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局部放電測試儀主要檢測手段
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局部放電測試儀主要檢測手段

局部放電是個復雜的物理過程,當局部放電發生時,放電空間內的電荷會產生移動,使試品兩端出現脈動電流。局部放電還伴隨著電磁波的輻射,這些射線能量大,在其作用下會使得高分子分解為單體,而某些射線會讓分子間產生交聯而導致材料發脆;同時,電子、正負離子等粒子的反復撞擊和復合會發射聲波和光。周圍介質因受局部放電作用而分解出許多新的生成物,例如如果在支撐導體的固體絕緣子填充劑中有硅元素存在時,可能生成SiF4,這種生成物具有導電性,污染SiF6,從而降低其擊穿場強,最終造成擊穿或閃絡。另外局部放電過程中生成的許多活性生成物,如臭氧、各種游離基因等,遇到水分就化合成硝酸和草酸等腐蝕絕緣體,進一步劣化了絕緣性能。

局部放電能引起產生脈沖電流、超高頻的電磁波、超聲波以及多種氣態物質,正是這一系列的物理效應和化學反應,使得人們可以通過對這些物理量實施監測以及對探測信息的融合分析就可以對局部放電進行定位、故障分析等。

①脈沖電流法是目前技術最成熟應用最廣泛的一種局部放電測試方法,國際電工委員會(IEC)于2000年專門針對此法制定了局部放電測量的相關標準,這也是wei一個有標準的測量方法。脈沖電流法通過檢測外圍測量回路的脈沖電流實現對局部放電的測量,測試電路主要有并聯法、串聯法和平衡法三種,受現場的實驗條件限制,通常采用并聯法[f}l。該法可測得多種放電值來表征局部放電,包括視在放電電荷量、放電相位、放電次數、放電平均電流、放電能量和功率等,還可進一步進行數據處理,得到各種二維和三維放電譜圖,能夠較全面的描述局部放電的狀態,因此廣泛應用于各種電力設備的局放檢測。其優點是測量的靈敏度高,局放量可以參照標準進行標定,能得到放電的各種具體指標。但脈沖電流法易受測量回路中檢測阻抗和放大器的影響,抗干擾能力較差;另外測量的頻率較低、頻帶較窄、包含的信息量較少,通常被用于絕緣器件的出廠試驗以及其他離線測試。

②電磁波法通過天線傳感器接收局部放電過程輻射出的超高頻電磁波,早在20世紀20年代就已經開始使用。人們最早認識到局部放電的危害,并不是它對絕緣性能的破壞,而是對無線電通信系統的干擾,最初的無線電干擾電壓法(RIV法)能定性的檢測出局放是否發生,這種方法被用于檢測電機線棒的局放情況和對沒有屏蔽層的長電纜進行局放定位。RIV法測量的頻率較低,一般用窄頻測試,頻帶約為10kHz,除了西歐一些工廠由于歷史的原因繼續采用該法外,其他地方已經使用得很少了。現在的甚高頻(VHF)或超高頻(UHF)測試方法測量頻帶非常寬,可達幾GHz,這樣就有效地避開了工業現場中電暈、開關操作等多種電氣干擾,而且檢測的靈敏度也很高,能識別故障類型和定位。UHF法已成功應用于GIS的局部放電在線監測,VHF法也在發電機的局部放電在線監測上得到使用。該法由于信號頻率較高,對數據采集設備和相應的信號調理電路要求很高,造價不菲,作為一個開關柜功能單元來講并不經濟適用,不便于推廣應用;另外受信號處理技術的限制,超高頻局放信號的調理難度較大,處理的數據量多,而嵌入式芯片的處理速度和存儲容量有限,目前還無法作為一種嵌入式監測單位固化在開關柜上。

③氣相色譜法(DGA)是一種基于油中氣體成分分析的化學檢測方法,廣泛應用于變壓器故障類型和故障程度的診斷。局部放電會使周圍的介質分解出很多新的生成物,如SiF4、臭氧等,通過色譜柱、氣體傳感器檢測這些新的生成物的成分和濃度,進而就能判別局部放電的程度。該方法簡單有效,準確度高,能避開電磁干擾,在變壓器的故障診斷中得到大量使用。但氣相色譜法檢測過程耗時較長,不能監測突發性故障;而且目前該法只能檢測局放是否發生,還不能反應局部放電的類型和位置。

④超聲波法是利用局放產生的超聲波信號來對檢測局放的程度和位置,其常用頻帶是20k-220kHz,可以避開機械振動噪聲,受電磁干擾小,而且靈敏度高,檢測時不用嵌入到設備內部,不影響開關柜的正常運行,比較適合在線監測局部放電。另外隨著數據采集技術的發展,現在的數據采集卡完全可以滿足采集超聲波信號的要求,因此本文選擇用超聲波來監測開關柜局部放電。局部放電產生時可以當成是一個點聲源向四周發射球面波,此時超聲波會向多個角度傳播,傳播路徑復雜,加上電氣設備內部構造復雜,導致超聲信號衰減嚴重而影響檢測靈敏度。這些問題的存在也為超聲波局部放電的檢測帶來一定的困難。

此外,光測法、射頻檢測法和介質損耗分析法等也是電力設備常用的局部放電檢測方法,但由于受相關技術發展的限制和自身的局限,未能得到廣泛的應用。

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