局部放電帶電檢測技術(shù)簡介

1、局部放電帶電檢測技術(shù)局部放電帶電檢測技術(shù)簡介簡介主要內(nèi)容主要內(nèi)容工作開展的背景工作開展的背景1基本原理基本原理2常用局部放電檢測方法簡介常用局部放電檢測方法簡介3典型案例典型案例4工作開展的背景工作開展的背景v狀態(tài)檢修工作背景長期以來，公司系統(tǒng)電網(wǎng)設(shè)備檢修采用定期檢修和故障檢修相結(jié)合的模式。定期檢修模式建立在以往設(shè)備運行統(tǒng)計規(guī)律基礎(chǔ)之上，在多年的生產(chǎn)實踐中有效地保障了電網(wǎng)的安全運行，避免了許多設(shè)備事故的發(fā)生。但隨著技術(shù)進步和電網(wǎng)快速發(fā)展，定期檢修方式越來越難以適應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展和公司發(fā)展的需要。v 傳統(tǒng)檢修模式缺點v 針對性差，存在 “小病大治，無病也治”的盲目現(xiàn)象，設(shè)備過修失修現(xiàn)象并存。v 隨著電

2、網(wǎng)規(guī)模迅速擴大，定期檢修工作量劇增，檢修人員緊缺、停電安排困難問題日益突出。v 近年來設(shè)備技術(shù)水平和制造質(zhì)量大幅提升，免維護、少維護設(shè)備大量應(yīng)用，早期制定的設(shè)備檢修、試驗規(guī)程滯后于裝備水平的進步。工作開展的背景工作開展的背景狀態(tài)檢修定期檢修基于績效管理的檢修策略在設(shè)備狀態(tài)評價的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)、定量地考慮各種類風(fēng)險因素，根據(jù)風(fēng)險程度安排檢修方案基于資產(chǎn)全壽命管理的檢修策略基于風(fēng)險評估的檢修策略在綜合考慮設(shè)備全壽命周期安全、效能、成本指標(biāo)基礎(chǔ)上，確定設(shè)備檢修策略，提高設(shè)備全壽命使用效益。以公司整體績效水平為目標(biāo)，確定設(shè)備檢修的范圍和類型，通過精益化方法，實現(xiàn)公司整體績效目標(biāo)定期檢修事故后檢修狀態(tài)檢修

3、基于設(shè)備核心指標(biāo)的事故防范檢修狀態(tài)檢修是設(shè)備檢修模式發(fā)展的必然階段，是生產(chǎn)精益化管理的核心內(nèi)容工作開展背景工作開展背景v 符合國網(wǎng)公司堅強智能電網(wǎng)建設(shè)要求和“三集五大”發(fā)展戰(zhàn)略v 全面深入推進狀態(tài)檢修工作的基礎(chǔ)2007年，國網(wǎng)公司對三大類設(shè)備推行狀態(tài)檢修2010年，推廣至幾乎所有110kV及以上設(shè)備2011年，試點配電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)檢修v 設(shè)備狀態(tài)管理的內(nèi)在要求，資產(chǎn)全壽命周期管理的重要技術(shù)支撐，在電網(wǎng)資產(chǎn)不斷擴大的形勢下， 電網(wǎng)公司更好實施電網(wǎng)資產(chǎn)管理的必然選擇。設(shè)備狀態(tài)管理資產(chǎn)全壽命管理狀態(tài)檢修全面推廣堅強智能電網(wǎng)三集五大基本原理基本原理絕緣損壞絕緣件缺陷絕緣介質(zhì)（SF6/油）劣化電接觸故障觸

