基于局部放电检测技术的配电设备故障查询研究 |
| 2012-09-29 15:56 作者：王 锋 来源：硅谷网 关注： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网9月29日讯】据《科技与生活》杂志2012年第15期刊文报道，配电设备作为建筑的重要能源供给设备，如何及时排查设备的故障，提高配电系统的性能是目前亟待解决的问题。本文就局部放电检测技术在配电设备故障查询中的应用进行研究。
关键词局部放电；检测技术；故障查询
随着人们生活水平的不断提高，人们对生活中供电质量的要求也越来越高。配电系统作为建筑的重要组成部分之一，是建筑物最主要的能源供给设备。配电设备由于长期运行，工作环境中的各种干扰因素、或参数配合不当或器件开始老化等都有可能导致配电设备发生故障。如何减少用户的停电时间，对出现故障的配电设备及时检修，提高供配电系统的可靠性，已经成为目前供电部门十分关注的问题。局部放电检测技术为供电设备的故障提供了一种新型查询方法，本文就这种局部放电检测技术应用于供电设备故障的查询进行研究探讨。
1配电设备故障
绝大部分配电设备出现故障的前期特征就是局部放电。这种故障是指高压电器中的绝缘介质高电场强度的作用下，绝缘介质结构内部的气隙、油膜或导体的边缘出现非贯穿性的放电现象，这种放电的程度通常很小，一般只发生在导体附近高场强区域或绝缘材料中的空气穴中，但却是介质的绝缘性能下降，最终导致设备出现变压器接触不良、气孔堵塞导致温度过高、电容器损坏等故障。
由于配电设备在故障发生前可能产生放电现象，因而通过对放电的监测可以得到相关故障信息。很多高电压绝缘故障都是由局部放电引起的，据相关资料统计，将近一半的开关柜故障可以通过局部放电状况检测到，80%以上较为严重、破坏较大的故障都是由局部放电造成的。根据1989-1992年间全国供配电系统6kV-10kV开关柜事故统计，由绝缘和载流引起的故障占总事故的40.2%，因为绝缘部分发生闪络而造成的故障占绝缘事故总数的79.0%。因而，对供配电设备进行故障查询和检测是十分必要的，对于保障配电设备的安全运作具有重要意义。
2局部放电检测技术原理
当高压配电设备发生局部放电时，放电电量首先在与放电部位相邻的接地金属部分大量聚集，形成较强的电流脉冲并迅速向各个方向传播。对于内部放电，放电电量聚集在接地屏蔽的内表面。因而，如果屏蔽层是连续的，就无法在设备外部检测到放电信号。但就实际情况来看，屏蔽层在绝缘部位、垫圈连接处、电缆绝缘终端等地方出现微小的缝隙而导致不连续，因而在设备外层就可以检测到高频信号。局部放电产生的电磁波，以金属箱体的接缝处或气体绝缘开关的衬垫为媒介向外传播，并且产生一个暂态电压，通过设备的导体而向地下传播。
局部放电发射能量形式主要有三种：①电磁能量：包括无线电波、光、热等；②声能：包括一般的声响、超声波等；③气体：包括臭氧、氮氧化物等。因而，根据发射能量的性质，局部放电检测主要有两种检测方法：电检测法和非电检测法。根据局部放电过程中所产生的各种放电现象，局部放电检测技术种类繁多，包括基于电磁波产生的瞬时接地电压检测法、超声波检测法等，目前最广泛应用的局部放电检测技术是通过超声波检测、特高频检测法及瞬时接地电压检测实现的。因而，本文主要对这三种检测技术进行研究。
3基于局部放电检测技术的配电设备故障查询研究
3.1脉冲电流检测法
