電力設(shè)備絕緣局放檢測(cè)新技術(shù)應(yīng)用探析

徐永強(qiáng)

（湖北省隨州供電公司檢修分公司，湖北 隨州441300）

0 引言

局部放電是絕緣介質(zhì)中的一種電氣放電的形式，并且只是在被測(cè)介質(zhì)與導(dǎo)體之間的絕緣局部實(shí)現(xiàn)橋接，這種放電形式于導(dǎo)體鄰近地點(diǎn)存在發(fā)生放電與不發(fā)生放電2種狀態(tài)。同時(shí)，在進(jìn)行絕緣診斷的過程中，若局部放電長(zhǎng)期存在會(huì)嚴(yán)重影響絕緣劣化甚至擊穿。因此，在電力設(shè)備絕緣診斷中運(yùn)用局部放電檢測(cè)新技術(shù)，是目前電力設(shè)備制造以及運(yùn)行的一項(xiàng)重要預(yù)防性試驗(yàn)。

1 局部放電檢測(cè)技術(shù)概述

局部放電檢測(cè)技術(shù)用于對(duì)電力設(shè)備絕緣診斷，主要是以局部放電過程中所產(chǎn)生的現(xiàn)象為標(biāo)準(zhǔn)，通過能夠表述出的物理量體現(xiàn)局部放電的狀態(tài)。無論在直流狀態(tài)下還是在交流狀態(tài)下，進(jìn)行局部放電檢驗(yàn)的過程中都會(huì)產(chǎn)生脈沖電流、電磁輻射、超聲波以及光等全新的生成物，致使局部過熱。因此，針對(duì)產(chǎn)生相應(yīng)的物理性質(zhì)，隨之出現(xiàn)了脈沖電流法以及超聲波檢測(cè)法等方面的絕緣檢測(cè)技術(shù)手段。目前，電力設(shè)備絕緣診斷出現(xiàn)了運(yùn)用脈沖電流法以及超聲波檢測(cè)法等檢測(cè)技術(shù)，并且在局部放電檢測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛［1］。

2 電力設(shè)備絕緣局部放電檢測(cè)常用技術(shù)分析

2.1 脈沖電流法

脈沖電流法是一種應(yīng)用較為廣泛且較為常見的局部放電檢測(cè)方法，在電力設(shè)備絕緣診斷中較為常用。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）專門對(duì)此種方法制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)（IEC60270）。這一標(biāo)準(zhǔn)的制定，規(guī)范了在規(guī)定工頻下局部放電的檢測(cè)方法，認(rèn)為此種方法適合在直流條件下進(jìn)行局部放電檢測(cè)。

檢測(cè)脈沖電流的傳感器主要選用羅氏線圈，并依據(jù)測(cè)量過程中的頻帶數(shù)據(jù)分為窄帶測(cè)量以及寬帶測(cè)量。窄帶測(cè)量的頻寬一般為10kHz，中心頻率為20～30kHz；寬帶測(cè)量的頻寬一般為100kHz，中心頻率為200～400kHz之間。運(yùn)用此種方法在進(jìn)行局部放電檢測(cè)過程中同樣存在一定的缺點(diǎn)。在進(jìn)行測(cè)試過程中，此種方法的測(cè)試頻率小于1MHz，其中包含的信息量較少，導(dǎo)致輸出波形嚴(yán)重畸變。同時(shí)，在室內(nèi)以及室外的實(shí)驗(yàn)效果不同，容易受到信號(hào)干擾。

2.2 超聲波檢測(cè)法

電力設(shè)備運(yùn)行過程中，高壓絕緣體發(fā)生劣化時(shí)會(huì)發(fā)生局部放電現(xiàn)象，從而產(chǎn)生超聲波。同時(shí)在出現(xiàn)發(fā)電設(shè)備材料龜裂，機(jī)械產(chǎn)生異常的振動(dòng)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生超聲波。超聲波檢測(cè)法使用固定在電工設(shè)備外壁上的超生傳感器接收超聲波，應(yīng)用此種方法檢測(cè)局部放電的位置以及大小。為了更好地檢測(cè)鐵磁噪聲以及機(jī)械振動(dòng)，超聲波的頻帶選擇在10～500kHz，保證局部放電檢測(cè)準(zhǔn)確度的提升。這樣頻帶的設(shè)置，能保證在絕緣介質(zhì)發(fā)生故障時(shí)獲取檢測(cè)信息，及時(shí)檢測(cè)故障絕緣位置，保證電力設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。目前，超聲波檢測(cè)技術(shù)診斷在電力設(shè)備中應(yīng)用較為廣泛。例如：美國(guó)、加拿大利用超聲波檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)變電所絕緣立柱表面放電以及切換開關(guān)觸電放電的檢測(cè)與定位等。隨著近年來檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，超聲檢測(cè)靈敏度有了很大提升［2］。