4、點腐蝕(氧化)失效機械缺陷部件疲勞斷裂潤滑劑硬化卡澀絕緣損壞局部放電DGA、SF6組份電接觸故障紅外測溫機械缺陷行程、轉(zhuǎn)矩測量分合閘線圈電流檢測v根據(jù)缺陷類型選擇狀態(tài)檢測技術(shù)基本原理基本原理v局部放電的定義當(dāng)外加電壓在電氣設(shè)備中產(chǎn)生的場強足以使絕緣部分區(qū)域發(fā)生放電，但在放電區(qū)域內(nèi)未形成固定放電通道的放電現(xiàn)象稱為局部放電。v局部放電產(chǎn)生的原因介質(zhì)內(nèi)部或表面的電場強度過高基本原理基本原理v導(dǎo)致設(shè)備局部放電的因素運行狀態(tài)的影響運行過電壓；雷電波沖擊；諧波畸變；設(shè)備本身的原因絕緣材料不均勻，內(nèi)部存在空洞和雜質(zhì)；導(dǎo)體表面存在凸出部；絕緣強度的不足；環(huán)境因素的影響：潮濕、過熱?；驹砘驹砭植糠烹娒}沖

5、電流超聲波化學(xué)反應(yīng)發(fā)光電磁波傳統(tǒng)的局放測量/HFCT超聲波檢測法UHF檢測法/地電波化學(xué)法光測法局部放電是一種脈沖放電。它會在電力設(shè)備內(nèi)部和周圍空間產(chǎn)生一系列的光、聲、電氣和機械振動等物理現(xiàn)象和化學(xué)變化。這為監(jiān)測電力設(shè)備內(nèi)部絕緣狀態(tài)提供檢測信號。v局部放電檢測的方法基本原理基本原理v局部放電信號應(yīng)有的特征局部放電信號應(yīng)與工頻相關(guān)局部放電信號應(yīng)與電壓相關(guān)局部放電信號應(yīng)與設(shè)備相關(guān)超高頻法超高頻法vGIS故障的特征故障的特征GIS故障類型統(tǒng)計結(jié)果GIS的絕緣缺陷有一個共同特點，就是在故障發(fā)生之前，會產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象。超高頻法超高頻法時間上：放電時間極短（ns級），并且迅速湮滅頻率上：包含頻率高達1G

6、Hz，因為GIS氣室的共振作用，形成多種模式的超高頻諧振電磁波PD信號時域波形PD信號頻譜vGIS局放信號的特征超高頻法超高頻法v檢測原理 使用超高頻天線檢測設(shè)備內(nèi)部局部放電產(chǎn)生的電磁波，檢測頻帶300MHz-3000MHzGIS超高頻局部放電檢測超高頻法超高頻法v優(yōu)點檢測靈敏度高、信號傳輸衰減慢、現(xiàn)場該頻段干擾小、不受機械干擾、可以實現(xiàn)快速定位脈沖信號的時頻特性超高頻法超高頻法vUHF定位的原理和方法時差定位法局部放電源輻射的電磁波信號以近似光速在GIS中傳播，根據(jù)不同傳感器接收到同一放電源的信號時間差計算局部放電源的位置2=2=21tcLxcxLttt-p優(yōu)點：原理簡單、運用方便、定位較為

7、準(zhǔn)確p缺點：信號的時差在ns量級，因此不僅需要測量設(shè)備具有很高的采樣率和頻寬，還要求被測信號的起始脈沖清晰，以讀取信號的起始時間超高頻法超高頻法 平分面定位法平分面定位法示意圖局放監(jiān)測系統(tǒng)的任務(wù)局放監(jiān)測系統(tǒng)的任務(wù)v局放監(jiān)測系統(tǒng)的任務(wù) 局放監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)能有效的采集數(shù)據(jù) 監(jiān)測局放的幅度和活躍程度 濾除噪音/干擾 發(fā)出報警信號 提供進一步的局放詳細信息超高頻法超高頻法v系統(tǒng)組成超高頻法超高頻法v傳感器外置式傳感器內(nèi)置式傳感器超高頻法超高頻法v傳感器超高頻法超高頻法v 數(shù)據(jù)采集的基本原理檢測時間段：DAQ將1個50Hz周期分成64個檢測時間段每個時間段的長度約為312微秒。峰值俘獲：在每一個檢測時間段，

