电气设备局部放电的检测及在官地水电站的应用

(中国水利水电第七工程局有限公司机电安装分局，四川彭山 620860)

1 官地水电站简况

四川西昌市梁山县水电站位于雅砻江边、盐源交界处，距西昌市直线距离约40km，这里有锦屏一、二电厂，二滩水电站，官地电站属于中间的梯级电厂。水电站主要建筑包括沿河大坝、碾压混凝土重力坝、右岸引水系统和地下机房。溢洪道为5孔布局，净宽15m/孔，碾压混凝土重力坝坝高168m。压力管道内径11.8m，右岸布置引水发电系统，压力管道采用单机单管供水，右岸地下厂房装机600MW机组4台，总装机容量2400MW，平均年发电量11.129亿kW·h。电站引水建筑物包括:地下主副厂房、主变洞、进水口、母线洞、出线洞、尾水隧洞、压力管道、尾水调压室和两个加压尾水洞及其他附属岩洞、开关站等。官地水电站在电力系统中与锦屏一、二级电站作为一组电源同步运行，在系统中承担调峰及调频任务。

2 局部放电检测技术研究现状

局部放电是高压绝缘强电场中的常见问题，主要是电力设备绝缘介质在高强电场作用下在绝缘薄弱导体部位及附近导体之间发生的放电现象。虽然局部放电一般不会造成绝缘体击穿，但可能造成局部损伤，如果局部放电时间过长，在一定条件下，可导致绝缘质劣化，严重时甚至会击穿电气设备。在电气设备局部放电检测中，不仅对电气设备制造和安装的质量进行评估，也要准确判断设备的绝缘状况，确定造成局部放电的原因及严重程度。因此，水电站电气设备局部放电检测是一项重要的预防措施，国际电工委员会和我国的国家标准都对局部放电的检测作出了相应的说明。

2.1 脉冲电流检测法

脉冲电流检测法是局部放电众多检测方法中应用最为广泛的一种方法，主要原理是在对测试电气设备进行高强加压的情况下，如果发生局部放电，在两端会产生电压变化，此时耦合一个阻抗，回路中会产生一个电流，对该阻抗上的电流进行采集和放大就可以测试出局部放电的基本量。脉冲电流检测法不仅适用于高频交流，同样也适用于直流。局部放电脉冲检测基本电流的回路，有直接测量和平衡法两种方法。直接测量的缺点是测试经常会遇到各种干扰，影响测试灵敏度，尤其是在施工现场环境中，存在更大的干扰。相对于直接测量，平衡法的性能更优良，它受干扰少，能有效避免共模干扰，被现场施工广泛采用。

2.2 超声波检测法

超声波检测也是测试局部放电的一种常见方法，超声波检测受电气干扰小，在高强压下可以进行远距离测试，特别适用于水电站机组等大容量电容器的局部放电检测。超声波检测的主要原理是:在电容器进行局部放电时，会使放电区域分子发生剧烈变化，放电中会产生热量使该区域的电容器体积发生变化，同时会产生大于20MHz的声波分量。这些现象都会产生脉冲压力波，该压力波以放电部位为中心，以球面形式向四周扩散，在不同介质中会产生反射和折射现象。利用声电转换器，把声信号转化为电信号，进行捕捉和分析，准确判断出局部放电部位。在官地水电站的检测中使用了超声检测法。如:图1为超声检测中检测到的局部放电信号;图2为脉冲干扰信号;图3为周期性干扰信号。

图1 局部放电信号

图2 脉冲干扰信号

图3 周期性干扰信号

2.3 无线电干扰电压检测法

无线电频率检测方法是无线电干扰电压检测法中的一种方法，利用电晕放电发射电磁波的原理，通过无线电电磁波对电压表的干扰现象，就可以实现局部放电的检测。我国专家吴广宁于1996年提出的电气使用宽带电流传感器的局部放电在线监测，获得实用新型专利并被广泛应用于官地水电站、兰州西固热传感器电厂。无线电干扰电压检测法，可以根据电磁信号的强度，定向检测局部发生的放电，进行屏蔽电机电缆和电缆局部放电定位。使用Rogowski线圈传感器可测试强度宽带130MHz的放电定量检测。

