精密點(diǎn)檢暨電氣設(shè)備在線檢測(cè)

精密點(diǎn)檢暨電氣設(shè)備局部放電檢測(cè)11.電力設(shè)備在線檢測(cè)的必要性及意義電能是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，電力設(shè)備的功能就是完成電能的生產(chǎn)和傳輸。其中設(shè)備的絕緣在很大意義上決定了設(shè)備運(yùn)行的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和安全可靠性故障統(tǒng)計(jì)表明，電力設(shè)備失效的主要原因是絕緣故障造成（60～80%左右）故障危害嚴(yán)重巨大的經(jīng)濟(jì)損失危害人身安全2變壓器GIS···架空線路及電力電纜發(fā)電機(jī)電容性設(shè)備主要的電氣設(shè)備3停電原因(%)4絕緣的老化設(shè)備在制造、運(yùn)輸、裝配等過(guò)程中不可避免地產(chǎn)生缺陷（氣泡、受潮、機(jī)械損傷、裂紋等）設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，承受電、熱、化學(xué)、機(jī)械、環(huán)境等各種應(yīng)力及其復(fù)合的作用下，使得其絕緣性能逐漸下降甚至喪失的現(xiàn)象絕緣缺陷類型：集中型的局部缺陷（貫穿性、非貫穿性兩種）普遍性的缺陷54.電力設(shè)備絕緣缺陷的征兆及特征量耐電強(qiáng)度、絕緣電阻、介質(zhì)損耗角正切、泄漏電流、局部放電、油中氣體含量、油中微水含量等。65.電力設(shè)備的維護(hù)和檢修絕緣狀態(tài)檢測(cè)在電力設(shè)備停電狀態(tài)下，通過(guò)定期的絕緣性能的檢查性試驗(yàn)，根據(jù)檢查結(jié)果進(jìn)行維護(hù)的方法。在線檢測(cè)在電力設(shè)備正常運(yùn)行狀態(tài)下，通過(guò)在線檢測(cè)監(jiān)測(cè)的方法獲取設(shè)備絕緣狀態(tài)的數(shù)據(jù)，并據(jù)此制定維護(hù)策略的方法。7電氣維修方式的演變過(guò)程事后修理BM（BreakdownMaintenance）或故障維修；2.定期檢修TBM（TimeBasedMaintenance）或預(yù)防性維修PM（PreventiveMaintenance）；3.狀態(tài)維修CBM（ConditionBasedMaintenance）或預(yù)知性維修（PredictiveMaintenance）。8事后維修體制早期技術(shù)及管理水平都很低，即使再重要的設(shè)備也只能壞了再修。以致工作毫無(wú)計(jì)劃性，供電可靠性很低。簡(jiǎn)單方便，對(duì)消耗性產(chǎn)品是有效的。隨著電力系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大，設(shè)備故障所造成的停電損失也越來(lái)越大，事后維修無(wú)法滿足系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行穩(wěn)定性的需求。9計(jì)劃維修

