摘要：本文針對高壓電氣設(shè)備局部放電，在簡述局部放電原因、危害、特點及局部放電測量特點的基礎(chǔ)上，提出幾項局部放電測量新技術(shù)，以此為實際的高壓電氣設(shè)備局部放電測量工作提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：高壓電氣設(shè)備;局部放電;局部放電測量

中圖分類號：TM930.1????文獻標識碼：A ???文章編號：1671-2064（2019）16-0000-00

0 引言

對于高壓電氣設(shè)備，它會受到局部放電很大影響，導致絕緣損壞。對此，在設(shè)備監(jiān)測中必須重視并做好局部放電測量，掌握局部放電相關(guān)信息。隨著對局部放電測量重視度的不斷提高，出現(xiàn)了很多可用于測量局部放電的新技術(shù)和新方法，這對不同設(shè)備的局部放電測量和局部放電測量準確度、靈敏度及可靠性的提升具有十分重要的作用和意義。

1電氣設(shè)備直流局部放電

局部放電是一種高壓電氣設(shè)備常見現(xiàn)象，指設(shè)備絕緣受到電場作用后在局部范圍產(chǎn)生放電。發(fā)生局部放電會對絕緣介質(zhì)造成一定程度的影響，當局部放電比較輕微時，對設(shè)備絕緣造成的影響不大，使絕緣強度緩慢降低;但如果局部放電強度很大，則絕緣強度將快速降低，導致絕緣損壞?；诖?，一方面對高壓電氣設(shè)備進行絕緣設(shè)計的過程中，應充分受工作電壓持續(xù)作用時，避免絕緣結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生局部放電;另一方面要在設(shè)備實際運行過程中做好監(jiān)測，如果監(jiān)測到局部放電超出允許程度，則需將設(shè)備退出，并立即檢修或予以更換^[1]。

在有氣體或者是液體存在的固體電介質(zhì)當中，如果局部場強達到可以擊穿的程度，則會開始放電。對于局部放電現(xiàn)象，通常是因為絕緣體有電場集中造成的，一般這種放電主要表現(xiàn)為不超過1μs 的瞬時脈沖。如果絕緣產(chǎn)生局部放電，將使絕緣壽命受到影響而縮短。在放電時，絕緣將受到電子持續(xù)沖擊作用，尤其是長時間的局部放電還會引起不同形式的反應或效應，比如氣泡外壁受到帶電質(zhì)點連續(xù)撞擊，導致絕緣自身化學鍵被打斷而產(chǎn)生裂解，使絕緣自身分子結(jié)構(gòu)被嚴重破壞，進而劣化，并快速損壞。

局部放電現(xiàn)象是局部過熱問題及元件發(fā)生老化的主要預兆;對于局部放電趨勢，它是指局部放電和時間之間的關(guān)系，過程較為曲折，在不同的階段既可能上升也可能下降;絕緣結(jié)構(gòu)中一旦發(fā)生局部放電，將伴隨一系列其它反應，同時還會引起局部發(fā)熱。鑒于局部放電具有上述特點，怎樣避免和消除局部放電問題，確保設(shè)備始終處于安全正常的狀態(tài)，是每一位維護人員必須重視的事情。此時首要工作就是結(jié)合局放測量特點，采用合理可行的測量技術(shù)，尤其是在科技發(fā)展進程中衍生出的各類新測量技術(shù)^[2]。

2電氣設(shè)備直流局部放電測量主要特點及其與交流局放的差異

相對于電氣設(shè)備耐壓試驗，對電氣設(shè)備進行的局放測試屬于非破壞性，同時測試掌握電氣設(shè)備實際局放情況能對電氣設(shè)備自身絕緣情況進行綜合判斷，這樣能避免對絕緣造成破壞。對于新電氣設(shè)備，對其進行局放測試，能找出其中存在的薄弱環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)并糾正設(shè)計或制造等方面存在的差錯?？蓪⒕址艤y試作為一種對電氣設(shè)備絕緣性能進行鑒別的有效方法，同時也是使電氣設(shè)備處于安全穩(wěn)定狀態(tài)的有效手段。對于處在運行狀態(tài)的電氣設(shè)備，不僅要定期開展常規(guī)試驗，而且還要做好局放試驗，并對試驗結(jié)果進行記錄和分析，這樣能深入了解電氣設(shè)備絕緣實際情況，確定老化程度。當發(fā)現(xiàn)有局放痕跡時，應立即確定放電位置，并采取有效措施加以處理，保證電氣設(shè)備運行可靠性與安全性。

