电气设备局部放电检测技术述评

电气设备局部放电检测技术述评

张春燕

（天津东方凯发电气自动化技术有限公司天津市300392）

摘要：传统的超声波方法是利用固定在变压器箱壁上的超声波传感器接收变压器内部局部放电产生的超声波脉冲，从而检测局部放电的大小和位置。由于该方法受电干扰的影响较小，局部放电定位应用较广，因此超声波方法的研究更为深入。用于变压器局部放电检测的超声波方法首先在上个世纪40年代开始，但由于其灵敏度低，易受外界干扰而未得到广泛应用。

关键词：电气设备；检测技术；局部放电

引言

目前，超声波局部放电检测的研究主要集中在定位上，原因是与电测法相比，超声波传播速度较慢，对检测系统的速度和精度要求较低。使用超声波进行局部放电的放电量的尺寸确定和模式识别的工作相对较少，提出了一种利用频谱识别局部放电模式的新方法，并取得了一些新的结果。近年来，还存在将部分超声波方法与射频电磁波（包括射频和超高频方法）结合以局部放电的趋势。

1局部放电的种类及特点

1.1电晕放电

电晕放电是自维持放电的一种独特形式，对于极其不均匀的电场来说是独一无二的，并且是极其不均匀的电场的特征之一。在电力系统中遇到的大多数绝缘结构不均匀，并且存在许多不均匀电场，其中大部分是不对称电场。当电场非常不均匀时，随着跨越间隙施加的电压增加，在大曲率电极附近的小区域内的电场足以导致空气解离，并且间隙的大部分区域中的电场是仍然很小。因此，大曲率电极附近的薄层空气将具有自持放电（即，不存在外部自由元素，并且间隙中的放电仅通过电场的作用进行），放电限制在大曲率电极周围的小区域，并且整个间隙尚未穿透。

容易发生电晕放电的电气设备是高压输电线路，空气通常被认为是非导体，但空气中含有少量由宇宙射线产生的离子，带正电的导体会吸引周围空气中的负离子并缓慢自我中和。如果带电导体有尖端，靠近这个地方的空气中的电场强度与其他形式的放电基本上不同，电晕放电期间的电流强度不依赖于电路中的阻抗，而是取决于电极外部的气体空间的电导，这取决于施加的电压，电极的形状，电极之间的距离，气体的性质和密度（天气湿度和空气流量）。

1.2沿面放电。用于固定电气设备带电部件的固体介质大部分在空气中，当电压超过一定的极限时，沿固体介质表面放电的现象往往出现在固体介质与空气的界面，称为表面放电（或表面闪络），下面以典型的绝缘子为例说明沿面放电的发展。蠕变放电是气体放电的一种特殊现象，当气体或固体单独作为绝缘介质时，表面闪络电压低于击穿电压。影响地面放电电压的主要因素有：电场分布，电压波形，介质表面状况，空气污染程度，气候条件等。

2超声波检测常见的干扰信号及其特性

现场干扰信号是多种多样的，可根据频段划分为窄带干扰和宽带干扰，根据干扰的特点可分为连续周期干扰，脉冲干扰和白噪声。

2.1连续的周期性干扰包括

2.1.1电力系统载波通信和高频保护信号干扰。

2.1.2无线电干扰。这种干扰波形通常是具有固定谐振频率和带宽的高频正弦波。

2.2冲击干扰信号包括：来自电源线或高压端子的电晕放电，由开关或晶闸管整流器件在电网中闭合或断开引起的脉冲干扰，以及电力系统中其他非检测装置放电引起的干扰。

2.3白噪声包括各种随机噪声，例如电气设备的热噪声，配电线路中耦合引起的各种噪声和变压器的继电保护信号线以及监控线中半导体器件的散粒噪声。

3超声波检测系统结构

从硬件结构组成来看，超声波检测系统主要包括四个部分：a传感器部分：由压电传感器和屏蔽导体组成，传感器随时可以拆卸，根据实验现场的具体要求选择不同的型号，b湾电源模块：实现便携式检测，采用电池供电，电路包括各种芯片电压电平转换，C，模拟信号预处理电路：前置放大器，带通滤波器，后置放大电路等组成，可通过数字示波器获取清晰的模拟信号，d数字电路：由单片机及其外围电路组成，其电路经过设计，部分性能经过测试，但目前工作对A/D转换数字信号的处理困难，不能像数字式那样示波器获得高价值的实验数据，需要进一步的后续研究。

