局部放电带电检测技术简介

局部放电带电检测技术简介第一页，共80页。主要内容工作开展的背景1基本原理2常用局部放电检测方法简介3典型案例4第二页，共80页。工作开展的背景状态检修工作背景长期以来，公司系统电网设备检修采用定期检修和故障检修相结合的模式。定期检修模式建立在以往设备运行统计规律基础之上，在多年的生产实践中有效地保障了电网的安全运行，避免了许多设备事故的发生。但随着技术进步和电网快速发展，定期检修方式越来越难以适应电网发展和公司发展的需要。传统检修模式缺点针对性差，存在“小病大治，无病也治”的盲目现象，设备过修失修现象并存。随着电网规模迅速扩大，定期检修工作量剧增，检修人员紧缺、停电安排困难问题日益突出。近年来设备技术水平和制造质量大幅提升，免维护、少维护设备大量应用，早期制定的设备检修、试验规程滞后于装备水平的进步。第三页，共80页。工作开展的背景状态检修定期检修基于绩效管理的检修策略在设备状态评价的基础上，系统、定量地考虑各种类风险因素，根据风险程度安排检修方案基于资产全寿命管理的检修策略基于风险评估的检修策略在综合考虑设备全寿命周期安全、效能、成本指标基础上，确定设备检修策略，提高设备全寿命使用效益。以公司整体绩效水平为目标，确定设备检修的范围和类型，通过精益化方法，实现公司整体绩效目标定期检修事故后检修状态检修基于设备核心指标的事故防范检修状态检修是设备检修模式发展的必然阶段，是生产精益化管理的核心内容第四页，共80页。工作开展背景符合国网公司坚强智能电网建设要求和“三集五大”发展战略全面深入推进状态检修工作的基础2007年，国网公司对三大类设备推行状态检修2010年，推广至几乎所有110kV及以上设备2011年，试点配电网设备状态检修设备状态管理的内在要求，资产全寿命周期管理的重要技术支撑，在电网资产不断扩大的形势下，电网公司更好实施电网资产管理的必然选择。设备状态管理资产全寿命管理状态检修全面推广坚强智能电网三集五大第五页，共80页。基本原理绝缘损坏绝缘件缺陷绝缘介质（SF6/油）劣化电接触故障触点腐蚀(氧化)失效机械缺陷部件疲劳断裂润滑剂硬化卡涩绝缘损坏局部放电DGA、SF6组份电接触故障红外测温机械缺陷行程、转矩测量分合闸线圈电流检测根据缺陷类型选择状态检测技术第六页，共80页。基本原理局部放电的定义当外加电压在电气设备中产生的场强足以使绝缘部分区域发生放电，但在放电区域内未形成固定放电通道的放电现象称为局部放电。局部放电产生的原因介质内部或表面的电场强度过高第七页，共80页。基本原理导致设备局部放电的因素运行状态的影响运行过电压；雷电波冲击；谐波畸变；设备本身的原因绝缘材料不均匀，内部存在空洞和杂质；导体表面存在凸出部；绝缘强度的不足；环境因素的影响：潮湿、过热。第八页，共80页。基本原理局部放电脉冲电流超声波化学反应发光电磁波传统的局放测量/HFCT超声波检测法UHF检测法/地电波化学法光测法局部放电是一种脉冲放电。它会在电力设备内部和周围空间产生一系列的光、声、电气和机械振动等物理现象和化学变化。这为监测电力设备内部绝缘状态提供检测信号。局部放电检测的方法第九页，共80页。基本原理局部放电信号应有的特征局部放电信号应与工频相关局部放电信号应与电压相关局部放电信号应与设备相关第十页，共80页。超高频法GIS故障的特征GIS故障类型统计结果GIS的绝缘缺陷有一个共同特点，就是在故障发生之前，会产生局部放电现象。第十一页，共80页。超高频法时间上：放电时间极短（ns级），并且迅速湮灭频率上：包含频率高达1GHz，因为GIS气室的共振作用，形成多种模式的超高频谐振电磁波PD信号时域波形PD信号频谱GIS局放信号的特征第十二页，共80页。超高频法检测原理使用超高频天线检测设备内部局部放电产生的电磁波，检测频带300MHz-3000MHzGIS超高频局部放电检测第十三页，共80页。超高频法优点检测灵敏度高、信号传输衰减慢、现场该频段干扰小、不受机械干扰、可以实现快速定位脉冲信号的时频特性第十四页，共80页。