絕緣監(jiān)測(cè)與電氣設(shè)備試驗(yàn)是電力設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)工作中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的有效手段之一。在我國(guó)已有40年的使用經(jīng)驗(yàn)。試驗(yàn)、大修和小修構(gòu)成了計(jì)劃維修制的基本內(nèi)容。101.維修周周期頻繁2.試驗(yàn)項(xiàng)項(xiàng)目過(guò)多3.經(jīng)濟(jì)性性差4.增大不不安全因素5.過(guò)度維維修6.維修不不足7.預(yù)防性性試驗(yàn)條件與與實(shí)際運(yùn)行工工況不同計(jì)劃維修制的的種種弊端設(shè)備的現(xiàn)代化化對(duì)設(shè)備的維維修體制提出出了變革的要要求，設(shè)備運(yùn)運(yùn)行的高可靠靠性和維修方方式的經(jīng)濟(jì)性性已成為電力力系統(tǒng)降低運(yùn)運(yùn)行成本的關(guān)關(guān)鍵。11發(fā)展中的維修修體制—狀態(tài)態(tài)維修狀態(tài)維修方式式的基本思想想“治于未病””采用狀態(tài)監(jiān)測(cè)測(cè)和故障診斷斷技術(shù)后，可可使預(yù)防性維維修過(guò)渡到預(yù)預(yù)知性維修——狀狀態(tài)維修，從從到期維修過(guò)過(guò)渡到該修則則修，為變電電站無(wú)人化提提供了技術(shù)支支持。12狀態(tài)維修即根根據(jù)具體設(shè)備備的實(shí)際情況況來(lái)確定檢修修周期和檢修修內(nèi)容的維修修體制。通過(guò)對(duì)設(shè)備運(yùn)運(yùn)行情況的實(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，隨隨時(shí)查明設(shè)備備可能“存在在著什么樣的的隱患，什么么時(shí)候會(huì)發(fā)生生故障”，預(yù)預(yù)先得知將要要發(fā)生事故的的部位和時(shí)間間，設(shè)備管理理人員因此可可以從容地安安排停電計(jì)劃劃和組織維修修人力，采購(gòu)購(gòu)必須的備件件，以便在短短時(shí)間內(nèi)完成成高質(zhì)量的維維修工作。實(shí)現(xiàn)“無(wú)病不修、有有病才修、修修必修好”的目的。狀態(tài)維修的必必要性13雖然設(shè)備內(nèi)部部缺陷的出現(xiàn)現(xiàn)和發(fā)展具有有很強(qiáng)隨機(jī)性性，但大多都都具有一個(gè)的的較為緩慢的的發(fā)展過(guò)程，，在這期間會(huì)會(huì)產(chǎn)生各種前前期征兆，表表現(xiàn)為其電氣氣、物理、化化學(xué)等特性發(fā)發(fā)生漸進(jìn)的量量變。根據(jù)這這些特征量值值的大小及變變化趨勢(shì)，即即可對(duì)設(shè)備的的可靠性隨時(shí)時(shí)做出判斷，，從而發(fā)現(xiàn)早早期潛伏性故故障。狀態(tài)維修的技技術(shù)可行性14設(shè)備狀態(tài)狀態(tài)監(jiān)測(cè)故障診斷維修決策狀態(tài)維修的基基礎(chǔ)15絕緣水平監(jiān)測(cè)測(cè)參量穩(wěn)定運(yùn)行階段段危險(xiǎn)水平注意水平實(shí)施修復(fù)危險(xiǎn)階段注意階段劣化階段初期T狀態(tài)維修示意意圖破壞點(diǎn)16運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的兩兩種檢測(cè)方法法帶電檢測(cè)(On-sitedetection):對(duì)對(duì)在運(yùn)行電壓壓下的設(shè)備，，采用專用儀儀器，由人員員參與進(jìn)行的的檢測(cè)。在線監(jiān)測(cè)(On-linemonitoring):在不影響設(shè)設(shè)備運(yùn)行的條條件下，對(duì)設(shè)設(shè)備狀況連續(xù)續(xù)或定時(shí)進(jìn)行行的監(jiān)測(cè)，通通常是自動(dòng)進(jìn)進(jìn)行的。