3、精密点检暨电气设备在线检测

1/70精密点检暨电气设备局部放电检测2/701.电力设备在线检测的必要性及意义电能是现代经济发展的基础，电力设备的功能就是完成电能的生产和传输。其中设备的绝缘在很大意义上决定了设备运行的技术经济性和安全可靠性故障统计表明，电力设备失效的主要原因是绝缘故障造成（60～80%左右）故障危害严重巨大的经济损失危害人身安全3/70变压器GIS···架空线路及电力电缆发电机电容性设备主要的电气设备4/70停电原因城市电网结构管理不善设备故障检修电源不足外部因素气象影响上海0.062.1245.3139.170.0010.782.56太原1.633.0416.7664.710.5310.313.02长春0.401.8214.6669.260.008.025.84杭州2.974.8218.4467.180.005.341.25广州0.0019.4528.6950.960.000.000.90西宁0.043.7849.5029.190.0017.490.00合计1.0975.8328.8953.410.0888.662.26(%)5/70绝缘的老化设备在制造、运输、装配等过程中不可避免地产生缺陷（气泡、受潮、机械损伤、裂纹等）设备在运行过程中，承受电、热、化学、机械、环境等各种应力及其复合的作用下，使得其绝缘性能逐渐下降甚至丧失的现象绝缘缺陷类型：集中型的局部缺陷（贯穿性、非贯穿性两种）普遍性的缺陷6/704.电力设备绝缘缺陷的征兆及特征量耐电强度、绝缘电阻、介质损耗角正切、泄漏电流、局部放电、油中气体含量、油中微水含量等。7/705.电力设备的维护和检修绝缘状态检测在电力设备停电状态下，通过定期的绝缘性能的检查性试验，根据检查结果进行维护的方法。在线检测在电力设备正常运行状态下，通过在线检测监测的方法获取设备绝缘状态的数据，并据此制定维护策略的方法。8/70电气维修方式的演变过程1.事后修理BM（BreakdownMaintenance）或故障维修；2.定期检修TBM（TimeBasedMaintenance）或预防性维修PM（PreventiveMaintenance）；3.状态维修CBM（ConditionBasedMaintenance）或预知性维修（PredictiveMaintenance）。9/70事后维修体制早期技术及管理水平都很低，即使再重要的设备也只能坏了再修。以致工作毫无计划性，供电可靠性很低。简单方便，对消耗性产品是有效的。随着电力系统的不断扩大，设备故障所造成的停电损失也越来越大，事后维修无法满足系统对运行稳定性的需求。10/70计划维修绝缘监测与电气设备试验是电力设备运行和维护工作中的一个重要环节，是保证电力系统安全运行的有效手段之一。在我国已有40年的使用经验。试验、大修和小修构成了计划维修制的基本内容。11/701.维修周期频繁2.试验项目过多3.经济性差4.增大不安全因素5.过度维修6.维修不足7.预防性试验条件与实际运行工况不同计划维修制的种种弊端设备的现代化对设备的维修体制提出了变革的要求，设备运行的高可靠性和维修方式的经济性已成为电力系统降低运行成本的关键。12/70发展中的维修体制—状态维修状态维修方式的基本思想“治于未病”采用状态监测和故障诊断技术后，可使预防性维修过渡到预知性维修—状态维修，从到期维修过渡到该修则修，为变电站无人化提供了技术支持。13/70状态维修即根据具体设备的实际情况来确定检修周期和检修内容的维修体制。通过对设备运行情况的实时监测，随时查明设备可能“存在着什么样的隐患，什么时候会发生故障”，预先得知将要发生事故的部位和时间，设备管理人员因此可以从容地安排停电计划和组织维修人力，采购必须的备件，以便在短时间内完成高质量的维修工作。实现“无病不修、有病才修、修必修好”的目的。