4放大电路的设计

局部放电超声波传感器的输出信号一般很弱，所以放大器电路要求具有高增益，低噪声的特点，以尽可能减少信号失真，获得更加逼真的局部放电信号信息。

4.1前置放大电路。压电晶体输出信号电压有时低至微伏，所以在长距离传输后必须放大弱信号，以减少干扰信号对其的影响，并提高信噪比。由于压电晶体的输出阻抗相对较高并且负载能力较差，所以前置放大器电路不仅需要具有大的输入阻抗，而且还需要具有低噪声，以满足检测带的宽度并且有一定的放大率。

4.2后置主放大电路。该系统的后置放大器电路由一个TL084芯片和一个精密可调电位器组成，通过精密可调的电位器，可以对放大后的增益进行微调以减少偏差。

5电源设计

在检测系统的电路板上，需要各种电压等级的电源，模拟电路部分主要是各种集成放大器，它们使用正负极SV直流电源，数字电路使用3.3V直流电压。鉴于上述要求，考虑到检测系统体积小，携带方便，选用9V干电池作为系统总电源，通过不同的功率转换芯片获得各级所需电压，并用于电源芯片的输出端。处理II型滤波器电路和接地电容以减少纹波并提高电源质量。使用德州仪器的TPS76850稳压器测量5V直流电压，并直接从9V干电池电压获得，TPS76850的输入电压为2.7V?10V，适用于干电池9V输入电压，其最大的优势在于低压差，当输出电流为1A时，电压降仅为230mV。由于有许多使用5V电压的模拟器件，输出电流非常大，较低的电压降对于稳定输出电压和提高测量精度具有重要意义，此外，其静态电流仅为85uA，具有关断保护功能。

6局部放电超声波检测法

局部放电超声检测技术是基于声发射原理的检测方法。工业上常用的局部放电超声检测方法主要有空气传导和接触。空气传导是利用声学集中器来收集和聚焦空间声波并用声学传感器检测它们。这种方法的优点是操作方便，安全；缺点是灵敏度低。接触检测是利用玻璃纤维探头传导声波信号，探头与电缆终端绝缘接触，接触式声音传感器的末端，同时要求探头具有足够的绝缘强度。这种方法的优点是衰减小，灵敏度高；缺点是在现场操作时工作量更大。尽管局部放电和产生的声发射信号具有一定的随机性，但是每个局部放电的声信号的频谱是不同的，但是整个局部放电声波信号的频率分布范围没有太大改变。大量的频谱研究结果表明，局部放电产生的超声波的能量集中在50kHz至300kHz的频带内，峰值频率主要在70kHz至150kHz之间[5]。噪声频谱分布在小于65kHz的频率范围内。两者的频率分布明显不同，所以不受噪声的影响。低频谱有利于声传播，高频谱有利于声学干扰。

电气设备的局部放电测试是电气设备制造和运行的重要预防性测试。局部放电如果存在很长时间，会加速设备的老化。在一定条件下，甚至会造成绝缘损坏，严重影响设备的正常运行。作为非电量测量方法的超声波测试具有独特的优势。

结束语

随着社会经济的发展，电网运行可靠性不断提高，电力电缆的运行要求也不断提高。据电网运行统计，电缆局部放电是导致电力电缆绝缘损坏的重要原因之一。电源线长期运行后，容易产生内部局部缺陷，导致局部放电现象，导致电缆进一步老化，最终导致绝缘失效故障。局部放电是导致高压电力电缆绝缘损坏的重要因素。为了确保电力系统的稳定运行并有效检测电缆的状况，有必要深入研究电缆的局部放电检测技术。这是为了及时发现隐患并提高电缆的有效性。使用寿命有非常重要的意义。根据测试结果，采取适当措施，实施有计划，合理的维护，可以减少意外故障造成的损失，达到提高供电可靠性的目的。

参考文献：

[1]李红雷，李福兴等.基于超声波的电缆终端局部放电检测[J].华东电力，2008，36（3）：43-46.

[2]赵智大.高电压技术[M].中国电力出版社，2006年8月第二版.