8、檢測儀的超高頻信號峰值俘獲電路，都將本時間段內(nèi)振幅最強的PD信號峰值保存起來，并對俘獲的信號峰值進行數(shù)字化處理；在該50Hz周期結(jié)束的時候，DAQ軟件從本50Hz周期各個檢測時間段俘獲的PD信號峰值中選取最大者保存，并將此PD信號峰值與前面的50Hz周期已記錄的PD信號峰值進行比較，保留其中的最大值超高頻法超高頻法局部放電事件：如果一個PD信號的峰值超過了系統(tǒng)預(yù)設(shè)的PD閾值，系統(tǒng)就認(rèn)為測到了一次局部放電，發(fā)生了一次局部放電事件。局部放電速率：每秒鐘發(fā)生局部放電事件的次數(shù)。本系統(tǒng)自動計算每個檢測時間段的局部放電速率，在完成50個50Hz周期（即1秒）的檢測后，系統(tǒng)從所有檢測時間段中選取局部放電速

9、率最大者保存。超高頻法超高頻法v數(shù)據(jù)分析信號特征提取、局放信號譜圖是判斷局部放電類型的主要方法。DMS局放監(jiān)測系統(tǒng)工作流程和典型譜圖超聲法超聲法v檢測原理電力設(shè)備內(nèi)發(fā)生局部放電的時候，同時會伴有聲波發(fā)射，使用超聲波傳感器，能夠探測出設(shè)備中的局部放電現(xiàn)象。檢測頻帶：20kHz-200kHz超聲法超聲法v優(yōu)點：與被測設(shè)備之間無電氣連接、可以避免多種電氣干擾，聲測法的靈敏度不隨被測物電容量而變化，因而聲學(xué)方法廣泛用于大電容器的檢測，并且聲學(xué)方法通常能指出一個復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)PD源的位置，定位精度高。v缺點：靈敏度低、傳播衰減快、測試范圍小、判別標(biāo)準(zhǔn)比較困難。超聲法超聲法v不足對某些類型的放電比較敏感，而對

10、有些類型的放電則檢測靈敏度較低。如GIS中：對于移動中的顆粒，這個方法比傳統(tǒng)的局放測量法和UHF優(yōu)越。對檢測來自位于絕緣子上顆粒引起的放電時，這個方法還存在一些問題，由于在環(huán)氧樹脂絕緣中超聲信號衰減很大，所以這種方法不能測量環(huán)氧樹脂絕緣中的缺陷（例如氣泡）。變壓器中：內(nèi)部深層次放電反映不敏感，定位及診斷對使用者的要求高超聲法超聲法v超聲定位的原理和方法信號衰減法通過不斷移動超聲傳感器，根據(jù)信號強弱的變化來判斷放電源的位置。AB超聲信號強度變化位置的變化AB超聲法超聲法時差定位法利用超聲波到達不同傳感器的相對時間進行定位。要對放電源進行三維定位，至少需要4個以上的傳感器接收到有效超聲信號。傳感器

11、位置超聲信號超聲法超聲法v什么是有效波形不同材料中的超聲速度超聲信號的不同傳播路徑PD Source超聲法超聲法v什么是有效波形不同傳播路徑得到的超聲信號無效信號有效信號超聲法超聲法大量實踐證明對于交流變壓器、電抗器、換流變壓器都可以進行局部放電超聲波檢測和定位v超聲波PD檢測和定位需要注意：1. 仔細搜尋疑似放電信號，傳感器間距小于60cm；2. 初步判斷疑似信號性質(zhì)，排除干擾；3. 繼續(xù)搜索，尋求最好的信號獲取位置；4. 觀察信號一致性，判斷是否存在固定聲源；5. 初步定位，給出明確坐標(biāo)，此時傳感器坐標(biāo)測量務(wù)必準(zhǔn)確；6. 對定位點位置進一步檢測，獲得精確定位結(jié)果；7.長時間錄波和回放對換流