状态维修的必要性14/70虽然设备内部缺陷的出现和发展具有很强随机性，但大多都具有一个的较为缓慢的发展过程，在这期间会产生各种前期征兆，表现为其电气、物理、化学等特性发生渐进的量变。根据这些特征量值的大小及变化趋势，即可对设备的可靠性随时做出判断，从而发现早期潜伏性故障。状态维修的技术可行性15/70设备状态状态监测故障诊断维修决策状态维修的基础16/70绝缘水平监测参量稳定运行阶段危险水平注意水平实施修复危险阶段注意阶段劣化阶段初期T状态维修示意图破坏点17/70运行现场的两种检测方法带电检测(On-sitedetection):对在运行电压下的设备，采用专用仪器，由人员参与进行的检测。在线监测(On-linemonitoring):在不影响设备运行的条件下，对设备状况连续或定时进行的监测，通常是自动进行的。18/70设备状态维修管理系统设备检修管理试验数据(离线)OSSQLServer7.0OSSQLServer7.0供电所服务器变电站服务器SCADA各种在线检测仪(介损,全电流,阻性电流...)!是否生成新的检修工单?触发信号(手动)离线信息在线信息录入历次试验数据!已处理的检修工单诊断修正信息离线数据存储及提取在线数据存储及提取在线数据转换接口执行查询/返回设备台帐各种管理信息的存储与提取任务管理人力资源工作单管理...状态检测/综合诊断...19/70两种维护方式的特点状态维修体制可有效地使用设备，提高了设备的利用率可降低维修费用有目标地维修可提高维修水平20/70在线监测的发展概况及趋势国内发展80年代起步代表机构:清华,西交大,重大,华电,电科院,武高所等截至目前为止，以油色谱分析、输电线路红外监测等为代表的多项在线检测技术迅速成熟并正在大力推广应用。无人值守变电站的增多使得站内视频、温度等环境监测被广泛采用；近几年，输电线路覆冰监测、介质损耗监测、微水监测、气体泄露监测等技术都迅速发展起来，并涌现出一批专业从事在线监测技术与产品的公司，如宁波理工、河南中分、西安金源、重大海吉等。21/70局部放电的成因制造过程中的局部缺陷（如气泡、裂缝、悬浮导电质点和电极毛刺等）正是这些缺陷会造成绝缘体内部或表面出现某些区域电场强度高于平均电场强度，当这些区域的击穿场强低于平均击穿场强时，将会首先发生放电、而其它区域仍保持绝缘特性，从而形成局部放电。绝缘在电、热、机械等应力长期作用下产生的老化22/70局部放电的劣化机理局部放电引起介质劣化和损伤的机理是多方面的，主要包括三种效应：（1）带电质点(电子和正、负离子)对介质表面的撞击，切断分子构造；（2）由于带电质点撞击介质，在放电点引起介质局部温度上升，使介质加速氧化，导致材料的机械、电气性能下降。（3）局部放电产生的活性生成物对介质的氧化作用使介质逐渐劣化。23/70局部放电基础•放电脉冲(PartialDischarge，缩写为PD)可用合适的检测电路测量到的电流或电压脉冲•放电重复率测量时间内平均每单位时间内的脉冲次数•放电起始时间ti电压过零点到放电起始时的时间）•放电起始相位i=360(ti/T)24/70局部放电基础•视在电荷量(Apparentchargeq)在局部放电时，绝缘体施加电压的两端上出现脉动电荷称为视在放电电荷。视在放电电荷的大小是这样测定的：将模拟实际放电的瞬变电荷注入试样施加电压的两端，在此两端出现的脉冲电压与局部放电时所产生的脉冲电压相同，则注入的电荷量即为视在放电电荷量，单位用pC表示。25/70绝缘内的电场分布开始外加电压时空穴内没有初始电荷26/70绝缘内的电场分布空间电荷改变了电场分布=绝缘体其他部分的电场增强并使其劣化几率增加27/70绝缘缺陷的电气模型经典三电容模型28/7029/70局部放电的征兆及检测方法电磁辐射[射频]声子[超声波]电荷迁移-〉电流脉冲(脉冲电流法)PD材料分解(DGA方法)HF(3M-30MHz)VHF(30M-300MHz)UHF(300M-3GHz)光发射(光测法)产生热量(测温法)30/70气相色谱法(DGA)化学检测法(罗杰斯比值法)优点：受外界电磁干扰影响相对较小，准确度较高缺点：油气分离时间长，实时性差，对突发性故障不灵敏31/70脉冲电流法当变压器内部出现局部放电时，在出现脉冲电流信号的出线端、套管末屏接地线、铁芯接地线等处，利用电流传感器在这些点测量局部放电脉冲电流信号并进行分析，这种方法称为脉冲电流法。