3 電力設(shè)備絕緣局部放電新技術(shù)應(yīng)用分析

3.1 定向耦合差動(dòng)平衡法

定向耦合差動(dòng)平衡法主要是基于差動(dòng)平衡法以及極性鑒別法被提出。該法對(duì)于電磁干擾方面的抑制作用通常是基于空域（主要采取接地、隔離以及屏蔽等方法）以及時(shí)域（采取模擬以及數(shù)字濾波等）兩個(gè)方面采取相應(yīng)的措施，但往往無法抑制電暈放電、電弧放電等隨機(jī)脈沖干擾信號(hào)。對(duì)于此種問題，提出了差動(dòng)平衡法以及極性鑒別法。在進(jìn)行電力設(shè)備放電檢測(cè)過程中，需要通過電流脈沖獲取局部放電是否存在、放電的強(qiáng)弱水平以及放電的相應(yīng)順序。

從現(xiàn)有的結(jié)果進(jìn)行分析，當(dāng)某一介質(zhì)進(jìn)行放電時(shí)，雖然脈沖方面的信號(hào)通過電容耦合到其他兩相中，但由于相與相之間的電容較小，造成耦合過程得到的信號(hào)要小于普通信號(hào)傳輸?shù)?倍以上。利用這種方式，可以通過相位變換以及強(qiáng)弱判斷出相應(yīng)的放電位置。為此，在進(jìn)行電力設(shè)備絕緣局部放電技術(shù)研究的過程中，應(yīng)該基于時(shí)域以及空域的角度，在周期性干擾和白噪性干擾的基礎(chǔ)上提出定向耦合差動(dòng)平衡法，以有效減少脈沖干擾信號(hào)，提升電力設(shè)備絕緣檢測(cè)的精準(zhǔn)度。

經(jīng)過上述具體研究，差動(dòng)平衡法以及極性鑒別法在應(yīng)用過程中得到的數(shù)據(jù)為綜合性信息，不能夠判斷放電的位置以及相應(yīng)的順序。同時(shí)，差動(dòng)平衡法對(duì)信號(hào)抑制方面的效果較差，容易在電力設(shè)備絕緣診斷過程中丟失局部放電位置。但定向耦合差動(dòng)平衡法能有效避免相應(yīng)問題的產(chǎn)生，該種方法使用兩個(gè)電流傳感器，分別對(duì)高壓套管以及套管末屏接地線實(shí)現(xiàn)耦合，經(jīng)過調(diào)整幅、相之后將信號(hào)送入到差動(dòng)平衡系統(tǒng)中進(jìn)行處理［3］。這種方式的處理不僅能有效減少與避免外部信號(hào)的干擾，還能準(zhǔn)確定位放線相位。該方法能準(zhǔn)確地對(duì)電力設(shè)備絕緣進(jìn)行診斷，在具體的應(yīng)用過程中反映良好。

3.2 超高頻檢測(cè)法

超高頻檢測(cè)法同樣是目前電力設(shè)備絕緣局部放電的新型技術(shù)。在20世紀(jì)80年代之前，市場(chǎng)方面局部放電監(jiān)測(cè)儀的工作頻帶僅在1MHz之下，到1982年Boggs與Stone在試驗(yàn)中將測(cè)量頻帶達(dá)到了1GHz，并在此基礎(chǔ)上成功地測(cè)試出GIS中的初始局部放電脈沖。在此頻段之上，測(cè)試脈沖放電效果良好。