12、變定位很重要；8.定位數(shù)據(jù)結(jié)合色譜和變壓器結(jié)構(gòu)往往能得到正確結(jié)論。超聲法超聲法u典型測量圖譜AIA局放儀超聲法超聲法v危險性評估分級: 測得的缺陷很易于識別, 具有高的幅值，可確認(rèn)為有害的采取行動 不能立即確認(rèn)為有害或無害的密切跟蹤該缺陷的發(fā)展情況，加強測試的間隔，或等下次有計劃停電檢修時打開 測得有很小的但不同于背景噪音的信號進行周期性測量跟蹤其發(fā)展 GIS 是干凈的（無任何可疑信號）按公司要求，每1-3年測試一次注意： 打開GIS意味著極可能引入新的缺陷暫態(tài)地電壓法暫態(tài)地電壓法v開關(guān)柜故障類型和特點開關(guān)柜承擔(dān)直接向用戶饋電的任務(wù)，大多數(shù)饋電線路難以像輸電線路按照“N-1”可靠性原則配置。因

13、此，開關(guān)柜設(shè)備的可靠性直接決定了用戶供電的可靠性。狀態(tài)檢修是提高供電設(shè)備可靠性的重要技術(shù)手段。但是，開關(guān)柜不可能采取像高壓變壓器、GIS設(shè)備那樣的在線監(jiān)測技術(shù)路線，實現(xiàn)全面、實時的在線監(jiān)測開關(guān)柜屬于多種電氣設(shè)備的組合體,種類繁多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜。開關(guān)柜故障已經(jīng)導(dǎo)致嚴(yán)重后果暫態(tài)地電壓法暫態(tài)地電壓法v開關(guān)柜故障類型和特點絕緣與載流故障比率約在3050之間絕緣與載流故障都是與放電現(xiàn)象密切有關(guān)的對中壓開關(guān)設(shè)備實施放電檢測可顯著減少故障概率1992年2002年廣東電網(wǎng)開關(guān)設(shè)備故障統(tǒng)計結(jié)果暫態(tài)地電壓法暫態(tài)地電壓法v檢測原理 局部放電發(fā)生時，電子快速由帶電體向接地的非帶電體遷移，如柜體； 放電點產(chǎn)生高頻電流波，并

14、向兩個方向傳播；受集膚效應(yīng)的影響，電流波僅集中在金屬柜體內(nèi)表面?zhèn)鞑?，而不會直接穿透?在金屬斷開或絕緣連接處，電流波轉(zhuǎn)移至外表面，并以電磁波形式進入自由空間； 電磁波上升沿碰到金屬外表面，產(chǎn)生暫態(tài)對地電壓(Transient Earth Voltage)。暫態(tài)地電壓法暫態(tài)地電壓法 暫態(tài)對地電壓可用TEV傳感器進行測量； 其幅值與放電量和傳播途徑的衰減程度有關(guān)； 衰減量主要取決于放電點位置、設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及開口大小，如墊圈的厚度。 利用裝設(shè)在金屬柜體外表面上的兩個TEV傳感器所測量的信號到達時差，可以實現(xiàn)粗略的局部放電定位。暫態(tài)地電壓法暫態(tài)地電壓法C表示傳感器參數(shù)，決定了傳感器單元檢測的靈敏度

15、；R為檢測設(shè)備的檢測阻抗，一般設(shè)定為50歐姆；不同設(shè)備的傳感器參數(shù)和信號處理電路的適用頻率范圍會造成測試結(jié)果的差異。v TEV傳感器v 電力設(shè)備帶電檢測技術(shù)規(guī)范暫態(tài)地電壓法暫態(tài)地電壓法v判斷標(biāo)準(zhǔn)的制定存在的問題 傳感器參數(shù)對測試結(jié)果的影響？ 信號處理電路設(shè)計參數(shù)對測試結(jié)果的影響如何？ 信號分析技術(shù)對測試結(jié)果的影響？ 不同時代設(shè)備制造水平對放電程度的影響？ 不同電壓等級設(shè)備放電水平的差異？ 環(huán)境因素的影響：郊區(qū)和市區(qū)變電站能夠采用同樣的標(biāo) 準(zhǔn)嗎？ 不同制造商的設(shè)備制造水平的影響？ 不同電力公司開關(guān)設(shè)備的配備情況的影響？v局部放電數(shù)據(jù)分析技術(shù)不是簡單地回答“Yes”與與“No” ，其目標(biāo)其目標(biāo)是在

