天津市 300271
摘要：测试电气设备的局部放电特征是目前预防电气设备故障的一种好方法，本文提出利用PD-TP800A局部放电检测仪对电气设备进行局部放电在线检测。
关键词：局部放电；PD-TP800A； 脉冲电流法；超声波检测法
1、引言
局部放电是指由于电气设备内部绝缘内存在的弱点，在一定外施电压下发生的局部重复击穿和熄灭现象。通常放电区域内电场强度较大，但放电能量很小，故局部放电的存在并不影响电气设备的短时绝缘强度。但如电气设备在运行电压下长期存在局部放电现象，这些微弱的放电能量和由此产生的一些不良效应就可缓慢地损坏绝缘，最后可导致整个绝缘击穿，发生电气设备的突发性故障。因而，通过对高压电气设备局部放电水平的连续检测可以有效地了解设备的运行状况。
当介质内部发生局部放电时，伴随有许多现象。其中包括属于电的，诸如电脉冲的产生、介质损耗的增大和电磁波辐射；而也有属于非电类的，如光、热、噪声、媒介物质压力和化学方面的变化等，这些现象均可用以判断局部放电是否存在，目前应用于局部放电检测较为成熟的方法主要是采用脉冲电流法和超声检测法，并可通过脉冲电流法实现在线局部放电量的检测和超声波法实现局部放电位置的定位。本文提出应用美国魏德曼公司生产的PD-TP800A局部放电检测仪对电气设备进行在线检测，能够及时有效地发现设备可能存在的放电隐患，为设备的状态检修提供数据支持。
2、仪器简介
2.1 PD-TP800A局部放电检测仪
PD-TP800A局部放电检测仪专门用于电力设备，如电力变压器、GIS及断路器内部局部放电信号的连续在线/现场检测、诊断及定位系统。
检测仪主机用于处理从传感器获取的信号并将其数字化，而采用上位机进行局放信号的筛选、分析并完成局放脉冲数值记录、检测局放量发展状况等功能。包括CPU、ADC插板、信号处理插板、主板、电源及机箱等部件。主要功能为信号放大、信号处理（如：数字滤波、波形测量、脉冲记数、波形数据以及数据传输等）。终端用户安装专用软件后可通过个人电脑设置系统参数及工作条件、显示波形、进行信号分析，同时可对局放信号自动分析并存储相关信息（如信号的幅值、频率、相位等），从而实现了对设备的远端检测。
检测仪所采用的传感器分别为超声波传感器（AE）、高频电流传感器（HFCT），AE传感器用于测量伴随局部放电产生的超声波信号，HFCT传感器则用于检测高频脉冲电流。由于高压设备四周总是充斥着各类噪声，因而要求检测系统具有高性能系统配置及信号处理能力以便检测设备内部产生的微弱局放信号。
2.2应用程序软件介绍
Power PD应用软件专为PowerPD局部放电在线监测系统而开发。在通讯方面，该软件全面支持TCP/IPP、RS-232/422/485、USB 以及 Modem 通讯模式，并可自动模式下自动测量、下载数据；在数据显示及分析方面，除显示两维、三维图像并缩放外，另可显示图表显示、两维图形显示、三维图形显示、相位-脉冲显示以及幅值-脉冲显示等多种显示方式以便于用户对波形做出分析及诊断。
波形显示界面可显示波形及频谱图形：屏幕上方显示AE波形，下半部显示为HFCT波形。此外，也可在屏幕顶部显示HFCT或AE传感器得到的波形，而下半部显示其相关频谱。使用者可使用缩小或放大功能以便详细查看图形。
3、检测原理与方法
3.1脉冲电流法
局部放电最直接的现象即引起电极间的电荷移动。每一次局部放电都伴有一定数量的电荷通过电介质，引起试样外部电极上的电压变化。另外，每次放电过程持续时间很短，在气隙中一次放电过程在10ns量级；在油隙中一次放电时间也只有1ms 。根据Maxwell电磁理论，如此短持续时间的放电脉冲会产生高频的电磁信号向外辐射。脉冲电流法就是基于这个原理。脉冲电流法的基本测试回路分为直测法和平衡法两种。直测法常遇到各种干扰，特别是在现场环境下，会严重影响测试灵敏度。而平衡法由于其抑制共模干扰的优良性能，得到广泛采用。平衡法测试回路有西林电桥、差分电桥以及双电桥等形式。目前西林电桥干扰抑制比可达到几十，差分法可达到数百甚至上千。但是，平衡法的测量灵敏度一般比直测法低。
检测仪将高频检测法应用于局放在线检测，它是在脉冲电流法的基础上，利用Rogowski线圈从变压器的接地线处测取信号，这样测量的信号频率可以达到30MHz，大大提高了局部放电的测量频率，同时测试系统安装方便，检测设备不改变电力系统的运行方式。装置中采用了开合钳式高频电流传感器，自变压器油箱接地线上取脉冲电流信号，故安装无须设备停电。
3.2超声波检测法
介质中发生局部放电时，其瞬时释放的能量将放电源周围的介质加热使其蒸发，此时放电源如同一个声源，向外发出声波。由于放电持续时间很短，所发射的声波频谱很宽，可达到数百kHz。要有效检测声信号并将其转化为电信号，传感器的选择是关键。较之电测法，声测法在复杂设备放电源定位方面有独到的优点。但是，由于声波在传播途径中衰减、畸变严重，声测法基本不能反映放电量的大小。这使得实际中一般不独立使用声测法，而将声测法和电测法结合起来使用则可以得到较为准确的在线检测数据。
对单台电气设备局部放电在线检测可采用四个超声波传感器，仪器可针对某个局放脉冲计算出声源参考位置；超声检测主要用于判断局放信号的位置，以及结合电脉冲、电磁波信号或直接利用超声信号对局放源进行物理定位和判别局部放电的类型。
4、检测案例
应用PD-TP800A局部放电检测仪对某厂110kV GIS室的90个间隔进行局部放电检测，发现102 2#主变PT气室最大幅值30mV，约20ms左右出现一次尖峰值，疑似局放脉冲信号。如图1所示。
该变电站立即申请停电，联系厂家对该PT间隔进行改造，改造方案如下：
102 间隔停电，回收PT 气室内SF6 气体至0.5bar，回收102 间隔PT 隔离气室SF6 气体至-1bar，然后放空气；拆解102 间隔PT二次电缆；拆解102 间隔PT；安装新的封盖；102 间隔 PT&SA 隔离气室更换吸附剂，抽真空充气至4.5bar（20℃）；汇控柜二次联锁回路更新；现场气室检漏和微水测量；102 间隔送电，102 间隔PT 局放检测，24 小时后带负荷。
拆解102间隔时发现硅钢片有1处出现裂纹，如图2所示。
5、结论
局放检测被认为是评估电力系统状态的重要技术之一，利用PD-TP800A局部放电检测仪能够对电气设备进行在线局放检测，及时发现早期局放现象，因此可降低由非计划停电和设备故障导致的额外费用。
论文作者:张青
论文发表刊物:《中国电业》2019年第11期
论文发表时间:2019/9/29
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