17設(shè)備狀態(tài)維修修管理系統(tǒng)18兩種維護(hù)方式式的特點(diǎn)狀態(tài)維修體制制可有效地使用用設(shè)備，提高高了設(shè)備的利利用率可降低維修費(fèi)費(fèi)用有目標(biāo)地維修修可提高維修修水平19在線監(jiān)測(cè)的發(fā)發(fā)展概況及趨趨勢(shì)國(guó)內(nèi)發(fā)展80年代起步步代表機(jī)構(gòu):清清華,西交大大,重大,華華電,電科院院,武高所等等截至目前為止止，以油色譜譜分析、輸電電線路紅外監(jiān)監(jiān)測(cè)等為代表表的多項(xiàng)在線線檢測(cè)技術(shù)迅迅速成熟并正正在大力推廣廣應(yīng)用。無(wú)人值守變電電站的增多使使得站內(nèi)視頻頻、溫度等環(huán)環(huán)境監(jiān)測(cè)被廣廣泛采用；近幾年，輸電電線路覆冰監(jiān)監(jiān)測(cè)、介質(zhì)損損耗監(jiān)測(cè)、微微水監(jiān)測(cè)、氣氣體泄露監(jiān)測(cè)測(cè)等技術(shù)都迅迅速發(fā)展起來(lái)來(lái)，并涌現(xiàn)出出一批專業(yè)從從事在線監(jiān)測(cè)測(cè)技術(shù)與產(chǎn)品品的公司，如如寧波理工、、河南中分、、西安金源、、重大海吉等等。20局部放電的成成因制造過(guò)程中的的局部缺陷（（如氣泡、裂裂縫、懸浮導(dǎo)導(dǎo)電質(zhì)點(diǎn)和電電極毛刺等））正是這些缺陷陷會(huì)造成絕緣緣體內(nèi)部或表表面出現(xiàn)某些些區(qū)域電場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)度高于平均均電場(chǎng)強(qiáng)度，，當(dāng)這些區(qū)域域的擊穿場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)低于平均擊擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，，將會(huì)首先發(fā)發(fā)生放電、而而其它區(qū)域仍仍保持絕緣特特性，從而形形成局部放電電。絕緣在電、熱熱、機(jī)械等應(yīng)應(yīng)力長(zhǎng)期作用用下產(chǎn)生的老老化21局部放電的劣劣化機(jī)理局部放電引起起介質(zhì)劣化和和損傷的機(jī)理理是多方面的的，主要包括括三種效應(yīng)：：（1）帶電質(zhì)質(zhì)點(diǎn)(電子和和正、負(fù)離子子)對(duì)介質(zhì)表表面的撞擊，，切斷分子構(gòu)構(gòu)造；（2）由于帶帶電質(zhì)點(diǎn)撞擊擊介質(zhì)，在放放電點(diǎn)引起介介質(zhì)局部溫度度上升，使介介質(zhì)加速氧化化，導(dǎo)致材料料的機(jī)械、電電氣性能下降降。（3）局部放放電產(chǎn)生的活活性生成物對(duì)對(duì)介質(zhì)的氧化化作用使介質(zhì)質(zhì)逐漸劣化。。22局部放電基礎(chǔ)礎(chǔ)?放電脈沖(PartialDischarge，縮寫(xiě)為為PD)可用合適的檢檢測(cè)電路測(cè)量量到的電流或或電壓脈沖?放電重復(fù)率測(cè)量時(shí)間內(nèi)平平均每單位時(shí)時(shí)間內(nèi)的脈沖沖次數(shù)?放電起始時(shí)間間ti電壓過(guò)零點(diǎn)到到放電起始時(shí)時(shí)的時(shí)間）?放電起始相位位i=360(ti/T)23局部放電基礎(chǔ)礎(chǔ)?視在電荷量(Apparentchargeq)在局部放電時(shí)時(shí)，絕緣體施施加電壓的兩兩端上出現(xiàn)脈脈動(dòng)電荷稱為為視在放電電電荷。