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局部放电测试仪的主要检测手段

局部放电是个复杂的物理过程,当局部放电发生时,放电空间内的电荷会产生移动,使试品两端出现脉动电流。局部放电还伴随着电磁波的辐射,这些射线能量大,在其作用下会使得高分子分解为单体,而某些射线会让分子间产生交联而导致材料发脆;同时,电子、正负离子等粒子的反复撞击和复合会发射声波和光。周围介质因受局部放电作用而分解出许多新的生成物,例如如果在支撑导体的固体绝缘子填充剂中有硅元素存在时,可能生成SiF4,这种生成物具有导电性,污染SiF6,从而降低其击穿场强,最终造成击穿或闪络。另外局部放电过程中生成的许多活性生成物,如臭氧、各种游离基因等,遇到水分就化合成硝酸和草酸等腐蚀绝缘体,进一步劣化了绝缘性能。

局部放电能引起产生脉冲电流、超高频的电磁波、超声波以及多种气态物质,正是这一系列的物理效应和化学反应,使得人们可以通过对这些物理量实施监测以及对探测信息的融合分析就可以对局部放电进行定位、故障分析等。

① 脉冲电流法是目前技术最成熟应用最广泛的一种局部放电测试方法,国际电工委员会(IEC)于2000年专门针对此法制定了局部放电测量的相关标准,这也是唯一个有标准的测量方法。脉冲电流法通过检测外围测量回路的脉冲电流实现对局部放电的测量,测试电路主要有并联法、串联法和平衡法三种,受现场的实验条件限制,通常采用并联法[f}l。该法可测得多种放电值来表征局部放电,包括视在放电电荷量、放电相位、放电次数、放电平均电流、放电能量和功率等,还可进一步进行数据处理,得到各种二维和三维放电谱图,能够较全面的描述局部放电的状态,因此广泛应用于各种电力设备的局放检测。其优点是测量的灵敏度高,局放量可以参照标准进行标定,能得到放电的各种具体指标。但脉冲电流法易受测量回路中检测阻抗和放大器的影响,抗干扰能力较差;另外测量的频率较低、频带较窄、包含的信息量较少,通常被用于绝缘器件的出厂试验以及其他离线测试。

② 电磁波法通过天线传感器接收局部放电过程辐射出的超高频电磁波,早在20世纪20年代就已经开始使用。人们最早认识到局部放电的危害,并不是它对绝缘性能的破坏,而是对无线电通信系统的干扰,最初的无线电干扰电压法(RIV法)能定性的检测出局放是否发生,这种方法被用于检测电机线棒的局放情况和对没有屏蔽层的长电缆进行局放定位。RIV法测量的频率较低,一般用窄频测试,频带约为10kHz,除了西欧一些工厂由于历史的原因继续采用该法外,其他地方已经使用得很少了。现在的甚高频(VHF)或超高频(UHF)测试方法测量频带非常宽,可达几GHz,这样就有效地避开了工业现场中电晕、开关操作等多种电气干扰,而且检测的灵敏度也很高,能识别故障类型和定位。UHF法已成功应用于GIS的局部放电在线监测,VHF法也在发电机的局部放电在线监测上得到使用。该法由于信号频率较高,对数据采集设备和相应的信号调理电路要求很高,造价不菲,作为一个开关柜功能单元来讲并不经济适用,不便于推广应用;另外受信号处理技术的限制,超高频局放信号的调理难度较大,处理的数据量多,而嵌入式芯片的处理速度和存储容量有限,目前还无法作为一种嵌入式监测单位固化在开关柜上。

③ 气相色谱法(DGA)是一种基于油中气体成分分析的化学检测方法,广泛应用于变压器故障类型和故障程度的诊断。局部放电会使周围的介质分解出很多新的生成物,如SiF4、臭氧等,通过色谱柱、气体传感器检测这些新的生成物的成分和浓度,进而就能判别局部放电的程度。该方法简单有效,准确度高,能避开电磁干扰,在变压器的故障诊断中得到大量使用。但气相色谱法检测过程耗时较长,不能监测突发性故障;而且目前该法只能检测局放是否发生,还不能反应局部放电的类型和位置。

④ 超声波法是利用局放产生的超声波信号来对检测局放的程度和位置,其常用频带是20k-220kHz,可以避开机械振动噪声,受电磁干扰小,而且灵敏度高,检测时不用嵌入到设备内部,不影响开关柜的正常运行,比较适合在线监测局部放电。另外随着数据采集技术的发展,现在的数据采集卡完全可以满足采集超声波信号的要求,因此本文选择用超声波来监测开关柜局部放电。局部放电产生时可以当成是一个点声源向四周发射球面波,此时超声波会向多个角度传播,传播路径复杂,加上电气设备内部构造复杂,导致超声信号衰减严重而影响检测灵敏度。这些问题的存在也为超声波局部放电的检测带来一定的困难。

此外,光测法、射频检测法和介质损耗分析法等也是电力设备常用的局部放电检测方法,但由于受相关技术发展的限制和自身的局限,未能得到广泛的应用。


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