刘玉达
华能大庆热电有限公司 黑龙江 大庆 163712
摘要：电力企业需要对设备运行采取有效的检测方法，将出现问题的可能性降至最低。而局部放电检测技术是众多检测技术中的一种，它被认为是电气设备中最重要、最有效的绝缘状态评估法，在电气设备绝缘状态的诊断及评估中得到了大量的研究及应用。基于此，本文详细分析了电气设备局部放电的检测方法。
关键词：电气设备；局部放电；检测技术
我国电力系统正朝着大规模、远距离、特高压、智能化、交直流混合输电方向发展。电气设备的安全运行是电网安全可靠运行的重要保障，而电气设备绝缘是否良好直接影响到电气设备能否安全运行。局部放电检测是判断绝缘系统的有效手段及评估方法，因此局部放电检测方法的研究显得尤为重要。
一、脉冲电流法
脉冲电流法是一种早期的电气设备局部放电检测手段，其检测原理是通过获得耦合阻抗，在耦合电容侧或通过Rogowski线圈从电力设备中性点或接地点处测取由局部放电引起的脉冲电流，能获得放电量、放电相位等信息，属于定量测量。传统的脉冲电流法分为宽频及窄频两种，宽频检测频率为100～400kHz，该方法具有检测信息丰富、脉冲分辨率高、信噪比低等特点；窄频检测频率为10～100kHz，其特点是抗干扰能力强，灵敏度高，检测信息不够丰富，脉冲分辨率低。通常，脉冲检测法的优点是离线测量灵敏度高，测量结果直观有效；缺点是实际运行设备现场存在多种形式的电磁干扰，与离线测量相比无局部放电升压试验条件，因此基于脉冲电流法的带电或在线局部放电试验应用较少。该方法主要用于电气设备的型式试验、出厂试验等离线测量。针对传统脉冲电流法的优缺点，德国MAY公司采用先进的软硬件结合消噪抗干扰技术对该方法进行了改进，实现了该方法在高压开关柜设备运行中的应用，且成功研发了INDIPARD局部放电在线监测系统和INDIPROT便携式局部放电监测系统。有学者选择测量阻抗带宽为30MHz来测量局部放电的脉冲电流信号，该方法基于脉冲电流法的宽频处理方法，对局部放电波形进行分类数据处理，消除噪声干扰。与传统的调频抑制噪声法相比，其噪声抑制效果更好，在电气现场中得到了广泛应用。我国有学者在脉冲电流法的基础上，采用全过程检测技术、离线测量技术、设计电晕笼计算起晕电压技术对电力电缆局部放电进行检测，判断绝缘缺陷。利用局部放电宽带高频脉冲电流检测高压电缆的绝缘缺陷，并对各种典型绝缘缺陷进行实验建模，获得了大量典型的绝缘故障局部放电信号样本，为现场检测提供了数据标准。
二、化学检测法
化学检测法的检测原理是基于电气设备的局部放电时，绝缘材料会裂化并产生新的气体，通过对所产生气体(氢气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳、二氧化碳等)的浓度和成分的检测分析，判断电气设备是否有局部放电现象。主要技术手段包括变压器油中溶解气体分析及SF6气态状态检测。油中溶解气体分析技术的发展是以色谱技术的产生为基础的，此方法是由俄国植物学家米哈伊尔·茨维特于1903年创立的，1952年马丁(A.J.P.Martin)、辛格(R.L.M.Sgnge)、詹姆斯(A.T.James)等人在色谱法基础上首次建立了气相色谱法，为油中溶解气体的分析技术奠定了基础。我国油中溶解气体分析技术始于上世纪60年代，70年代后应用范围迅速扩大，至今已遍布全国。色谱分离的原理是当混合物两相间作相对运动时，样品的各组分在相间反复多次分配，不同分配系数组分在色谱柱中的运行速度不同，致使滞留时间也不同。分配系数小的组分会较快的流出色谱柱；分配系数大的组分易滞留在固定相间，流过色谱柱的速度较慢。这样流经一定的柱长后，样品中各组分被分离。主要用于6～1000kV交直流设备，包括变压器、电抗器、电流互感器、电压互感器等充油设备，应用过程贯穿于设备制造、安装、运行和退役的全寿命周期监督。