視在放放電電荷的大大小是這樣測(cè)測(cè)定的：將模模擬實(shí)際放電電的瞬變電荷荷注入試樣施施加電壓的兩兩端，在此兩兩端出現(xiàn)的脈脈沖電壓與局局部放電時(shí)所所產(chǎn)生的脈沖沖電壓相同，，則注入的電電荷量即為視視在放電電荷荷量，單位用用pC表示。。24絕緣內(nèi)的電場(chǎng)場(chǎng)分布開(kāi)始外加電壓壓時(shí)空穴內(nèi)沒(méi)沒(méi)有初始電荷荷25絕緣內(nèi)的電場(chǎng)場(chǎng)分布空間電荷改變變了電場(chǎng)分布布=>絕緣體其其他部分的電電場(chǎng)增強(qiáng)并使使其劣化幾率率增加26絕緣缺陷的電電氣模型經(jīng)典三電容模模型2728局部放電的征征兆及檢測(cè)方方法電磁輻射[射頻]聲子[超聲波]電荷遷移-〉電流脈沖(脈沖電流法)PD材料分解(DGA方法)HF(3M-30MHz)VHF(30M-300MHz)UHF(300M-3GHz)光發(fā)射(光測(cè)法)產(chǎn)生熱量(測(cè)溫法)29氣相色譜法(DGA)化學(xué)檢測(cè)法(羅杰斯比值值法)優(yōu)點(diǎn)：受外界界電磁干擾影影響相對(duì)較小小，準(zhǔn)確度較較高缺點(diǎn)：油氣分分離時(shí)間長(zhǎng)，，實(shí)時(shí)性差，，對(duì)突發(fā)性故故障不靈敏30脈沖電流法當(dāng)變壓器內(nèi)部部出現(xiàn)局部放放電時(shí)，在出出現(xiàn)脈沖電流流信號(hào)的出線線端、套管末末屏接地線、、鐵芯接地線線等處，利用用電流傳感器器在這些點(diǎn)測(cè)測(cè)量局部放電電脈沖電流信信號(hào)并進(jìn)行分分析，這種方方法稱為脈沖沖電流法。脈沖電流法主主要利用局部部放電頻譜的的較低頻段部部分，一般為為數(shù)kHz到到數(shù)百kHz。常規(guī)電流傳感感器采用電耦耦合的方式，，包括RC和RLC兩種檢測(cè)阻抗抗，RC型檢測(cè)阻抗一一般是寬帶測(cè)測(cè)量，多用于于試驗(yàn)研究；；RLC型檢測(cè)阻抗多多串接在變壓壓器套管末屏屏接地線，作作為窄帶測(cè)量量。31超聲波(AE)法檢測(cè)局放產(chǎn)生生的聲發(fā)射優(yōu)點(diǎn)：不影響響電氣主設(shè)備備的安全運(yùn)行行，受電磁干干擾影響較小小缺點(diǎn)：聲波阻阻抗復(fù)雜，超超聲波信號(hào)傳傳播途徑復(fù)雜雜、衰減嚴(yán)重重，檢測(cè)靈敏敏度較低32其他方法光纖技術(shù)光纖超聲波法法測(cè)量原理：當(dāng)當(dāng)局部放電的的超聲波信號(hào)號(hào)傳播到光纖纖上時(shí)會(huì)發(fā)生生碰撞從而使使光纖發(fā)生形形變，緊接著著導(dǎo)致光纖的的長(zhǎng)度和折射射系數(shù)發(fā)生變變化。光波在在光纖中傳播播時(shí)受到超聲聲信號(hào)的相位位調(diào)制，然后后采用合適的的調(diào)制解調(diào)器器把局放的超超聲波信號(hào)提提取出來(lái)光測(cè)法測(cè)量局部放電電產(chǎn)生的光來(lái)來(lái)探測(cè)局放盡管在實(shí)驗(yàn)室室里采用光學(xué)學(xué)技術(shù)對(duì)電氣氣設(shè)備的局部部放電和老化化等做了許多多有用的研究究，但該技術(shù)術(shù)達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)應(yīng)用還有很大大的距離。造造成這種局限限的主要原因因變壓器結(jié)構(gòu)構(gòu)復(fù)雜，不透透光，且有光光學(xué)設(shè)備的造造價(jià)高33其他技術(shù)紅外測(cè)溫法紅外檢測(cè)是基基于局部放電電點(diǎn)的溫度升升高，利用紅紅外探測(cè)儀的的熱成像原理理實(shí)現(xiàn)熱點(diǎn)測(cè)測(cè)量。