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局部放电对绝缘设备的破坏要经过长期、缓慢的发展过程才能显现。通常情况下局部放电是不会造成绝缘体穿透性击穿的,但是却有可能使机电介质的局部发生损坏。如果局部放电存在的时间过长,在特定的情况下会导致绝缘装置的电气强度下降,对于高压电气设备来讲是一种隐患。
一、局部放电具体原因
1、由于变压器中的绝缘体、金属体都带有一些尖角、毛刺,致使电荷在电场强度的作用下,会聚集于尖角或毛刺的位置上,从而导致变压器局部放电。
2、变压器绝缘体内一般情况下都存在空气间隙,变压器油中也有微量气泡,通常气泡的介电系数要比绝缘体低很多,从而导致绝缘体中气泡所承受电场强度要远远高于和其相邻的绝缘材料,很容易达到被击穿的程度,使气泡发生放电。
3、如果导电体相互之间电气连接不良也容易产生放电情况,这种情况在金属悬浮电位中最为严重。
二、变压器局部放电的定位
1、超声定位法
超声波定位法主要是对变压器局部放电产生的信号进行检测。在变压器箱外壳中安装超声波传感器,如果变压器设备出现局部放电现象,超声波传感器能够及时地对放电时发出的超声波信号进行捕捉并且检测。由于变压器箱外的传感器数量不止一个,传感器由于放置的位置不同,对放电产生信号的检测时间也不相同,因此,通过检测信号的大小和时间进而对局部放电位置进行定位。
2、电-声联合定位法
电-声联合检测方法主要是运用信号的传播速度进行定位。超声波在油和箱中的传播速度和电信号的传播速度相比在一定程度上较低,该方法利用这一特点对局部放电位置进行定位。发生局部放电现象时,速度快的信号首选触碰到监测器,由于超声波速度相对较慢,监测器通过电信号和超声波两者到达的时间差来推测局部放电的位置。
3、电气定位法
此种方法首先需要对一些事项进行假设,假设变压器的等值电路在某特定频率范围内是纯容性电路,这种容性电路在变压器中能够计算出具体数值。如果发生局部放电现象,需要满足电压比值和放电点位置两者的函数关系,对变压器电压进行测量就能够判断出放电的位置。
三、变压器局部放电在线监测方法
1、脉冲电流法
脉冲电流监测方法是最早用于变压器局部放电监测的方法,此方法在监测中应用最为广泛。如果发生局部放电现象,会产生高频脉冲电流,这种电流能够对变压器中性点进行监测,并且还能够对外壳接地电缆脉冲电流进行监测显示。还可以利用监测器对变压器高压套管处的脉冲电流进行监测,能够准确地确认变压器中是否发生了局部放电现象。
2、超声波监测法
变压器发生局部放电现象时会发出电脉冲信号和超声波信号,能够根据产生的两种信号来判断设备内部的局部放电状况。可通过同时产生的超声波信号和电信号判断变压器内部的绝缘状况。
3、射频监测法
射频监测方法主要是采用传感器对变压器中的中性点进行监测,还能够采用传感器截取变压器内部放电产生的电磁波信号进行监测。射频监测方法和超声波法、射频监测法相比在很大程度上能够加快监测频率,并且监测过程中对变压器运行方式的改变不受影响。
4、光测监测方法
当变压器内部产生局部放电现象的时候,放电的产生往往伴随着脉冲电流的产生,与此同时有发光、发热现象的产生。光测方法主要是对光辐射信号进行监测,采用光电探测器对变压器内部放电产生的光辐射信号进行监测并分析,光电探测器将光辐射信号转化为电信号,把电信号经过处理输送到监测系统中。光测法在进行监测的时候不受任何环境的影响,但是检测的灵敏度相较于其他设备稍低。
5、化学法
化学法主要是利用变压器内部分解出气体中的成分和浓度进行检测。变压器放电产生的气体中主要以氢气、一氧化碳和四氧化碳等气体,通过分析气体中的成分、浓度和热量来进行放电监测,但是化学监测方法有一些不可避免的缺点:
(1)变压器内油气分离的时间长,对瞬间发生的局部电流很难发现;
(2)化学监测方法只能对局部放电的发生进行监测,不能够对放电发生的位置进行定位。
6、气相色谱法
这是一种基于油中气体成分分析(DGA)的化学检测方法。变压器中发生的局部放电将导致各种绝缘材料发生分解破坏 , 产生新的生成物 , 通过检测各种气体生成物的组成和浓度 ,可以判断局部放电的状态。目前 , 该方法广泛应用于变压器故障类型和故障程度的诊断 ,IEC为此制定了三比值法的推荐标准。气相色谱法的优点是不受外界电磁干扰影响 ,准确度较高 , 且对早期潜伏性故障较灵敏 , 但不能反映突发性故障。
7、UHF法
这是目前局部放电检测的一种新方法 , 该方法通过天线传感器接收局部放电过程辐射的 UHF电磁波 ,实现局部放电的检测。在 20世纪 80年代末 ,UHF法测量局部放电首先应用在GIS设备中。该技术的特点在于 :检测频段较高 ,可以有效地避开常规局部放电测量中的电晕、开关操作等多种电气干扰 ; 检测频带宽 , 所以其检测灵敏度很高 ; 而且可识别故障类型和进行定位。UHF检测的特点使其在局部放电检测领域具有其他方法无法比拟的优点 , 因而在近年来得到了迅速的发展和广泛的应用。
英国Strathclyde大学的Judd等人在GIS特高频检测研究的基础上 , 也对变压器局部放电UHF检测进行了研究。他们以盘式电容作为传感器并通过在变压器箱体顶部开介质窗的方式安装 , 传感器耦合的局放信号送入频谱分析仪 ,选取最优频率后 ,使用频谱仪的 POW模式进行分析。法国 ALSTOM 输配电研究中心的 K.Raja等人在实验室内研究了各种典型局部放电模型的 UHF特性,通过频谱仪的Zero Span方式检测,并据此建立了模式识别方法。此外Raja等人在真实变压器模型上实验证实了 UHF方法的灵敏度远高于超声法 , 且基本不受纸板等绝缘物的影响。
四、变压器局部放电在线监测的发展
随着科技不断发展,我国在局部放电监测技术方面有了很大的突破和发展,取得了傲人的成绩。变压器局部放电在线监测的研究重点主要有以下六点:
1、深入探究变压器局部放电的理论结构,建立不同局部放电的类型模型,根据类型和特征的不同运用科学的控制措施对其进行监测;
2、变压器在局部放电时往往出现多点放电现象,需要在局部放电的基础上研究多点放电的特征和控制措施;
3、在进行变压器局部放电监测的时候,需要做到对干扰信号进行有效的识别,一些监测方法能够很好地对干扰信号进行正确识别;
4、在现有技术的基础上着力研究新型传感器,使局部放电监测效率更高;
5、要解决放电量的标定问题,这种标定问题在很大程度上能够判断出局部放电的严重程度;
6、对在线监测系统进行不断完善,这不但需要有好的技术,而且还需要把整个监测系统都优化在内。