直流情況下的局放檢測和交流情況并無太大差別。局放檢測會受到噪聲干擾影響，現(xiàn)在很多高壓發(fā)生器都會產(chǎn)生一定干擾，包括開關(guān)動作與某種電壓條件下的局放?；诖?，可通過濾波模塊建立來減小噪聲對局放檢測造成的影響，也就是通過硅堆整流，使高壓交流變實現(xiàn)直流輸出，該方式和普通發(fā)生器相比，高頻干擾相對較小，對直流局放檢測十分有利。對于它的檢測電路，主要由三部分組成：（1）直流高壓輸出部分;（2）高壓濾波部分;（3）局放檢測部分。

當采取脈沖電流的方法對局放實施檢測的過程中，對耦合電容及檢測阻抗進行串聯(lián)，此時，若需對脈沖波形予以捕捉觀察，則可將檢測阻抗更換為無感電阻，這樣能有效避采集波形發(fā)生畸變。除此之外，因直流電壓為單極性，所以在試樣中，局放信號同樣為單極性，以此特點為依據(jù)，能對干擾和局放信號予以區(qū)分。相較于交流電壓條件下的局放，在直流的情況中，局放無相角這一概念，所以和相交有關(guān)的所有分析方法，都無法在這種情況下使用。對此，必須采取新的可以在直流條件下使用的局放分析手段。對此，傳統(tǒng)方法是對脈沖波形進行分析，即先捕捉放電脈沖，再對它的波形實施傅里葉變換，進而掌握時頻特性。其表征參數(shù)有：放電幅值;脈沖上升與下降的時間;整體維持的時間;頻段范圍。通過對直流和交流兩種條件下的脈沖波形對比，能清楚的看出這兩個脈沖，無論是在時域波形上，還是在頻域分布上，均有著明顯的差異，進一步明確了直流與交流局放在細節(jié)上的差異性。

3電氣設(shè)備直流局部放電測量新技術(shù)

3.1傳感器技術(shù)

（1）羅氏線圈。這是一種原邊僅一匝的傳感器，在電氣設(shè)備的在線監(jiān)測過程中常用。在實際的監(jiān)測過程中，將磁芯從待測電氣設(shè)備地線穿過，其中磁芯可采用有機絕緣材料，也可采用具有較高磁導率的鐵氧體，一般情況下它的響應頻率能達到數(shù)兆赫茲。磁芯鐵氧體通過和小電阻之間的并聯(lián)能形成自積分回路，當頻帶范圍相對較寬時，傳遞函數(shù)幅頻表現(xiàn)為平坦。因有機絕緣材料的導磁率等于1，所以可采取增加匝數(shù)的措施來獲得想要的電感，同時在線圈的兩端與電阻或電容相并聯(lián)，形成諧振回路，以此實現(xiàn)對檢測信號的選頻;則電阻則能起到阻尼的作用，使脈沖分辨率符合要求。在測量狀態(tài)下，輸出信號對應的電壓幅值和待測電流幅值為正比關(guān)閉，因鐵氧體存在磁飽的現(xiàn)象，所以如果檢測電流當中含有工頻大電流，則輸出電壓波形會出現(xiàn)明顯畸變，此時要采取有效措施加以避免^[3]。（2）聲檢測。對局放進行超聲檢測在聲-電換能器引入后成為可能。對于整個超聲檢測系統(tǒng)，超聲波傳感器，也就是超聲波探頭，為最主要的組成部分。它由幾部分構(gòu)成：壓電元件、放大器、濾波器、屏蔽殼。其中，對于壓電元件，它是傳感器主要部件，直接影響檢測靈敏度。在局放過程中產(chǎn)生的聲波能傳播于變壓器油，變成機械壓力波，對光纖傳感頭造成擠壓，使光路長度改變。光需要從外部輸入，通過對光波的調(diào)制解調(diào)能確定變形程度，之后經(jīng)計算可定量聲波強度。可見，對光纖與超聲傳感器進行聯(lián)合使用，能達到理想的局放測量效果^[4]。（3）光檢測。對于光檢測傳感器，其原理為局放時會產(chǎn)生一定光輻射，且當放電不同時，所發(fā)出的光也有著不同波長，但不會超過500-700nm的范圍。對這些光利用光纖實施光電轉(zhuǎn)換，然后對光電流具有的特性進行檢測能實現(xiàn)局放識別。雖然該方法的效果經(jīng)試驗得到驗證，但設(shè)備投資較高，且不穩(wěn)定，所以未能得到普及。（4）超高頻。如前所處，當電氣設(shè)備發(fā)生局放時，脈沖持續(xù)時間不超過1μs，而頻率卻很高，可達1GHz，這使得能對0.5-1.0GHz這一頻帶進行檢測的超高頻法被廣泛應用。如今，可在GIS和大型發(fā)電機組電氣設(shè)備中使用的局放超高頻測量方法已經(jīng)出現(xiàn)，采用該方法對局放時產(chǎn)生的電磁波進行提取時，基本不會受到其它信號影響，能大幅提升測量準確度、靈敏度及可靠性，在現(xiàn)階段在線監(jiān)測中十分適用。由于該方法的靈敏度極高，所以目前已有很多成型產(chǎn)品，主要針對GIS、電機和電纜，而對電力變壓器而言，因其內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復雜，采用該方法進行局放測量有很大的難度，所以還未能普及的程度，仍需進一步研究和發(fā)展^[5]。