超高频法UHF定位的原理和方法时差定位法局部放电源辐射的电磁波信号以近似光速在GIS中传播，根据不同传感器接收到同一放电源的信号时间差计算局部放电源的位置优点：原理简单、运用方便、定位较为准确缺点：信号的时差在ns量级，因此不仅需要测量设备具有很高的采样率和频宽，还要求被测信号的起始脉冲清晰，以读取信号的起始时间第十五页，共80页。超高频法平分面定位法平分面定位法示意图第十六页，共80页。局放监测系统的任务局放监测系统的任务局放监测系统应能有效的采集数据监测局放的幅度和活跃程度滤除噪音/干扰发出报警信号提供进一步的局放详细信息第十七页，共80页。超高频法系统组成第十八页，共80页。超高频法传感器外置式传感器内置式传感器第十九页，共80页。超高频法传感器第二十页，共80页。超高频法数据采集的基本原理检测时间段：DAQ将1个50Hz周期分成64个检测时间段每个时间段的长度约为312微秒。峰值俘获：在每一个检测时间段，检测仪的超高频信号峰值俘获电路，都将本时间段内振幅最强的PD信号峰值保存起来，并对俘获的信号峰值进行数字化处理；在该50Hz周期结束的时候，DAQ软件从本50Hz周期各个检测时间段俘获的PD信号峰值中选取最大者保存，并将此PD信号峰值与前面的50Hz周期已记录的PD信号峰值进行比较，保留其中的最大值第二十一页，共80页。超高频法局部放电事件：如果一个PD信号的峰值超过了系统预设的PD阈值，系统就认为测到了一次局部放电，发生了一次局部放电事件。局部放电速率：每秒钟发生局部放电事件的次数。本系统自动计算每个检测时间段的局部放电速率，在完成50个50Hz周期（即1秒）的检测后，系统从所有检测时间段中选取局部放电速率最大者保存。第二十二页，共80页。超高频法数据分析信号特征提取、局放信号谱图是判断局部放电类型的主要方法。DMS局放监测系统工作流程和典型谱图第二十三页，共80页。超声法检测原理电力设备内发生局部放电的时候，同时会伴有声波发射，使用超声波传感器，能够探测出设备中的局部放电现象。检测频带：20kHz-200kHz第二十四页，共80页。超声法优点：与被测设备之间无电气连接、可以避免多种电气干扰，声测法的灵敏度不随被测物电容量而变化，因而声学方法广泛用于大电容器的检测，并且声学方法通常能指出一个复杂系统内PD源的位置，定位精度高。缺点：灵敏度低、传播衰减快、测试范围小、判别标准比较困难。第二十五页，共80页。超声法不足对某些类型的放电比较敏感，而对有些类型的放电则检测灵敏度较低。如GIS中：对于移动中的颗粒，这个方法比传统的局放测量法和UHF优越。对检测来自位于绝缘子上颗粒引起的放电时，这个方法还存在一些问题，由于在环氧树脂绝缘中超声信号衰减很大，所以这种方法不能测量环氧树脂绝缘中的缺陷（例如气泡）。变压器中：内部深层次放电反映不敏感，定位及诊断对使用者的要求高第二十六页，共80页。超声法超声定位的原理和方法信号衰减法通过不断移动超声传感器，根据信号强弱的变化来判断放电源的位置。AB超声信号强度变化位置的变化AB第二十七页，共80页。超声法时差定位法利用超声波到达不同传感器的相对时间进行定位。要对放电源进行三维定位，至少需要4个以上的传感器接收到有效超声信号。传感器位置超声信号第二十八页，共80页。超声法什么是有效波形不同材料中的超声速度超声信号的不同传播路径PD

Source第二十九页，共80页。超声法什么是有效波形不同传播路径得到的超声信号无效信号有效信号第三十页，共80页。超声法大量实践证明对于交流变压器、电抗器、换流变压器都可以进行局部放电超声波检测和定位超声波PD检测和定位需要注意：1.仔细搜寻疑似放电信号，传感器间距小于60cm；2.初步判断疑似信号性质，排除干扰；3.继续搜索，寻求最好的信号获取位置；4.观察信号一致性，判断是否存在固定声源；5.初步定位，给出明确坐标，此时传感器坐标测量务必准确；6.对定位点位置进一步检测，获得精确定位结果；7.长时间录波和回放对换流变定位很重要；8.定位数据结合色谱和变压器结构往往能得到正确结论。第三十一页，共80页。超声法典型测量图谱AIA局放仪第三十二页，共80页。超声法危险性评估分级:测得的缺陷很易于识别,具有高的幅值，可确认为有害的—采取行动