超高頻檢測(cè)技術(shù)又可以分為超高頻窄帶檢測(cè)和超高頻寬頻帶檢測(cè)。前者的中心頻率為500MHz以上，帶寬的單位為MHz，后者的帶寬為GHz，從而能夠凸顯出超高頻寬頻帶檢測(cè)的優(yōu)越性。同時(shí)，超高頻檢測(cè)技術(shù)在具體應(yīng)用過程中能有效避免外部電磁干擾，提升信噪比。目前超高頻測(cè)量已經(jīng)開始應(yīng)用在GIS、變壓器、XLPE電纜以及發(fā)電機(jī)的局部放電檢測(cè)中，效果良好。與脈沖電流檢測(cè)技術(shù)相比，超高頻檢測(cè)技術(shù)方面的不足之處在于缺乏有效的校準(zhǔn)方法。該技術(shù)自20世紀(jì)80年代末發(fā)展至今，在實(shí)際的應(yīng)用層面取得了良好的效果［4］。

3.3 分形理論應(yīng)用于局部放電檢測(cè)

分形理論的思想是當(dāng)今十分風(fēng)靡且較為活躍的新型理論，其數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是分形幾何學(xué)，即由分形幾何衍生出分形信息、分形設(shè)計(jì)以及分形藝術(shù)等方面的內(nèi)容。將分形理論應(yīng)用于局部放電檢測(cè)中用于電力設(shè)備絕緣的診斷，對(duì)于電力系統(tǒng)的運(yùn)行具有重要意義。判斷電力設(shè)備是否發(fā)生了局部放電，經(jīng)常采用的一種方法為指紋診斷法，即根據(jù)介質(zhì)局部放電量q、放電發(fā)生過程中的工頻電壓相位φ以及每秒內(nèi)放電次數(shù)n，通過具體繪制φ－q－n譜圖，并得到介質(zhì)發(fā)生局部放電的指紋內(nèi)容，將發(fā)生放電指紋與本指紋進(jìn)行比對(duì)，通過這種方式找出電力設(shè)備的絕緣位置［5］。同時(shí)，利用人工識(shí)別網(wǎng)絡(luò)來識(shí)別局部放電，以有效提升識(shí)別過程中的有效性，但由于在對(duì)比φ－q－n譜圖的過程中，想要滿足測(cè)量的準(zhǔn)確性就需要選取多個(gè)特征量，這造成人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在具體輸入的過程中輸入量以及分變量較多，出現(xiàn)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)問題。采用分形理論用來提取局部放電特征減少特征數(shù)量，提升人工輸入效率。實(shí)際研究表明，分形理論對(duì)于減少人工輸入數(shù)量方面具有廣闊的應(yīng)用前景以及應(yīng)用空間，能夠保證電力設(shè)備絕緣局部放電檢測(cè)取得良好的效果。

4 結(jié)語

綜上所述，對(duì)于電力設(shè)備絕緣局放檢測(cè)技術(shù)的研究，不僅能發(fā)現(xiàn)并檢測(cè)出電力設(shè)備的內(nèi)部絕緣狀態(tài)，還能通過局放檢測(cè)技術(shù)發(fā)現(xiàn)故障所在位置，以便及時(shí)處理。因此，在未來電力設(shè)備絕緣診斷的過程中，應(yīng)對(duì)局放檢測(cè)技術(shù)作出及時(shí)的創(chuàng)新與改進(jìn)，有效地提升供電設(shè)備的質(zhì)量。針對(duì)局部放電檢測(cè)，應(yīng)隨著科技的進(jìn)步及時(shí)進(jìn)行創(chuàng)新與完善，豐富局部放電檢測(cè)技術(shù)對(duì)于電力設(shè)備絕緣的診斷方法。

［1］孫強(qiáng)，董明，任重，等.現(xiàn)場(chǎng)用GIS沖擊耐壓試驗(yàn)及局部放電檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)［J］.高電壓技術(shù)，2012（3）

［2］司文榮，黃華，傅晨釗，等.直流下電工設(shè)備局部放電檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.變壓器，2012（12）

［3］阮羚，鄭重，高勝友，等.寬頻帶局部放電檢測(cè)與分析辨識(shí)技術(shù)［J］.高電壓技術(shù)，2010，36（10）

［4］吳云飛，汪濤，沈煜，等.特高壓換流變壓器現(xiàn)場(chǎng)局部放電試驗(yàn)技術(shù)［J］.高電壓技術(shù)，2011（9）

［5］曾雄杰，劉旭明.GIS設(shè)備局放類型圖譜以及現(xiàn)場(chǎng)局放測(cè)試診斷圖譜的應(yīng)用［J］.高壓電器，2013（11）