16、海量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)“異常者”，總結(jié)出指導(dǎo)檢修的普遍性規(guī)律；v對高壓開關(guān)柜局放數(shù)據(jù)進行分析，需要遵循下列基本原則： 基于任何檢測技術(shù)的數(shù)據(jù)都是有用的； 基于任何檢測技術(shù)的數(shù)據(jù)都有其局限性； 規(guī)律隱藏在長期、連續(xù)的測試數(shù)據(jù)當(dāng)中； 實施狀態(tài)檢修，既需要充分利用現(xiàn)有的規(guī)律，更需要對現(xiàn)有規(guī)律的持續(xù)完善和補充；暫態(tài)地電壓法暫態(tài)地電壓法電磁測量法（TEV） 對脈沖的變化速度比較敏感，比較適合介質(zhì)內(nèi)部放電 對放電頻譜較低的套管、終端、絕緣子表面放電不敏感 易受外界電磁干擾的影響 能夠精確定位，但分辨率不高，主要是設(shè)備精度限制 傳播過程衰減較小聲音測量法 對介質(zhì)類型比較敏感，適合檢測空氣介質(zhì)放電比較適合檢測套管、終

17、端、絕緣子表面放電易受現(xiàn)場機械振動的干擾；定位精度受內(nèi)部反射、折射等現(xiàn)象的影響，但對設(shè)備精度要求較低傳播過程衰減大v電磁測量與聲音測量的對比暫態(tài)地電壓法暫態(tài)地電壓法福建電科院試驗室物理模型測試聲-電聯(lián)合測試是開關(guān)柜局部放電檢測的最佳選擇高頻局部放電檢測技術(shù)高頻局部放電檢測技術(shù)v局部放電三電容等效電路等值電路介質(zhì)中的氣泡Cg：氣泡的電容；Cb：和氣泡相串聯(lián)部分的介質(zhì)電容；Cm：除Cb與Cg以外的絕緣完好部分的電容。gbbgC+CCU=U高頻局部放電檢測技術(shù)高頻局部放電檢測技術(shù)v局部放電過程UbUgUitt通過檢測回路中的脈沖電流的大小來檢測局部放電Ur高頻局部放電檢測技術(shù)高頻局部放電檢測技術(shù)v表

18、征局部放電的參數(shù)1.局部放電起始電壓：試驗電壓從較低值開始上升，升到局部放電達規(guī)定值時的最小電壓。2.局部放電的熄滅電壓：試品上電壓從高于起始電壓的值下降，到局部放電降到規(guī)定值時的最小電壓。3.實際放電量：q= (Ug-Ur)Cg+CbCm/(Cb+Cm)該值實際無法測量。高頻局部放電檢測技術(shù)高頻局部放電檢測技術(shù)4.整體電壓降落：U=(Ug-Ur)Cb/(Cm+Cb) 該值可測。5.視在放電量：q= UCm+CbCg/(Cb+Cg)= UCACA為試品電容q放電引起試品兩端電壓變化時從電源吸收的電荷量，這是實際可測量的值。在對局放儀標(biāo)定時，當(dāng)我們向試品注入視在電荷時，試品兩端的電壓變化與Cg放

