色譜分析DGA 方法是 一種簡單經(jīng)濟(jì)有效的在線監(jiān)測方法它通過色 譜柱氣體傳感器分離檢測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)檢測法對 流通冷卻氣體進(jìn)行采樣檢測進(jìn)而判斷絕緣狀態(tài)的例子但是至今為止化學(xué)檢測法仍只能定 性檢測是否有局部放電產(chǎn)生基本不能反映放電的 性質(zhì)強(qiáng)度和位置 ，在眾多非電量檢測中超聲測法和化學(xué)檢測法，受到人們普遍關(guān)注超聲測法能夠有效地定位放電 源化學(xué)檢測法在氣體液體絕緣介質(zhì)中應(yīng)用廣泛但非電量檢測法較之電量檢測法靈敏度不高且很難或者不能對放電性質(zhì)放電強(qiáng)度進(jìn)行判斷故常和電檢測法結(jié)合應(yīng)用作為電檢測法的輔助檢測手段。
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