
局(jú)部放電發生的過程中伴(bàn)有聲、光、電、熱以及(jí)化學分解(jiě)等物(wù)理現(xiàn)象,利用這些過程都可以(yǐ)進行放電測量。因(yīn)此局部放電的檢測方法有脈衝電流法、超聲波法、紫外成像法、氣相色譜法(fǎ)、震蕩波(bō)法、特高頻法等多種檢測方法;盡管脈衝電流法測量(liàng)局放可以定量,但較難解決現(xiàn)場幹(gàn)擾(rǎo)問題(tí),而超高頻法抗幹擾能力強,又無法定量,隻能定性分析。超聲波法(fǎ)能(néng)夠進行局(jú)放(fàng)定位,是當前非常有用的輔助監測手段(duàn)。相對地,油中(zhōng)溶解氣(qì)體的在線(xiàn)監測(cè)方式(shì)則成熟得多,但無法監測突發性(xìng)故障。針對產生的不同表征有不同的試驗(yàn)方法,下麵將一一闡述(shù):
局部放電測量的目的是確定試品是否存在(zài)放(fàng)電及(jí)放電是否超標,確定局部放電起始和(hé)熄滅電壓。發(fā)現其它絕緣試驗不能檢查出來的絕緣(yuán)局部(bù)隱形缺陷(xiàn)及故障。
測量局部放電的方法分為(wéi)電測法和非電測法兩大類。非電測法不能用於(yú)定量測量,主要用於放電定(dìng)位,且靈敏度(dù)較低(dī)。電測法靈敏度較高且能定量,在電力工業中(zhōng)得到廣泛的應用。
局部放電最直接的(de)現象即引起(qǐ)電極間的電荷(hé)移動,每一次局部放電都(dōu)伴有一定數量的電荷(hé)通過電介質引(yǐn)起試樣外部電極上的電壓變化。另(lìng)外每次放(fàng)電過程持續時(shí)間很短,在氣隙中一次放(fàng)電過(guò)程在10ns量(liàng)級(jí);在油隙(xì)中一次放電時間也隻有(yǒu)1ms。根據Maxwell電磁(cí)理論,如此短持續時間的放電脈衝會產生高頻的電磁信號向外輻射。局部放電電檢測法(fǎ)即是基於這兩個原理(lǐ)常見(jiàn)的檢測(cè)方法有脈衝電流法(fǎ)、無線電幹(gàn)擾電壓法、介質損耗分析法等等。特(tè)別是(shì)20世紀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)注並逐漸有(yǒu)實用(yòng)化的產品問世。
1. 脈衝電流法
電測法中,應(yīng)用廣(guǎng)泛的(de)是高頻脈衝電(diàn)流法。高頻脈衝電流法是測量局(jú)部放電引起的在試樣兩端所產(chǎn)生的電壓(瞬時)變(biàn)化或脈衝電流(liú)變化。它是通過檢測阻抗接入到測量(liàng)回路(lù)中來檢測(cè)。通過輸入電荷校正方波,檢測變壓器套管末屏接地線、外殼(ké)接地(dì)線、中性點接(jiē)地線、鐵芯接地(dì)線以及繞組中由於(yú)局放引起的脈衝(chōng)電(diàn)流,獲得視在放電量。脈衝電(diàn)流法是研(yán)究最早、應用最廣泛的一種檢測方法(fǎ),IEC-60270為IEC於2000年正式公布(bù)的局放測量標準。脈衝電流法又(yòu)包括直接法和平衡檢測法。直接法(fǎ)在現場測量中遇到的困難較大,遭遇的幹擾較多,測(cè)試靈敏(mǐn)度(dù)不能保證。而(ér)平衡法中的各種電橋測量幹擾抑製比大。隻是(shì)靈敏度較低。
脈衝電流法現廣泛被用於變壓器出廠時的型式試驗以(yǐ)及電(diàn)氣交接試驗中,但不可否認(rèn)脈衝電流法存在著幾方麵的(de)問題:
1、抗幹擾能力差,受現場電磁幹擾如窄帶幹擾、脈衝幹擾和(hé)白噪聲等在變壓器投運後(hòu)無法有效應用於現場的在線監測;
