局部放电在线监测技术

在讨论局部放电在线监测之前，先对局部放电产生的机理进行说明： 1什么是局部放电

在IEC270文献的第七条指明，局部放电为一种现象，仅使导体间的绝缘部分桥接产生的电气放电，称为局部放电，简称PD，单位为为微微库仑记为pC。而导体周围气体放电则称为电晕。

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2.局部放电测量的特点

局部放电测量许多因数对它有较大的影响，因此有相对小的再现性，所以测量值与其它高压试验相比存在较大的误差，并且这个误差在不同的试验环境和不同的试验条件时其值也不尽相同。 3局部放电脉冲在设备内部的传输

变压器、电抗器、电容器、GIS等设备的传输，对交流设备而言，局部放电脉冲沿电容传输，因为电力设备基本上可看成是由横向电容与纵向电容组成的一个电容等效。而对于直流电力设备而言，局部放电脉冲有它的特点，对于放电量的大小并不十分重要，而其脉冲个数N则十分重要。 4局部放电脉冲在交流设备中，它有如下特点

在工频的1、3象限产生的放电脉冲为绝缘放电（不包括过零及峰值处），在工频波形峰值±90°的±1ms的相角内产生放电为电晕，在工频过零的±1ms内产生的放电为接触噪音，当内部构件绝缘松散则产生的放电脉冲与工频并不同步，这些特点就成为识别变压器内部局部放电的专家系统的基础。

0°

270° 90° 180° 0° 0°+270° 90°

180°——CIV + —NXCIV +2

— CIV +

CIVa1φ1φ1a1φ1

3

—NXCIV NXCIVa2φ2φ2a2φ2

5局部放电在线监测的难点

因为设备内部产生小于1000pC的局部放电脉冲均在微伏级和毫伏级，而电力设备处于在线状态时，母线上的电晕及母线上的各种其它电气脉冲干扰都非常大，例如750kV母线在下雨时的电晕在高压套管末屏测得的大小为400mV峰峰值以上，而在晴天也有200mV左右。这样大的干扰把设备内部产生的微伏到几个毫伏级的信号全给掩盖。因此对母线上带来的电气干扰必须先采取措施进行消除，而只对内部放电脉冲进行放大。目前国内及国际上局放在线监测的最小放电量都在3000pC以上，由于华通电力公司采用了世界上先进的脉冲分离技术，使最小可测放电量小于1000pC，分离技术是建立在频率、相位、极性、幅值的基础上。

6实用的现行的局部放电在线监测频段

6.1 低频段：它的频段在10kHz~300 kHz之间，这是目前变压器等电力设备出厂试验和现场验收试验IEC270文献推荐的仪器频段。

6.2 高频段法：华通电力公司选用了10MHz~15MHz的频段。因为这个频段使用IEC270文献推荐的方波前沿校正法仍然有效。另外就是灵敏度可以做的较高，这是由于局放脉冲的传输是沿电容传输，当一台变压器固定，那么它电容是固定的，当使用的回路频率由100 kHz提高到10MHz，则流过电容的脉冲电流就大了100倍，而对那些宽脉冲的干扰信号则大大衰减，我华通电力公司就是使用的这一频段。

6.3 特高频段：300 MHz~1000 MHz这一频段使用来监测局部放电的最大问题是，不能使用IEC270文献推荐的方波进行校正，所以测得信号无法证实它是设备内部产生的。

6.4 超声法：由于局部放电脉冲产生的瞬间，每一个电流脉冲一定伴随产生一个超声脉冲，用这一特点，间接的去测量局部放电，它与工频相位有良好的对应

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关系，而且还可利用电与声传播的时差去测量放电点到油箱壳的直线距离即放电源的定位。由于铁磁噪音均产生在40kHz以下，故使用高于或等于这一频段的监测系统具有很好的抗机械噪声干扰能力。我华通电力公司将局部放电的脉冲分离技术与超声技术，光纤传输技术融洽在一起进行局部放电的在线监测。 6.5 油的色谱分析法：这一方法是因为油在局部放电很强时油将分解出的气体，由于气体在变压器油中扩散要一个相当长的时间，因此监测滞后效应严重，对于突发性事故没有作用，它监测的最小放电量也在3000~5000pC以上，因此小于3000pC以下的放电脉冲是在何时产生的发展的超式则无法进行监测，因为此时油并不分解出气体。这个过程只能由局部放电的直接监测来完成，直接监测局部放电可以从1000pC发展到上万pC的整个过程，且不存在滞后效应，能瞬时反应突发性故障。