不能立即确认为有害或无害的—密切跟踪该缺陷的发展情况，加强测试的间隔，或等下次有计划停电检修时打开测得有很小的但不同于背景噪音的信号—进行周期性测量跟踪其发展GIS是干净的（无任何可疑信号）—按公司要求，每1-3年测试一次注意：打开GIS意味着极可能引入新的缺陷第三十三页，共80页。暂态地电压法开关柜故障类型和特点开关柜承担直接向用户馈电的任务，大多数馈电线路难以像输电线路按照“N-1”可靠性原则配置。因此，开关柜设备的可靠性直接决定了用户供电的可靠性。状态检修是提高供电设备可靠性的重要技术手段。但是，开关柜不可能采取像高压变压器、GIS设备那样的在线监测技术路线，实现全面、实时的在线监测开关柜属于多种电气设备的组合体,种类繁多,结构复杂。开关柜故障已经导致严重后果第三十四页，共80页。暂态地电压法开关柜故障类型和特点绝缘与载流故障比率约在30％～50％之间绝缘与载流故障都是与放电现象密切有关的对中压开关设备实施放电检测可显著减少故障概率1992年～2002年广东电网开关设备故障统计结果第三十五页，共80页。暂态地电压法检测原理局部放电发生时，电子快速由带电体向接地的非带电体迁移，如柜体；放电点产生高频电流波，并向两个方向传播；受集肤效应的影响，电流波仅集中在金属柜体内表面传播，而不会直接穿透；在金属断开或绝缘连接处，电流波转移至外表面，并以电磁波形式进入自由空间；电磁波上升沿碰到金属外表面，产生暂态对地电压(TransientEarthVoltage)。第三十六页，共80页。暂态地电压法暂态对地电压可用TEV传感器进行测量；其幅值与放电量和传播途径的衰减程度有关；衰减量主要取决于放电点位置、设备的内部结构以及开口大小，如垫圈的厚度。利用装设在金属柜体外表面上的两个TEV传感器所测量的信号到达时差，可以实现粗略的局部放电定位。第三十七页，共80页。暂态地电压法C表示传感器参数，决定了传感器单元检测的灵敏度；R为检测设备的检测阻抗，一般设定为50欧姆；不同设备的传感器参数和信号处理电路的适用频率范围会造成测试结果的差异。TEV传感器第三十八页，共80页。电力设备带电检测技术规范第三十九页，共80页。暂态地电压法判断标准的制定存在的问题传感器参数对测试结果的影响？信号处理电路设计参数对测试结果的影响如何？信号分析技术对测试结果的影响？不同时代设备制造水平对放电程度的影响？不同电压等级设备放电水平的差异？环境因素的影响：郊区和市区变电站能够采用同样的标准吗？不同制造商的设备制造水平的影响？不同电力公司开关设备的配备情况的影响？第四十页，共80页。局部放电数据分析技术不是简单地回答“Yes”与“No”，其目标是在海量数据中发现“异常者”，总结出指导检修的普遍性规律；第四十一页，共80页。对高压开关柜局放数据进行分析，需要遵循下列基本原则：基于任何检测技术的数据都是有用的；基于任何检测技术的数据都有其局限性；规律隐藏在长期、连续的测试数据当中；实施状态检修，既需要充分利用现有的规律，更需要对现有规律的持续完善和补充；第四十二页，共80页。暂态地电压法电磁测量法（TEV）对脉冲的变化速度比较敏感，比较适合介质内部放电对放电频谱较低的套管、终端、绝缘子表面放电不敏感易受外界电磁干扰的影响能够精确定位，但分辨率不高，主要是设备精度限制传播过程衰减较小声音测量法对介质类型比较敏感，适合检测空气介质放电比较适合检测套管、终端、绝缘子表面放电易受现场机械振动的干扰；定位精度受内部反射、折射等现象的影响，但对设备精度要求较低传播过程衰减大电磁测量与声音测量的对比第四十三页，共80页。暂态地电压法福建电科院试验室物理模型测试声-电联合测试是开关柜局部放电检测的最佳选择第四十四页，共80页。高频局部放电检测技术局部放电三电容等效电路等值电路介质中的气泡Cg：气泡的电容；Cb：和气泡相串联部分的介质电容；Cm：除Cb与Cg以外的绝缘完好部分的电容。第四十五页，共80页。