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局部放电技术的作用

作者:上海均赫     文章来源:上海均赫    更新时间:2016年12月11日      我要评论(0)
内容预览
局部放电是绝缘介质中的一种电气放电,这种放电仅限制在被测介质中一部分且只使导体间的绝。缘局部桥接这种放电可能发生或可能不发生于导体的邻近电力设备绝缘中的某些薄弱部位在强 电场的作用下发生局部放电是高压绝缘中普遍存在的问题虽然局部放电一般不会引起绝缘的穿透性击穿但可以导致电介质特别是有机电介质的,局部损坏若局部放电长期存在在一定条件下会 导致绝缘劣化甚至击穿对电力设备进行局部放电试验不但能够了解设备的绝缘状况还能及时发现许多有关制造与安装方面的问题确定绝缘故障的原因及其严重程度。因此对电力设备进行局部放电测试是电力设备制造和运行中的一项重要预防性试验我国国家标准和国际电工委员会都对此提出了相应规范局部放电检测技术即是在这个背景下快速发展起来
 
  •  1.电检测法
  局部放电最直接的现象即引起电极间的电荷移,动每一次局部放电都伴有一定数量的电荷通过电。介质引起试样外部电极上的电压变化另外每,次放电过程持续时间很短在气隙中一次放电过程 在10 ns 量级在油隙中一次放电时间也只有1ms 根据Maxwell 电磁理论如此短持续时间的放电脉,冲会产生高频的电磁信号向外辐射局部放电电检 测法即是基于这两个原理常见的检测方法有脉冲 电流法无线电干扰电压法介质损耗分析法等等 特别是20 世纪80 年代由S. A. Boggs 博士和G. C. Stone 博士提出的超高频检测法近年来得到广泛关注。并逐渐有实用化的产品问世 2.1.1 脉冲电流法
  脉冲电流法是一种应用最为广泛的局部放电测试方法国际电工委员会IEC 专门对此方法制 定了相关标准IEC-270 该标准规定了工频交流 下局部放电的测试方法同时此方法也适合于直流条件下的局部放电测量 脉冲电流法的基本测试回路分为直测法和平衡,法两种直测法常遇到各种干扰特别是在现场环 境下会严重影响测试灵敏度而平衡法由于其抑 制共模干扰的优良性能得到广泛采用平衡法测 试回路有西林电桥差分电桥以及双电桥等形式,目前西林电桥干扰抑制比可达到几十差分法可达 到数百甚至上千但是平衡法的测量灵敏度一般,比直测法低 脉冲电流法应用广泛 目前市场上大部分电类 局部放电测试仪都采用直测法回路如瑞士Haefely,公司的TE571 局部放电测试仪JFD-2局部放电测 试仪等等湖北省电力试验研究院于2003 年曾对三,峡工程左岸电站2 号TWUM-840MVA/550kV 变压 器进行了现场局部放电的离线检测检测时最小背 景干扰3.5pC 最小检测量33.5 pC。
  1.2 无线电干扰电压法
  RIV 无线电干扰电压法 包括射频检测法最早可 追溯到1925 年Schwarger 发现电晕放电会发射电 磁波通过无线电干扰电压表可以检测到局部放电 的发生国外目前仍有采用无线电干扰电压表检测 局部放电的运用在国内常用射频传感器检测放 电故又叫射频检测法较常用射频传感器有电容 传感器Rogowski 线圈电流传感器和射频天线传感器等。
  Rogowski 线圈电流传感器是20 世纪80 年代由 英国的Wilson 等人提出1996 年吴广宁等人对,该传感器做出改进设计出用于大型电机局部放电。在线监测用的宽频电流传感器并获得实用新型专。利ZL97 2 42089.4 该传感器在我国陕西秦岭发电厂兰州西固热电厂已有应用[9] 清华大学朱德 恒等人将此传感器用于大型汽轮发电机-变压器组 的局部放电在线监测并在元宝山发电厂投入试运行取得一定效果RIV 方法能定性检测局部放电是否发生甚至 可以根据电磁信号的强弱对电机线棒和没有屏蔽层的长电缆进行局部放电定位采用Rogowski 线圈,传感器也能定量检测放电强度且测试频带较宽1~30MHz 现场测试证明该方法具有较好的实用价值。
  1.3 超高频 UHF 局部放电检测技术
  在20 世纪80 年代以前市场上局部放电检测仪的工作频带仅在1MHz 以下1982 年Boggs 和 Stone 在他们的试验中使测试仪器的测量频带达到1GHz 成功的测试出GIS 中的初始局部放电脉冲[5] 在此频带下噪声信号衰减剧烈可有效的实现噪声抑制且可以基本无损的再现局部放电脉冲从 而深化对局部放电的机理性研究。
  超高频检测又分为超高频窄带检测和超高频超宽频带检测前者中心频率在500MHz 以上带宽十几MHz 或几十MHz 后者带宽可达几GHz 由于超高频超宽频带检测技术有噪声抑制比高包含 信息多等优点受到人们的关注通常所说的超高频 检测技术即指超高频超宽频带检测,用于超高频局部放电检测的传感器主要为微带,天线传感器利用微带天线作传感器早在1980 年 Kurtz 等人就提出过他们设计的传感器用于大型 电机局部放电测试安装在一个或两个磁极上可探测到单根定子线棒的放电目前微带天线传感器已在检测大型电力变压器GIS 电力电缆等设备的局部放电上有相关应用 对于大电机局部放电检测,H. G. Sedding 等人 在1991 年提出一种定子槽耦合器stator slot coupler 该传感器由接地平面带状感应导体及两 端同轴输出电缆组成其耦合方式既不是感性也不 是容性而是具有分布参数的性质因此具有非常 宽的频带且能够反映内部放电和外部干扰在波形上的差异。