脉冲电流检测法的原理是通过检测阻抗检测变压器套管末屏接地线、外壳接地线、铁芯接地线中局部放电引起的脉冲电流，即测得视在放电量。检测变压器局部放电脉冲的电流传感器根据实际情况主要有窄带和宽带两种。窄带传感器频宽一般为10kHz左右，中心频率为20kHz~30kHz，以灵敏度高、抗干扰能力强的特点受到用户的青睐，缺点是输出波形严重畸变。宽带传感器带宽一般为100kHz左右，中心频率为200kHz~400kHz，优点是脉冲分辨率高，缺点是信噪比较低。
当配电设备内部发生局部放电时，所产生的脉冲电流将通过绕组、铁心接地回路及各种屏蔽，检测仪器通过检测回路中的脉冲放电电流即可判断设备内部的放电情况。检测仪器的脉冲电流传感器通常采用钳式结构，以便直接卡在接地线上，因而省去了拆动被测设备的部件的麻烦。
3.2超声波检测方法
超声检测法的原理是通过测量局部放电时产生的超声波信号来检测设备故障。将超声传感器安装在变压器油箱壁上，就可接收到变压器内部局部放电产生的超声波，由此判断局部放电的大小及位置。局部放电活动中的声波辐射出现在整个声谱范围中。因为超声波有更强的方向性，背景以上的超声波活动是很重要的检测依据。一般所采用的超声传感器是压电传感器，频率范围选择在70kHz~150kHz之间，可以避开铁芯的磁噪声和变压器的机械振动噪声。
当局部发生放电时，放电区域分子相互剧烈撞击，从而形成一种压力。放电是由脉冲波形成的，因而产生的压力波也为脉冲式，形成局部放电的声信号。放电超声探测是通过超声传感器，查询诊断配电设备内部局部放电产生的超声振动。该检测方法的优点在于不需拆动被测设备的任何部件，且不影响设备的正常运行。
3.3瞬时接地电压检测方法
基于电磁波所产生的瞬时接地电压检测方法是一种非接触的检测方法，其工作原理是根据磁场的原理，局部放电过程中会产生一种超高频电磁波，经过传感器的接收这种电磁波而实现对配电设备故障的检测。原理图如图1所示。
图1瞬时接地电压检测方法原理图
当高压开关柜绝缘层中产生局部放电时，周围就产生无线电频率范围内的电磁波，电磁波可以通过金属箱上的开孔泄漏到外表面。这些开孔可以是外壳、密封垫圈、绝缘部件周围的间隙等。电磁波一旦传播到开关柜外层，就会使接地的金属外壳上产生瞬态电压。瞬时接地电压的大小为几个毫伏到几伏之间，存在时间非常短，只有几纳秒的上升时间。工作中的开关柜将特定的检测仪器与开关柜的金属外壳相连接，通过接触的瞬间使检测仪器测量到瞬时接地电压信号。通过对信号强弱、频率等资料的分析，就能初步判断出供配电设备内部局部放电的严重程度。
瞬时接地电压检测技术是目前为止较为先进的一种故障查询技术，尤其是近几年在国内外得到了较快发展与广泛的应用，在电力设备如GIS、同步电机、变压器、电缆等故障查询中受到广泛应用。瞬时接地电压检测技术优点在于外界干扰信号少，因而检测系统受外界的影响小，有利于提高电气设备局部放电检测性能，可靠性和灵敏度非常高。这种检测技术用于配电设备在线监测有明显的优势，已经在世界很多发达国家都发挥了中亚的作用。大量的研究表明，瞬时接地电压的在线监测有着良好的发展与应用前景。在我国国内，瞬时接地电压检测技术已越来越多的得到专家的认可，在北京、上海、深圳等大城市已经逐渐推广应用，并且取得了良好的效果。
4结论
局部放电检测技术能够在不停电的情况下监测到配电设备的健康状况，有利于及早发现问题设备，使故障的查询与及时检修成为了可能。本文通过对基于局部放电检测技术的配电设备故障查询进行研究，以期推广脉冲检测技术、超声波检测技术及瞬时接地电压检测技术，提高配电设备的可靠性与有效性，提高供电质量与用户的满意度。
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