7 局部放电源的电气定位与超声定位

7.1 电气定位是建立在局部放电脉冲在变压器内部传输的极性而确定的。

7.2

7.2 超声定位是建立在放电源产生的瞬间，它产生的超声脉冲传到油箱外壳上的时间差而确定。传播速度为在油中为1.4 mm/μs。

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、

8 华通电力公司对500kV变压器局部放电在线监测的技术参数 8.1 8.1.1

通道数：

电通道9个，其中每一相大传感器一个，小传感器一个，放电脉冲前沿

形成的同步脉冲一个。 8.1.2 声通道6个 8.2

最小可测放电量

8.2.1电通道小于1000pC（在强干扰源为10000pC时，实际可测得小于500pC） 8.2.2声通道小于30pC 8.3 脉冲特性（频率特性） 8.3.1 电通道脉冲响应小于50ns

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8.3.2声通道脉冲响应小于5μs 8.4 信号传输方式：全部采用光纤传输

8.5 监测局部放电脉冲参量：放电量q；放电脉冲个数N；q随时间的变化曲线q—t；N随时间的变化曲线N—t；还可以生成2维、3维及色彩分析图谱 8.6 监测结果的信息远传：可以根据用户的要求利用以太网、局域网、RS232、RS485以及GPRS和自动电话线等将信息远传到用户需要接收的地方。 9 局部放电在线监测传感器的结构与安装

9.1电脉冲传感器：卡口式传感器是大线圈，它卡装在高压套管法兰上第一个瓷裙下的瓷套管上，穿入式传感器是小线圈：它穿入在末屏接地线的接地回路中。这两只线圈脉冲响应均为小于50ns，它们连接成定向耦合。

9.2 超声传感器：它带有永磁吸盘，安装在高压出线、中压出线或中性点出线对应的油箱外壳平面上，这一考虑是从大量出厂试验控制在PD＜500 pC以决定是否返工处理来看，绝大多数PD发生在出线跟部电场最集中的地方。 10 局部放电在线监测系统结构图

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8

室机柜光—电接收 序 转 换 11 局部放电在线监测成功实例

11.1 2001年3月某500kV 变电站电抗器的损坏，从投运到退出运行仅约17分钟。由于C相电抗器有严重的绝缘故障，某变电所将C相第二次返回制造厂家修理，经解体发现高压套管对应下静电屏附近部绝缘烧坏，见附照片

说明：某变电所的三台500kV电抗器上已安装了油气体在线监测装置。

在2001年3月15日第三次投运前，C相油气体的在线监测装置的气体浓度基数为8ppm。17时30分C相退出了运行，这时油气体在线监测的浓渡为18ppm，按此数据折算出乙炔的含量仅为1.07ppm。而AE—PD型局部放电在线监测发现C相内部有密集而高能量的局部放电脉冲，其放电量在12500pC以上。

15日21时取油样时，气体在线监测的总浓度为297ppm，按照油样测试气体的总浓度折算到乙炔的含量为17.7ppm（气相色谱分析报告中的乙炔为

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353.9ppm），仅为气相色谱分析报告中乙炔的1/21。

由于电抗器内部的油是非强迫冷却的，所以油中的气体不易扩散，致使油气体在线监测的浓度能到18ppm。如果是变压器产品，其冷却油是强迫油循环的，那么当超声在线监测测出变压器内部已存在高达12500pC的高能量局部放电时，油的气体在线监测的浓度会更低，乙炔的含量将表现不出来，实际上变压器内部以有严重的绝缘故障了。

通过这次局部放电的在线监测又一次说明，油的气体的在线监测与局部放电的超声在线监测在揭示设备内部绝缘故障的严重程度上存在着很大的差别。油的气体在线监测的灵敏度低而惰性很大，对突发性绝缘故障的瞬态无法反应，更无法报警。而局部放电超声在线监测的瞬态特性很好，对瞬时产生的绝缘故障能及时预报，提醒用户高度重视。

11.2（ 姜家营C相的趋势图、2维图、3维图、色谱图实例请将上次出故障的图加进去）

12 GIS放电在线监测 12.1 监测方法：

声测法，它的频段选在30kHz~200 kHz之间，因为日本京西电力公司对10个变电站现场机械噪声的调查结论为20 kHz以下的机械噪声干扰是30kHz~40 kHz时的200倍，因此我们选用40 kHz以上这个频段 12.2最小可测灵敏度

在10mm 厚的绝缘板里，可以测到小于1pC的放电脉冲 12.3 12.4 12.5 13

GIS放电的专家诊断参数

特高频法：仍然是IEC推荐的方波校正无进行验证是 内部的还是外部的。

局部放电在线监测系统传感器超声传感器的安装图

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