19、電時引起的試品電壓變化相同。6.放電重復(fù)率：單位時間內(nèi)產(chǎn)生的脈沖數(shù)，在測量中一般統(tǒng)計一個工頻周期的放電次數(shù)或每秒時間內(nèi)的放電次數(shù)高頻局部放電檢測技術(shù)高頻局部放電檢測技術(shù)v局部放電測量中的干擾分類：1.周期性干擾：連續(xù)的周期性干擾信號：如廣播，電力系統(tǒng)中的載波通訊，手機通訊，高頻保護信號，諧波，工頻干擾等等，其波形一般是正弦形。脈沖型周期性干擾信號：例如可控硅整流設(shè)備在可控硅開閉時產(chǎn)生的脈沖干擾信號。其特點是該脈沖干擾周期性地出現(xiàn)在工頻的某相位上。2.脈沖型隨機干擾：高壓輸電線的電暈放電，相鄰電氣設(shè)備的內(nèi)部放電，以及雷電，開關(guān)繼電器的斷、合，電焊操作等無規(guī)律的隨機性干擾。旋轉(zhuǎn)電機電刷和滑環(huán)間的電

20、弧等高頻局部放電檢測技術(shù)高頻局部放電檢測技術(shù)v噪聲源高頻局部放電檢測技術(shù)高頻局部放電檢測技術(shù)v局放測量頻帶的選擇u 傳統(tǒng)局部放電測量 IEC 60270-2000 局放測量標(biāo)準(zhǔn)- 4.3.4 寬帶測量系統(tǒng)頻帶下限30kHz f1 100 kHz上限f2 500 kHz 電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL 417-91 電力設(shè)備局部放電現(xiàn)場測量導(dǎo)則- 4.2.2 現(xiàn)場測量時儀器的選擇寬頻帶測量儀器，例如f1 =(1050)kHz，f2 =(80400)kHz。傳統(tǒng)的局放儀，由于受檢測阻抗帶寬的限制，對放電脈沖的波形畸變嚴(yán)重，保存的放電信息少。u 高頻局部放電檢測高頻局部放電檢測，f1約為數(shù)十千赫茲到數(shù)兆赫茲，f2

21、大于數(shù)十兆赫茲，典型為16kHzf30MHz高頻局部放電檢測技術(shù)高頻局部放電檢測技術(shù)v 兩種檢測手段的對比傳統(tǒng)局部放電檢測：檢測頻帶窄；脈沖波形畸變嚴(yán)重；保留信息少；無法進行信號分類。脈沖電流法局部放電檢測高頻局部放電檢測：檢測頻帶寬；能夠保留放電脈沖波形特征；可以采用后繼的數(shù)據(jù)處理方法進行分析，實現(xiàn)信號的分類和不同類型放電的識別。高頻局部放電檢測技術(shù)高頻局部放電檢測技術(shù)v電纜局部放電的特點 強電場條件下的瞬態(tài)微弱信號 現(xiàn)場噪聲干擾 多種放電類型并存v有效排除干擾白噪或正弦干擾(由電臺或其它設(shè)備產(chǎn)生)脈沖干擾(如電暈或表面放電)v有效識別放電類型區(qū)分不同放電的嚴(yán)重性和危害性對電樹枝等報警v能夠

22、區(qū)分不同的放電信號來識別信號分離高頻局部放電檢測技術(shù)高頻局部放電檢測技術(shù)v局放檢測主機PDCheck技術(shù)參數(shù)高頻局部放電檢測技術(shù)高頻局部放電檢測技術(shù)v局放檢測主機PDCheck技術(shù)參數(shù)高頻局部放電檢測技術(shù)高頻局部放電檢測技術(shù)v系統(tǒng)現(xiàn)場安裝示意圖高頻局部放電檢測技術(shù)高頻局部放電檢測技術(shù)v傳感器及其耦合方式高頻電流傳感器（HFCT） 原理i高頻局部放電檢測技術(shù)高頻局部放電檢測技術(shù) 安裝方式高頻局部放電檢測技術(shù)高頻局部放電檢測技術(shù) FMC傳感器原理 這種傳感器從局放信號產(chǎn)生的磁場中獲取能量，可以利用線圈技術(shù)耦合信號。對帶有屏蔽鎧裝的電纜，由于鎧裝層，使得放電電流脈沖的切向分量產(chǎn)生軸向的磁場。種傳感器只能用于繞包鎧裝電纜，且受高頻信號衰減作用的限制，有效測量距離在10m左右，只能用于短