目前針針對(duì)變壓器外外部故障（包包括導(dǎo)體連接接不良、漏磁磁引起的箱體體渦流、冷卻卻裝置故障和和變壓器套管管故障等）是是有效的由于變壓器結(jié)結(jié)構(gòu)和傳熱過(guò)過(guò)程的復(fù)雜性性，要利用紅紅外成像方法法直接檢測(cè)變變壓器本體內(nèi)內(nèi)部的局部放放電是十分困困難的。34UHF法高頻RF檢測(cè)測(cè)、超寬帶(300M-3000MHz)國(guó)外KEMA公司，Deft大學(xué)、、法國(guó)Alstom公司司、英國(guó)Strathclyde大大學(xué)；國(guó)內(nèi)清清華大學(xué)、西西安交通大學(xué)學(xué)、華北電力力大學(xué)、重慶慶大學(xué)等都展展開(kāi)了大量的的理論和工程程探索，大大大推動(dòng)了該方方法的研究和和應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：靈敏度度高、抗電暈干擾、非接觸式檢檢測(cè)，更安全全，適合在線線，理論上可可定位缺點(diǎn)：發(fā)展不不完善，診斷斷判據(jù)、定位位（變壓器））技術(shù)都有待待于進(jìn)一步發(fā)發(fā)展35電暈放電電發(fā)生部位位:?高壓壓導(dǎo)體尖尖端、毛毛刺?地電電極尖端端等、毛毛刺局部放電電的模式式識(shí)別36電暈放電電的譜圖圖(高高壓端為為針電極極)37沿面放電電發(fā)生位置置:?套管?電纜終端端、接頭頭?發(fā)電機(jī)線線圈38沿面放電電特征:?正負(fù)半周周均有放放電?發(fā)生在零零點(diǎn)與峰峰值之間間?峰值點(diǎn)后后無(wú)放電電現(xiàn)象?可沿放電電通道延延伸?脈沖幅值值高于氣氣泡或空空氣間隙隙放電39沿面放電電譜圖40內(nèi)部放電電（空穴型放放電）位置:?固體或液液體絕緣緣中充氣氣的空隙隙部位主要原因因–氣體絕絕緣低電電氣強(qiáng)度度–氣隙中中電場(chǎng)增增強(qiáng)41內(nèi)部放電電42特點(diǎn):?兩半周均均有放電電，波形形基本對(duì)對(duì)稱?多發(fā)生在在零點(diǎn)與與峰值之之間?電壓增加加，幅值值無(wú)明顯顯變化，，放電密密度加大大內(nèi)部放電電43內(nèi)部放電電譜圖44懸浮放電電位置:?分接接引線、、導(dǎo)線接接頭連接接不良等等因加工損損傷而刮刮傷的金金屬屑螺栓松動(dòng)動(dòng)等安裝中遺遺落的金金屬組件件等45特點(diǎn)加壓到一一定程度度，放電電突然出出現(xiàn)，放放電幅值值、間隔隔大體相相等隨電壓升升高，脈脈沖出現(xiàn)現(xiàn)的頻率率加快，，幅值則則基本不不變。統(tǒng)計(jì)譜圖圖呈現(xiàn)比比較典型型的“柱柱狀”分分布，放放電幾乎乎遍布所所有相位位，電壓壓峰值后后發(fā)生較較少懸浮放電電46懸浮放電電統(tǒng)計(jì)譜譜圖Qmax－Φ統(tǒng)計(jì)計(jì)譜圖N－Φ統(tǒng)統(tǒng)計(jì)譜圖圖47局部放電電定位方方法電氣法超聲波法法UHF法法48定位方法法超聲波定定位法原理：利利用放電電產(chǎn)生的的超聲信信號(hào)和電電脈沖信信號(hào)之間間的時(shí)延延，或直直接利用用各超聲聲信號(hào)的的時(shí)延，，假定聲聲波直線線傳播，，根據(jù)各各傳感器器坐標(biāo)及及所測(cè)時(shí)時(shí)延，采采用最小小二乘原原理求解解等值波波速及PD位置置。局限性：：聲波在變變壓器結(jié)結(jié)構(gòu)內(nèi)衰衰減嚴(yán)重重，許多多情況下下難以保保證傳感感器有效效地檢測(cè)測(cè)到PD信號(hào)，，造成定定位失敗敗。