  1.4 介质损耗分析法
  DLA 局部放电对绝缘材料的破坏作用是与局部放电,消耗的能量直接相关的因此对放电消耗功率的测 量很早就引起人们的重视在大多数绝缘结构中,随着电压的升高绝缘中气隙或气泡的数目将 增加此外局部放电的现象将导致介质的损坏从,而使得tgd大大增加因此可以通过测量tgd 的值来 测量局部放电能量从而判断绝缘材料和结构的性能情况。
  介质损耗分析法特别适用于测量低气压中存在,的辉光或者亚辉光放电由于辉光放电不产生放电 脉冲信号而亚辉光放电的脉冲上升沿时间太长,普通的脉冲电流法检测装置中难以检测出来但这 种放电消耗的能量很大使得Dtgd 很大故只有采 用电桥法检测Dtgd 才能判断这种放电的状态和带。来的危害。
  但是。DLA 方法只能定性的测量局部放电是否 发生基本不能检测局部放电量的大小这限制了。DLA 方法的运用目前关于用DLA 方法测局部放,电的报道还很少。
  以上列举了一些电力设备常用局部放电检测方法从目前市场上看电测法仍是局部放电检测中,最重要的手段其中的脉冲电流法已经很成熟由 于其检测灵敏度很高且容易进行放电量校准采 用高频检测阻抗还可准确再现局部放电脉冲波形 故在进行局部放电机理研究实验室离线测试中占,主导地位但是由于其易受到外电路的电磁干扰 使其灵敏度大大下降在现场环境中脉冲电流法。
  应用并不很多无线电干扰电压法中Rogowski 线 圈传感器由于结构简单安装方便检测灵敏度高,频带宽等优点在局部放电在线监测中被广泛采用 现在大型电机变压器GIS 等设备的在线监测中 均有应用超高频检测法是近年发展起来的新型局 部放电检测方法具有频带高灵敏度好抗电磁干扰能力强等显着优点被认为是最有潜力的局部 放电在线检测方法但是超高频检测用微带天线 传感器目前还在研究之中制造工艺要求甚高技术尚不成熟。
  2.非电量检测法
  局部放电发生时 常伴有光声热等现象的 发生对此局部放电检测技术中也相应出现了光 测法声测法红外热测法等非电量检测方法较 之电检测法非电量检测方法具有抗电磁干扰能力 强与试样电容无关等优点。
  2.1 声测法
  介质中发生局部放电时 其瞬时释放的能量将 放电源周围的介质加热使其蒸发效果就像一个小 爆炸此时放电源如同一个声源向外发出声波 由于放电持续时间很短所发射的声波频谱很宽 可达到数MHz 要有效检测声信号并将其转化为电 信号传感器的选择是关键常用的声传感器有用 于气体中的电容麦克风condenser microphone 电介体麦克风electrets microphone 和动态麦克风dynamic microphone 用于液体中类似于声纳的 所谓水中听诊器hydrophone 用于固体中的测震 仪accelerometer 和声发射acoustic emission 传感器 在声-电传感器中工作频带和灵敏度是两个最为重要的指标若传感器工作频带过窄脉冲相 应时间过长容易造成信号混叠故必须保证传感器, 一定的工作频带而在宽频传感器中要求传感器,几何尺寸必须小于声波波长但是减小传感器体积会导致传感器测量面积减小进而降低测试灵敏 度反之若为了增大灵敏度而增大传感器几何尺 寸又会导致传感器工作频带减小实际设计中往 往结合现场条件折中考虑这两方面的要求 较之电测法 声测法在复杂设备放电源定位方 面有独到的优点但是由于声波在传播途径中衰 减畸变严重声测法基本不能反映放电量的大小 [17] 这使得实际中一般不独立使用声测法而将声 测法和电测法结合起来使用
  2.2 光测法
  近年来采用光测法在局部放电特征及介质老化,机理等方面的研究做了大量工作但是由于传感 器必须侵入设备且设备透光性能不好或者根本不 能透光光测法只能测试表面放电和电晕放电故 在现场中光测法基本上没有直接应用 近年来 随着光纤技术的发展将光纤技术和 声测法相结合提出了声-光测法该方法采用光纤传感器局部放电产生的声波压迫使得光纤性质改 变导致光纤输出信号改变从而可以测得放电 国外在电力变压器和GIS 设备中均有相关应用[18] Black Burn 等人将光纤传感器伸入到变压器内部测量局放当变压器内部发生局部放电时超声波在 油中传播这种机械压力波挤压光纤引起光纤变 形导致光折射率和光纤长度的变化从而光波将 被调制通过适当的解调器即可测量出超声波可 实现放电定位。
  2.3 化学检测法
  当电力设备绝缘中发生局部放电时,各种绝缘材料会发生分解破坏产生新的生成物通过检测 生成物的组成和浓度可以判断局部放电的状态。化学检测方法一般检测气体液体绝缘介质已在 GIS 变压器等设备上有相关应用。在 GIS 中局部放电会使SF6 气体分解主要 生成SOF2 和SO2F2 。 用气体传感器检测这两种气体的含量即可检测是否有局部放电产生。
  在电力变压器中 油色谱分析DGA 方法是 一种简单经济有效的在线监测方法它通过色 谱柱气体传感器分离检测出变压器油中各种可 溶性气体的含量并由此判断变压器绝缘状况 。在大型气冷发电机中 也有应用化学检测法对 流通冷却气体进行采样检测进而判断绝缘状 态的例子但是至今为止化学检测法仍只能定 性检测是否有局部放电产生基本不能反映放电的 性质强度和位置 ,在众多非电量检测中 超声测法和化学检测法,受到人们普遍关注超声测法能够有效地定位放电 源化学检测法在气体液体绝缘介质中应用广泛 但非电量检测法较之电量检测法灵敏度不高且很 难或者不能对放电性质放电强度进行判断故常 和电检测法结合应用作为电检测法的辅助检测手段。
 