2、盡管中頻電源局(jú)放試驗裝置是一種優良、穩(wěn)定的局放(fàng)試(shì)驗裝置(zhì)。但是(shì)在中頻250Hz下進行大型變壓器現(xiàn)場局部放電試驗時,被試變壓器加壓電流呈容性,容性補償是必須(xū)考慮(lǜ)的問題(tí);
3、由於(yú)檢測阻抗和放大(dà)器對測量的靈敏度、準確度、分辨率以及動態範圍等都有(yǒu)影響(xiǎng),因(yīn)此當試樣的電容量較大時,受禍合阻抗的限(xiàn)製,測試儀器的測量靈敏度受到一定限製;測(cè)量頻率低、頻帶窄,一般在20-300kHz,包含的(de)信息量少;
4、對於故障的定位是局放頻譜(pǔ)的分析,對試驗人員技(jì)術和(hé)經驗的要求很高。這些問(wèn)題也(yě)是在局部放電檢(jiǎn)測過程中需要克服和解決(jué)的問題(tí),所(suǒ)以盡管有這些問題存在(zài),脈衝電流法仍舊被普遍應(yīng)用。
2. 無線電幹擾電壓法
電測法還有RIV法,即無線電幹擾電壓法。局部放電(diàn)會產生無線電(diàn)幹(gàn)擾的現象很早就(jiù)被人們所認識。例如(rú)人(rén)們常采用無線電電壓幹擾儀來檢測由於局放對無線電通訊和無(wú)線電(diàn)控製的幹擾,並已製定了測量方法的標準。用RIV表來檢測局放的測量(liàng)線路與脈衝電流直測法的測量電路(lù)相似。此外,還可以利用一個接收線圈來接收由於局放而發出(chū)的電磁波,對於不(bú)同測試對象和不同(tóng)的環境條(tiáo)件,選頻放大器可以選(xuǎn)擇(zé)不同的中心頻率(從幾萬赫茲(zī)到幾十萬赫茲),以獲得(dé)最大的信噪比。RIV法又稱射頻檢測法,是因為常用射頻傳感器來進行檢測。我國專家在國外研究的基礎上設計出(chū)用於大型電機局部(bù)放電在線監測(cè)用的(de)寬頻電(diàn)流傳(chuán)感器,取得了良好的應用效果。並且隨(suí)著(zhe)濾波技術的發展,此傳感器在大型變壓器在線(xiàn)監測中(zhōng)應用廣泛。
國內外大量文獻已經證明了振蕩波電(diàn)壓和工頻電(diàn)壓具有良好(hǎo)的等(děng)效性,與工頻電壓、超低頻電壓(0.1Hz)相比,具有作(zuò)用時間短、操作方便、可以發現電纜中的各種缺陷、且不(bú)會對電纜造(zào)成損傷等優點,在國際(jì)上(shàng)已得到廣泛應用。振蕩(dàng)波電纜(lǎn)局(jú)部放電檢測裝置由高壓(yā)發生單元和局(jú)放測試回路組成,可以施加(jiā)0-28kV的直流電壓。測量過程中,首先(xiān)對被測電纜施加直(zhí)流電壓到期望值,然後合上(shàng)電子開關,被測電纜和係統內的電感線圈將發生諧振。在(zài)電纜(lǎn)上施加一個衰(shuāi)減振蕩的電壓,由(yóu)於測試回路中電阻的壓降可以忽略,所以振蕩波電壓(yā)幅值的(de)衰減是由(yóu)電纜本身的介質損耗決定的,所以電纜的介質損耗值是可以(yǐ)測得的。
3. 超高頻法
超高頻是通過超高頻傳感(gǎn)器接(jiē)收變壓器內部局部放電產生的超高頻電磁波,進行局(jú)部放電檢測,並(bìng)實現抗幹擾(rǎo)。變壓(yā)器局部每一次(cì)放電都是正負電荷的中(zhōng)和(hé),伴(bàn)隨有一(yī)個很陡的電流脈衝並向周圍輻射電磁波。也是近(jìn)年逐漸被運用的檢測(cè)方法。在80年代末,UHF法測量局部放(fàng)電首先(xiān)應(yīng)用在GIS設備中。UHF檢測的特點使其在局部放電檢測領域具有其它方法無法比擬的優點(diǎn),因而在(zài)近年(nián)來得到了(le)迅速(sù)的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用(yòng)。