3.2定位技術(shù)

（1）超聲波定位。該方法在對變壓器設(shè)備的局放定位中較為常用，其定位的原理為利用傳感器對局放后產(chǎn)生的壓力波進行接收，然后測量局放開始到接收到壓力波所需時間，以測量結(jié)果為依據(jù)，對局放位置和傳感器之間的距離進行計算，再通過三角測量，確定多個傳感器和局放之間的相對位置來找出具體的局放位置。近幾年在聲發(fā)射技術(shù)快速發(fā)展的進程中，超聲波定位得以進一步發(fā)展和優(yōu)化，使得可采用這一方法進行局放定位的設(shè)備類型越來越多^[6]。（2）電氣定位。它是對幾種方法的總稱：1）行波法：根據(jù)局放源行波實現(xiàn)定位，它的定位精度會受到繞組、脈沖失真等因素的影響，在結(jié)構(gòu)較為簡單的電氣設(shè)備中較為適用，如電纜等。2）電容比法：對繞組兩端因局放產(chǎn)生的脈沖進行電容傳遞分量測量來確定和繞組間的相對位置關(guān)系，進而對局放進行準確定位。3）多點測量：主要用于變壓器設(shè)備的局放定位，因該方法將設(shè)備頻率關(guān)系及傳輸特性作為定位的依據(jù)，所以無法準確定位。4）脈沖比較：現(xiàn)假設(shè)放電源每個引線端實測脈沖波形均唯一，然后對待測和已知脈沖進行比較，以此定位待測脈沖。該方法在多種繞組結(jié)構(gòu)中均可使用，但需要利用電磁模型來校正，操作過程比較復雜^[7]。以該方法為基礎(chǔ)，Marshall等提出一種波形識別的方法，其原理和脈沖比較基本相同，該方法不僅能在局放定位中使用，而且還能確定待測繞組對不同波形的響應速度，進而獲得放電量幅值。（3）聲、電聯(lián)合定位。超聲波定位會受到外界噪聲影響使精度降低，對此可采用聲、電聯(lián)合定位來解決，即選擇一個電信號，將其作為參考基準，然后選擇相應的傳感器，根據(jù)信號時差與速度對球面方程進行求解，進而確定局放的位置。這一方法最大的特點在于簡單直觀，但會受到電磁干擾，定位中要采取有效措施解決。

4結(jié)語

綜上所述，對高壓電氣設(shè)備進行局放測量，是設(shè)備實時監(jiān)測與鑒定設(shè)備絕緣狀態(tài)重要基礎(chǔ)，測量結(jié)果能直接反映出設(shè)備絕緣是否老化，從而提出發(fā)現(xiàn)潛在隱患，為制定合理有效解決方案提供可靠參考借鑒，使電氣設(shè)備始終處在安全、穩(wěn)定的運行狀態(tài)。

參考文獻

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收稿日期：2019-07-11

作者簡介：馬麗（1989—），女，陜西榆林人，本科，畢業(yè)于東北電力大學，助理工程師，研究方向：直流系統(tǒng)及UPS系統(tǒng)。