（據(jù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)人人員介紹紹，超聲聲定位成成功率僅僅為30%）變壓器結(jié)結(jié)構(gòu)復(fù)雜雜，超聲聲波信號(hào)號(hào)在不同同介質(zhì)中中的等值值聲速難難以準(zhǔn)確確確定，，加之定定位算法法不盡完完善，造造成定位位不準(zhǔn)49定位方法法電氣定位位法根據(jù)局放放脈沖沿沿變壓器器繞組傳傳播規(guī)律律(如如電容性性分量與與行波分分量到達(dá)達(dá)時(shí)延、、繞組兩兩端電容容分量之之比或檢檢測(cè)信號(hào)號(hào)頻譜特特征等)進(jìn)行定定位的方方法。電氣法定定的是局局放發(fā)生生的電氣氣位置而而非幾何何位置目前，實(shí)實(shí)際中很很少采用用電氣法法。其主主要原因因在于：：對(duì)變壓器器繞組精精確建模模難度較較大、工工作繁瑣瑣，通用用性差變壓器繞繞組結(jié)構(gòu)構(gòu)復(fù)雜，，局部放放電發(fā)生生部位的的不同，，傳播到到繞組端端部的脈脈沖規(guī)律律性不強(qiáng)強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)電磁磁干擾強(qiáng)強(qiáng)烈，該該方法在在線應(yīng)用用受限制制。50定位方法法超聲波與與RF聯(lián)聯(lián)合檢測(cè)測(cè)定位原理：以以局放射射頻信號(hào)號(hào)作為觸觸發(fā)基準(zhǔn)準(zhǔn)，測(cè)量量放電信信號(hào)傳播播時(shí)延進(jìn)進(jìn)行定位位。此外外，還有有采用基基于特高高頻和超超聲波相相控接收收陣的新新方法特點(diǎn)：以以局放射射頻信號(hào)號(hào)作為觸觸發(fā)可解解決現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)難以獲獲取脈沖沖電流信信號(hào)的問(wèn)問(wèn)題。該技術(shù)的的關(guān)鍵在在于解決決超聲波波檢測(cè)靈靈敏度的的問(wèn)題，，以及變變壓器結(jié)結(jié)構(gòu)對(duì)聲聲波波速速嚴(yán)重影影響的問(wèn)問(wèn)題。關(guān)關(guān)于該方方法的實(shí)實(shí)際效果果還有待待于接受受工程實(shí)實(shí)踐的檢檢驗(yàn)。51特高頻(UHF)定位位方法背景2003年，英英國(guó)學(xué)者者Judd提出出采用UHF法法基于最最短光程程原理對(duì)對(duì)變壓器器局放進(jìn)進(jìn)行定位位的思想想。即利利用多UHF傳傳感器檢檢測(cè)PD信號(hào)的的時(shí)延，，結(jié)合波波傳播的的最短路路徑搜索索，確定定放電位位置。傳感器安安裝示意意圖；其其中L1,L2,…,Lm為為從放電電源到各各傳感器器的信號(hào)號(hào)傳播時(shí)時(shí)延最短短的路徑徑長(zhǎng)度最短傳播播路徑的的三維顯顯示52基于UHF的變變壓器局局部放電電定位技技術(shù)變壓器UHF局局放定位位的傳感感器平面面陣列布布置方案案4個(gè)傳感感器布置置在放電電的同側(cè)側(cè)在鐵心兩兩側(cè)各裝裝一組傳傳感器，，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)全空間間定位陣列的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)避免鐵心心影響算法只考考慮直線線傳播問(wèn)問(wèn)題各傳感器器接收信信號(hào)的波波形相似似度高，，有利于