英國Strathclyde大學的Judd等人以盤式電容作為耦(ǒu)合特高頻信號(hào)的天線傳感器,在變壓器頂部靠近高壓側的箱體上開(kāi)一介質窗,傳感(gǎn)器通過介(jiè)質窗(chuāng)提取局部放電信號,送入頻譜分析儀,選取最優頻率後,使用頻譜儀的POW (po intones ave)模式進(jìn)行分析,取得了一定的成果。法(fǎ)國ALSTOM輸配電(diàn)研究中心的K.Ra ja等人在實驗室內研究了各種典型局部放電模型的UHF特(tè)性,通過頻譜儀的Zerospan方式檢測,並據此建立了模式識別方法。
高頻方法的研(yán)究也麵臨著一些問題,由於測量機理與(yǔ)脈(mò)衝(chōng)電流法不同,因此無法進行視在放電量的(de)標定,而目前大(dà)多數工程人員已經習慣於通過視在放電(diàn)量來反映(yìng)局放的嚴重程度,IEC規定有關(guān)局放(fàng)的變壓器產品出廠標準中,其指標也是通過局放量的(de)閾值來規定的。目前的研究表明,即使在(zài)局放源到傳感(gǎn)器之間的(de)傳播路徑不變的情況(kuàng)下,脈衝電流法的視在局放量與超高頻(pín)方法所測得的脈衝信號幅值(zhí)之間也(yě)沒有(yǒu)確定的對應關係(xì),這就更加大了應用該方法進行局放定量的難度;此外,由於變壓器內部絕緣結構的複雜(zá)性,局(jú)放產生的電磁(cí)
波在內部的傳播將存在大量的散射、折反射以及(jí)衰減,因而傳播特性研究和局放源定位工作將注定是(shì)難度很大而且充滿挑(tiāo)戰的。
4、介質損耗法
局部放電對絕緣材料的破壞作(zuò)用是與局部放電消耗的能量直接相關的。因此對放電消耗功率的測量很早(zǎo)就引起人們(men)的重視。在大多數絕緣結構中,隨著電壓的升高,絕緣(yuán)中氣隙或氣泡的數目將增加。此外局部放電的現象將導致介(jiè)質的損壞,從而使得介質損耗(hào)大大增加,因此可以通過測量介質損耗的值來測量局部放電能量從而判斷絕緣材料和結構的性能情況(kuàng)。介質損耗分析法特別適用(yòng)於測量低氣壓中存在的輝光或者亞輝光放電。由於輝光放電(diàn)不產生放電脈衝信號,而亞輝光放電的脈衝上升沿時間太長,普通(tōng)的脈衝電流法檢(jiǎn)測裝置中難以檢測出來。但這種放電消耗(hào)的能量很大,使(shǐ)得介質損耗很大。故隻有采用(yòng)電橋法檢測介質損耗才能判(pàn)斷這種放電的狀態和帶來的危害(hài)。
但是DLA方法隻能定性的(de)測量局部放電是否發生基本(běn)不能檢測(cè)局部放電(diàn)量的(de)大小這限製了DLA方法的運用目前關於用DLA方法測局部放電的報道還很少。
目前來看(kàn),電測法依然是局部放電試驗中最重要的手段。其中脈衝電流(liú)法仍是工程試驗中(zhōng)主要的測量方法,靈(líng)敏度(dù)高(gāo),放電量校準方便,利於獲取局部放電脈衝(chōng)波形,更好地分析變壓器故(gù)障。但是在現場試驗中,脈衝電流法(fǎ)容易受外部電磁路的幹擾,影響試驗分析的(de)準確性。
無線(xiàn)電幹擾電壓法中,Rogowski線圈傳感器由於結構簡(jiǎn)單、安裝(zhuāng)方便(biàn)、檢測(cè)靈敏度高、頻帶寬等優點在局部放電在線監測中被廣泛采用。現在大型電機變壓器GIS等設備的(de)在線監測中均有應用。超高頻檢測法是近年發(fā)展起來的(de)新型局部放電檢測方法,具有(yǒu)頻帶高、靈敏度好、抗電磁幹擾(rǎo)能力強等顯著優點,被認為是最(zuì)有潛(qián)力的(de)局部放電在線檢測方法。但是(shì)超(chāo)高頻檢測用微帶天線傳感
器目前還在(zài)研究之中製造工(gōng)藝(yì)要求甚高技術(shù)尚不成(chéng)熟。