局部放电的测量原理
 
  •   局放仪运用的原理是脉冲电流法原理,即产生一次局部放电时,试品Cx两端产生一个瞬时电压变化Δu,此时若经过电Ck耦合到一检测阻抗Zd上,回路就会产生一脉冲电流I,将脉冲电流经检测阻抗产生的脉冲电压信息,予以检测、放大和显示等处理,就可以测定局部放电的一些基本参量(主要是放电量q)。在这里需要指出的是,试品内部实际的局部放电量是无法测量的,因为试品内部的局部放电脉冲的传输路径和方向是极其复杂的,因此我们只有通过对比法来检测试品的视在放电电荷,即在测试之前先在试品两端注入一定的电量,调节放大倍数来建立标尺,然后将在实际电压下收到的试品内部的局部放电脉冲和标尺进行对比,以此来得到试品的视在放电电荷。
局部放电的表征参数
 
  •   局部放电是比较复杂的物理现象,必须通过多种表征参数才能全面的描绘其状态,同时局部放电对绝缘破坏的机理也是很复杂的,也需要通过不同的参数来评定它对绝缘的损害,目前我们只关心两个基本参数。
  1、视在放电电荷--在绝缘体中发生局部放电时,绝缘体上施加电压的两端出现的脉动电荷称之为视在放电电荷,单位用皮库(pc)表示,通常以稳定出现的最大视在放电电荷作为该试品的放电量。
  2、放电重复率--在测量时间内每秒中出现的放电次数的平均值称为放电重复率,单位为次/秒,放电重复率越高,对绝缘的损害越大。
局部放电产生原因
在电场作用下,绝缘系统中只有部分区域发生放电,但尚未击穿,(即在施加电压的导体之间没有击穿)。这种现象称之为局部放电。局部放电可能发生在导体边上,也可能发生在绝缘体的表面上和内部,发生在表面的称为表面局部放电。发生在内部的称为内部局部放电。而对于被气体包围的导体附近发生的局部放电,称之为电晕。由此 总结一下局部放电的定义,指部分的桥接导体间绝缘的一种电气放电,局部放电产生原因主要有以下几种:   1、电场不均匀。   2、电介质不均匀。   3、制造过程的气泡或杂质。最经常发生放电的原因是绝缘体内部或表面存在气泡;其次是有些设备的运行过程中会发生热胀冷缩,不同材料特别是导体与介质的膨胀系数不同,也会逐渐出现裂缝;再有一些是在运行过程中有机高分子的老化,分解出各种挥发物,在高场强的作用下,电荷不断地由导体进入介质中, 在注入点上就会使介质气化。
 
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