脉冲电流法主要利用局部放电频谱的较低频段部分，一般为数kHz到数百kHz。常规电流传感器采用电耦合的方式，包括RC和RLC两种检测阻抗，RC型检测阻抗一般是宽带测量，多用于试验研究；RLC型检测阻抗多串接在变压器套管末屏接地线，作为窄带测量。32/70超声波(AE)法检测局放产生的声发射优点：不影响电气主设备的安全运行，受电磁干扰影响较小缺点：声波阻抗复杂，超声波信号传播途径复杂、衰减严重，检测灵敏度较低33/70其他方法光纤技术光纤超声波法测量原理：当局部放电的超声波信号传播到光纤上时会发生碰撞从而使光纤发生形变，紧接着导致光纤的长度和折射系数发生变化。光波在光纤中传播时受到超声信号的相位调制，然后采用合适的调制解调器把局放的超声波信号提取出来光测法测量局部放电产生的光来探测局放尽管在实验室里采用光学技术对电气设备的局部放电和老化等做了许多有用的研究，但该技术达到现场应用还有很大的距离。造成这种局限的主要原因变压器结构复杂，不透光，且有光学设备的造价高34/70其他技术红外测温法红外检测是基于局部放电点的温度升高，利用红外探测仪的热成像原理实现热点测量。目前针对变压器外部故障（包括导体连接不良、漏磁引起的箱体涡流、冷却装置故障和变压器套管故障等）是有效的由于变压器结构和传热过程的复杂性，要利用红外成像方法直接检测变压器本体内部的局部放电是十分困难的。35/70UHF法高频RF检测、超宽带(300M-3000MHz)国外KEMA公司，Deft大学、法国Alstom公司、英国Strathclyde大学；国内清华大学、西安交通大学、华北电力大学、重庆大学等都展开了大量的理论和工程探索，大大推动了该方法的研究和应用优点：灵敏度高、抗电晕干扰、非接触式检测，更安全，适合在线，理论上可定位缺点：发展不完善，诊断判据、定位（变压器）技术都有待于进一步发展36/70电晕放电发生部位:•高压导体尖端、毛刺•地电极尖端等、毛刺局部放电的模式识别37/70电晕放电的谱图(高压端为针电极)38/70沿面放电发生位置:•套管•电缆终端、接头•发电机线圈39/70沿面放电特征:•正负半周均有放电•发生在零点与峰值之间•峰值点后无放电现象•可沿放电通道延伸•脉冲幅值高于气泡或空气间隙放电40/70沿面放电谱图41/70内部放电（空穴型放电）位置:•固体或液体绝缘中充气的空隙部位主要原因–气体绝缘低电气强度–气隙中电场增强42/70内部放电43/70特点:•两半周均有放电，波形基本对称•多发生在零点与峰值之间•电压增加，幅值无明显变化，放电密度加大内部放电44/70内部放电谱图45/70悬浮放电位置:•分接引线、导线接头连接不良等•因加工损伤而刮伤的金属屑•螺栓松动等•安装中遗落的金属组件等46/70特点•加压到一定程度，放电突然出现，放电幅值、间隔大体相等•随电压升高，脉冲出现的频率加快，幅值则基本不变。•统计谱图呈现比较典型的“柱状”分布，放电几乎遍布所有相位，电压峰值后发生较少悬浮放电47/70悬浮放电统计谱图Qmax－Φ统计谱图N－Φ统计谱图48/70局部放电定位方法电气法超声波法UHF法49/70定位方法超声波定位法原理：利用放电产生的超声信号和电脉冲信号之间的时延，或直接利用各超声信号的时延，假定声波直线传播，根据各传感器坐标及所测时延，采用最小二乘原理求解等值波速及PD位置。局限性：声波在变压器结构内衰减严重，许多情况下难以保证传感器有效地检测到PD信号，造成定位失败。（据现场人员介绍，超声定位成功率仅为30%）变压器结构复杂，超声波信号在不同介质中的