超声波法检测变压器局部放电现状及现实意义-中试控股

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超声波法检测变压器局部放电现状及现实意义

时间：2020-08-09

在任何电力发电机和输电系统中，大型电力变压器都是最昂贵、在战略意义上最重要的一部分，其可靠性对能源系统的运行起着极其重要的作用。研究表明，超过60%的高压设备故障都是因为绝缘设备发生故障引起的。局部放电（PartialDischarge）由于会逐渐腐蚀和破坏绝缘性，其又是绝缘故障的主要原因。在制造和使用绝缘系统时，局部放电测量作为一个能够评估和监测绝缘系统的绝缘完整性的有效诊断工具，己获得了世界范围内的广泛接受。在变压器的日常保养和维修中，对局部放电源的定位技术扮演着极其重要的作用。如果早期监测并量化局部放电活动，在合适的时间内安排替换，会大大提高成本效益。

国际电工委员会（IEC）对所有的电力设备的局部放电都有明确的限制。由于当前的商业化局部放电探测器并不提供局部放电源的任何信息，当绝缘故障发生时，就会因为不了解局部放电的任何信息而一律替换绝缘设备。由于每一种缺陷都会表现出自己唯一的恶化特征，所以可以利用这些特殊的属性将局部放电模式和缺陷类型联系起来，然后决定绝缘性能。使用局部放电模式分类提供的局部放电严重程度的索引数据，是一种评估绝缘系统性能的重要标准。此外，局部放电模式分类可以用来预测任何尚未发生的绝缘故障，并决定是否有必要替换当前的绝缘系统。

在对局部放电信号进行采集和预处理之后（捕获、数字化和去噪），还有两个最基本的步骤：特征提取和分类。特征提取是在局部放电原始数据里提取典型属性的过程；每一种局部放电都包含一组唯一的特征信息，因此，分类过程的第一步就是考虑使用何种特征以及选择何种提取方法。

发生在高压线和高压设备中的局部放电的后果是非常严重的，最终可能会导致全面故障。固体介质中的局部放电的累积效应是由无数的局部传导型放电通道（一种称为放电树枝的过程）形成的。重复的放电会引起绝缘材料不可逆的机械和化学性质恶化。高能量电子和离子、来自放电产生的紫外线、攻击空洞壁的臭氧以及在高压力下化学分解过程释放的气体引起的裂化等各种因素引起的能量释放都会引起破坏。介质的化学变化同样也会增强空隙周围的介质材料的导电性。这又增加了先前未受影响的空白区域的电压，加速了击穿过程。和有机物和高分子介质相比，许多无机物介质，如玻璃、瓷器和云母等更不容易受到局部放电的破坏。

在用纸绝缘的高压线中，局部放电以穿透纸线圈的小针孔开始，这些绕组与导电体和外套相邻。随着局部放电的持续进行，重复的放电最终会引起受影响的纸层内永久性的化学变化，并且会浸渍液体介质。在情况进一步恶化下，会形成导电碳化树枝。这会对其余的绝缘材料施加很大的压力，导致破坏区域的进一步增大、沿着树枝阻性加热，并且进一步焦化。如果任其发展，最终会导致介质材料的绝缘性完全失效，发生电气爆炸。

变压器发生局部放电时，通常会以热量、声波、光等方式向外界辐射能量。来自局部放电的局部加热会导致绝缘材料的热降解。尽管对直流电和输电线频率来说，局部放电的热量等级通常都比较低，但是它会加速高电压和高频设备的故障。通过监测发生在设备生命周期中的局部放电活动，可以试验高压设备的绝缘完整性。为了保证供电可靠和长期操作的可持续性，应该严格监测高压电气设备中的局部放电，以收集早期报警信号用于检测和维修。

在细心的设计和选择材料后，通常能够避免局部放电。在非常重要的高压设备中，在制造阶段和设备的有用生命期中，都需要用局部放电检测设备定期试验绝缘材料的绝缘完整性。为了保证日常使用的高压设备的可靠、长期操作，局部放电的预防和检测具有举足轻重的作用。

变压器局部放电检测

然而，电力变压器中的局部放电的检测和定位一直是一个非常复杂的工作，因为局部放电发生的随机性会产生10KHz到3MHz之间的频谱。研究发现，超声波法是一种对变压器局部放电有效的检测和定位方法，它实现容易，定位精度高，得到了广泛的使用。