高频局部放电检测技术局部放电过程UbUgUitt通过检测回路中的脉冲电流的大小来检测局部放电Ur第四十六页，共80页。高频局部放电检测技术表征局部放电的参数1.局部放电起始电压：试验电压从较低值开始上升，升到局部放电达规定值时的最小电压。2.局部放电的熄灭电压：试品上电压从高于起始电压的值下降，到局部放电降到规定值时的最小电压。3.实际放电量：q=(Ug-Ur)[Cg+CbCm/(Cb+Cm)]该值实际无法测量。第四十七页，共80页。高频局部放电检测技术4.整体电压降落：△U=(Ug-Ur)Cb/(Cm+Cb)该值可测。5.视在放电量：△q=△U[Cm+CbCg/(Cb+Cg)]=△UCACA为试品电容△q放电引起试品两端电压变化时从电源吸收的电荷量，这是实际可测量的值。在对局放仪标定时，当我们向试品注入视在电荷时，试品两端的电压变化与Cg放电时引起的试品电压变化相同。6.放电重复率：单位时间内产生的脉冲数，在测量中一般统计一个工频周期的放电次数或每秒时间内的放电次数第四十八页，共80页。高频局部放电检测技术局部放电测量中的干扰分类：1.周期性干扰：⑴连续的周期性干扰信号：如广播，电力系统中的载波通讯，手机通讯，高频保护信号，谐波，工频干扰等等，其波形一般是正弦形。⑵脉冲型周期性干扰信号：例如可控硅整流设备在可控硅开闭时产生的脉冲干扰信号。其特点是该脉冲干扰周期性地出现在工频的某相位上。2.脉冲型随机干扰：高压输电线的电晕放电，相邻电气设备的内部放电，以及雷电，开关继电器的断、合，电焊操作等无规律的随机性干扰。旋转电机电刷和滑环间的电弧等第四十九页，共80页。高频局部放电检测技术噪声源第五十页，共80页。高频局部放电检测技术局放测量频带的选择传统局部放电测量《IEC60270-2000局放测量标准----4.3.4宽带测量系统频带》下限30kHz<f1<100

kHz上限f2<500kHz《电力行业标准DL417-91电力设备局部放电现场测量导则----4.2.2现场测量时仪器的选择》宽频带测量仪器，例如f1=(10～50)kHz，f2=(80~400)kHz。传统的局放仪，由于受检测阻抗带宽的限制，对放电脉冲的波形畸变严重，保存的放电信息少。高频局部放电检测高频局部放电检测，f1约为数十千赫兹到数兆赫兹，f2大于数十兆赫兹，典型为16kHz<f<30MHz第五十一页，共80页。高频局部放电检测技术两种检测手段的对比传统局部放电检测：检测频带窄；脉冲波形畸变严重；保留信息少；无法进行信号分类。脉冲电流法局部放电检测高频局部放电检测：检测频带宽；能够保留放电脉冲波形特征；可以采用后继的数据处理方法进行分析，实现信号的分类和不同类型放电的识别。第五十二页，共80页。高频局部放电检测技术电缆局部放电的特点强电场条件下的瞬态微弱信号现场噪声干扰多种放电类型并存有效排除干扰白噪或正弦干扰(由电台或其它设备产生)脉冲干扰(如电晕或表面放电)有效识别放电类型区分不同放电的严重性和危害性对电树枝等报警能够区分不同的放电信号来识别→信号分离第五十三页，共80页。高频局部放电检测技术局放检测主机PDCheck技术参数第五十四页，共80页。高频局部放电检测技术局放检测主机PDCheck技术参数第五十五页，共80页。高频局部放电检测技术系统现场安装示意图第五十六页，共80页。高频局部放电检测技术传感器及其耦合方式高频电流传感器（HFCT）原理i第五十七页，共80页。高频局部放电检测技术安装方式第五十八页，共80页。高频局部放电检测技术FMC传感器原理这种传感器从局放信号产生的磁场中获取能量，可以利用线圈技术耦合信号。对带有屏蔽铠装的电缆，由于铠装层，使得放电电流脉冲的切向分量产生轴向的磁场。种传感器只能用于绕包铠装电缆，且受高频信号衰减作用的限制，有效测量距离在10m左右，只能用于短电缆或电缆附件的测试。第五十九页，共80页。高频局部放电检测技术安装方式第六十页，共80页。高频局部放电检测技术电容耦合传感器第六十一页，共80页。高频局部放电检测技术脉冲信号采集第六十二页，共80页。脉冲信号的分离分类脉冲信