SF6气体状态检测技术根据气体的理化特性和电气特性获取状态参数，实现SF6气体绝缘设备的故障诊断。当前，SF6气体状态检测技术主要应用于设备的气体质量监督管理、运行设备状态检测与评价、GIS设备的故障气室定位。化学检测法具有检测速度快、抗干扰能力强、自动化程度高等优点。然而，由于电气设备故障检测灵敏度低、气体成分在线提取困难等缺点，化学检测法往往与其他方法相结合使用。
三、超声波检测法
当电气设备发生局部放电时，会产生电荷中和及相对陡峭的电流脉冲，在电流脉冲的作用下，局部放电区域会因瞬间受热而膨胀，膨胀区域在放电后会恢复到原来的体积，这样，因局部放电导致体积的一涨一缩，瞬间造成介质疏密变化，形成超声波，并以球面波的形式从局放点向周围传播，因此超声波是伴随着局部放电产生的。局部放电产生的声波由脉冲形成，超声波检测法可通过对运动颗粒产生的机械波、对颗粒的运动状态进行区分来检测。局部放电产生的声波频谱约为10～107Hz，不同的电气设备、传播介质、放电状态和环境条件都会对检测到的声波频率产生影响。SF6局部放电可检测到较丰富的声波低频分量；在GIS设备局部放电超声检测中，超声波传感器的谐振频率通常在25Hz左右，而在电力变压器中，超声波传感器的谐振频率通常在150Hz左右。在电脉冲通过试品过程中，会产生超声波脉冲，它与电荷分布有关，且与空间电荷成比例，因此，通过对超声波信号的测量，可得到空间电荷的组成部分和存在的位置，理论上可测量绝缘材料中的电荷分布，但当前仍无法实现。
四、特高频检测法
电气设备在发生局部放电时，每一次放电都会产生电荷中和，同时产生一个上升沿较陡的脉冲电流，然后向周围辐射电磁波。研究这种电磁波的频谱特性后，发现它与局部放电间隙的绝缘强度及局放源的几何形状有关。当放电间隙小或绝缘间隙绝缘强度高时，电流脉冲上升沿较陡，具有较强的电磁波辐射能力。研究表明，SF6气体及变压器油绝缘中局部放电时所辐射的电磁波可达几GHz。因此，局部放电的检测可通过检测超高频电磁波来实现。局部放电特高频检测法起源于对GIS的研究，有文献研究了GIS局部放电产生特高频电磁波的原理及相应的检测方法；研究了特高频电磁波在GIS中的传播特性，结果表明，局部放电信号在GIS中以三种形式传播，即横电磁波(TEM)、横电波(TE)和横磁波(TM)。GIS的结构尺寸决定了TE波及TM波传播的截止频率，在间隔效应的作用下，1个GIS系统就像一系列的谐振腔，信号在谐振腔中传播损耗小，传播时间长，一般1ns级的局部放电信号的持续时间在10ms以上，有利于信号检测。
五、光测法
当电气设备发生局部放电时，会伴随着辐射出光信号，通过检测光信号来检测局部放电的方法称为光测法。当前，许多学者已用光测法对局部放电特性和介质老化机理进行了大量的研究，但这种方法中使用的传感器必须侵入设备，而设备的透光性能直接影响信号的检测。变压器油中局部放电的信号波长一般为500～700nm。有学者利用荧光光纤在变压器油中的局部放电进行检测，在绝缘油中放置多个荧光光纤来定位局部放电源。目前，光测法仍处于实验研究阶段，因用于光测法的设备价格昂贵和测量灵敏度低，从而限制了光测法的现场应用。然而，一旦传感器植入设备内部得到解决，光测法将在局部放电检测领域具有广阔的应用前景。
综上所述，局部放电是由于绝缘介质中局部区域击穿而引起的放电现象。局部放电检测与分析作为评价电气设备绝缘性能的重要手段，是科研机构、设备制造商和电力系统运行部门最为关注的问题，特别是近年来随着高电压等级电网的建设，设备的安全可靠运行越来越受到重视，电气设备局部放电的研究和现场应用取得了很大进展。
参考文献：
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[2]张文霞.脉冲电流法在局部放电测试中的应用[J].内蒙古电力技术，2015(02).
[3]刘克民.局部放电光学检测技术研究进展[J].电子测量技术，2015(01).