2.4 超高频UHF局部放电检测技术

20世纪80年代前，局部放电检测工作频段只限于1MHz以内，直到博格斯在试验测试设备测量频带达到1GHz，且局部放电脉冲试验检测成功，超高频局部放电检测逐步开始被应用，激烈的波段噪声信号衰减可以成为一种有效的噪声抑制，并能实现基本的无损再现局部放电脉冲，从而拓宽局部放电的机理研究范围。

局部放电的超高频检测法具体分为超宽频带超高频检测法、窄带超高频检测法两种。超宽频带超高频检测法带宽可达几十亿赫 ，而窄带超高频检测法的中心频率仅在500MHz以上，带宽只有十几兆赫或几十兆赫，除此之外由于超高频超宽频带检测法具有噪声抑制比高、信息量大等特点，更多地被应用到实际检测中。库尔兹等人于1980年提出了新的超高频检测设备设计方案，安装一个或一个以上磁极，在其设计中，传感器可以检测定子线棒放电，适合应用于大型水电站电气设备的局部放电检测。

2.5 光学检测法

由于最近几年光学检测法的研究趋于成熟，开始被应用到实际中，研究重点集中到局部放电特征和介质老化机理等方面，但是由于检测设备的传感器必须置入电气装置，检测的设备无法达到透明的要求，因此光测量方法只能检测现场表面放电、电晕放电，通常光学方法不会被直接应用。随着光纤技术的发展，近年来，提出了声光检测方法，即将光纤技术和声测法相结合的新技术。局部放电现象发生时会产生声波，采用光纤传感器，光纤在声波的压迫作用下性质发生改变，发出的信号也发生变化，以此检测局部放电。这种复合技术在电力变压器和GIS设备中均有相关应用。检测时将传感器安放在设备内部，当设备某一位置发生局部放电时，产生的压力波由超声波传导对光线产生压力，得到光纤纤维的长度变化，通过计算以确定发生局部放电的位置。

3 官地水电站电气设备局部放电检测应用

脉冲电流法、超声检测法、无线电干扰电压法RIV、超高频UHF局部放电检测技术、光测法均可用于官地水电站的放电检测，以实现水电站的自动化和安全化运作。官地水电站2台600kV发电机升压变压器出厂试验过程中，采用的是脉冲电流法，在局部放电的中性点进行耐压试验时，将变压器低压侧和变压器本体接地，将高压侧悬空，进行变压器中性点加压检测，同时进行检测和记录高压侧三相和中性点的放电量。加压时间为5min，中性点电压加到40kV时，各监视点局部放电量详见表1。

表1 40kV下中性点各监视点的局部放电量

接着升高中性点的电压至65kV，此次检测发现中性点局部放电量有超标现象，但是不排除是干扰信号，需加压后进行进一步检测，加压时间同样为5min，升高中性点电压为65kV时，各监视点的局部放电量详见表2。

表2 65kV下中性点各监视点的局部放电量

表1和表2的数据显示:利用脉冲电流法检测时，要排除外部干扰对数据的影响， 如果压力不足差异数据不明显，可以采用加压来进一步验证。对65kV的高压检测一共进行了两次，发现两次的数据差异不明显，由此可以排除外部干扰成分，确认了内部变压器存在局部放电现象。为了排除隐患，寻找到具体的局部放电精准点，综合利用超声波检测法，在变压器周边布置多个超声波检测探头，开始进一步检测试验。此次初始压力定位65kV，放电量超标显示出现，后调整电压为40kV，开始进行超声波定位，超声波靠近分接开关部位显示出异常，初步判断局部放电来源于分接开关屏蔽罩。进一步检查后发现是开关屏蔽罩有所松动，引起局部放电。

4 结语

局部放电现象对电气设备的正常运行造成影响，因此必须提高其检测技术才能避免机组在运行中发生事故。受具体施工环境和相关技术标准影响，在官地水电站的电气设备局部放电检测中并没有运用无线电干扰检测法、超高频检测法和光学检测法。不同的检测方法适合不同的检测设备和检测环境，根据需要具体酌情使用。在官地水电站的局部放电检测中，可以看出，利用多种手段进行局部放电检测、根据具体情况进行综合运用，是有效检测局部放电的手段，可以对产品的质量和隐患进行有针对性的排查，确保了设备的安全运行。

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［4］赵中原，肖登明，邱毓昌．电力设备局部放电模式识别中分形理论的应用［J］．高压电器，2001(3)．