某高制程厂房局部放电系统应用及分析

某高制程厂房局部放电系统应用及分析

王建成

中国电子系统工程第二建设有限公司， 江苏 无锡 214000

摘要 随着国内高制程厂房建设越来越多，电力供应的稳定性、可靠性日益提上日程，其中局部放电就是运行一定时间的厂务电力设备中常见的故障形式之一，对电力系统的安全稳定运行具有重要影响。本文通过对局部放电现象及其原理、检测方法和影响的讨论，为电力从业者提供一定的参考和帮助。通过有效的局部放电监测和预防措施，电力设备的可靠性和运行安全性将得到进一步提升，确保电力系统的持续稳定供电。

关键词：局部放电；危害；安全性；稳定性

0 引言

局部放电检测系统专门用于变压器、电机、互感器、电缆、封闭式组合开关柜GIS、开关、避雷器等电器设备的局部放电测量。它意味着在设备材料中的某个局部区域，由于电场强度过高导致电介质中的气体或液体发生电离和电子释放，会发生局部电离现象。局部放电的发生会对电力设备材料的电气性能和可靠性产生直接的影响。它会导致电介质的性能退化，使设备材料的绝缘性能下降，从而增加了设备材料发生绝缘击穿的风险。此外，局部放电还可能导致设备的其他故障，如气体放电、设备内部部件老化等，进一步损害了设备的正常运行。

1局部放电对设备材料的影响

局部放电是电力设备中常见的故障形式，如图1、图2，它对设备的可靠性和安全性造成严重影响。局部放电对设备的主要影响有：

（1）绝缘老化和性能退化：局部放电会产生高温和高压，这会使绝缘材料发生热龟裂、电烧和氧化等问题，降低了绝缘材料的绝缘能力。随着放电次数的增加，绝缘材料会逐渐退化，从而增加了设备的电气击穿风险。

图1 局部放电现象一               图2 局部放电现象二

（2）能效降低：局部放电会导致能量损耗和能效降低。局部放电放电过程中会产生热量、声波和光辐射等能量形式，这些能量形式无法被设备充分利用，从而造成能量损耗。能量损耗不仅会降低设备的效率，还会产生额外的热量，增加设备的温升和能源消耗。

（3）电磁干扰：局部放电产生的电磁波信号可能对设备周围的电子设备造成电磁干扰。这种干扰可能导致信号中断、通信故障，甚至使设备无法正常工作。对于需要高稳定的电子设备和通信系统来说，局部放电造成的电磁干扰是一个重大隐患。

（4）设备可靠性降低：局部放电的存在会增加设备的故障风险，降低设备的可靠性。局部放电会导致设备内部结构的损伤和部件的热应力增加，进而引发设备的其他故障，如波纹纸板击穿、绝缘子破裂等。这些故障可能导致设备停机、损坏，甚至造成事故和人员伤害。

（5））维护成本增加：局部放电问题需要及早发现并采取相应的维护措施进行修复。如果局部放电得不到及时处理，其发展可能导致设备的更大损坏，需要进行更加复杂和昂贵的维修。因此，局部放电问题会增加设备的维护成本和维修周期。

2局部放电现象和原理

局部放电的发生主要是由于电介质中的电场强度超过了该介质的击穿强度，或者在电介质中存在缺陷、杂质等导致局部电离的因素。当电场强度超过介质的击穿强度时，电介质中的原子会受到电场力的作用而离开其稳定位置。这导致原子中的电子被激发并获得足够的能量，从而跃迁到较高能量级。当电场力达到一定程度时，电子完全离开原子，产生游离电子和空穴对。当电介质中的电子和空穴被激发后，它们会在电场力的作用下加速移动。当电子和空穴相遇时，它们会发生复合，产生能量。这些能量以热量、声波、光辐射等形式释放出来，并且会在局部放电区域产生瞬时的高温和高压。这种局部高温和高压会导致电介质的老化、气体产生和液体析出，增加了局部放电发展的风险。在局部放电发生时，还可能伴随着电磁辐射、声波和光辐射等现象。

局部放电放电源通常位于设备的局部区域，这是因为设备结构、材料、制造过程等因素导致电场分布不均匀。例如，电力变压器的绕组或绝缘系统的连接点往往会出现局部放电。另外，设备中的缺陷、杂质，如气泡、异物、工艺缺陷等，也可能成为局部放电的发生地。短时高强度的电压脉冲会导致瞬时的局部放电现象，而长时间的高电场强度则可能导致持续的局部放电。电力设备的绝缘材料可以阻止电流的通过，保证设备的安全运行。然而，局部放电的存在会导致绝缘材料的老化和性能退化，从而降低设备的绝缘能力。这可能会增加电气击穿的风险，对设备的可靠性和安全性造成严重威胁。理解局部放电对于采取正确的预防和维护措施至关重要。

3局部放电检测方法

为了准确检测和评估电力设备中的局部放电现象，逐步有了多种局部放电检测方法。根据局部放电产生的电磁波、声波、气体等物质采用不用的检测方法，如图3。电容耦合传感器法是一种常见的方法，它通过将电容耦合传感器放置在设备表面，测量电场的变化来检测局部放电的存在和位置。电磁波检测法是另一种常用的方法，它通过接收从局部放电源放出的电磁波信号来确定放电源的位置和类型。此外，超声波检测法可以通过检测由局部放电产生的声波来定位和识别局部放电现象。

图3 常见检测方法

随着技术的不断发展，现有的局部放电检测方法日益丰富和精确。以下是几种常见的局部放电检测方法：

（1）电容耦合传感器法：该方法是一种常用的非接触式监测方法，通过将电容耦合传感器放置在电力设备表面，测量电场的变化来检测局部放电的存在和位置。电容耦合传感器可以检测到电场的微小变化，并将其转化为电压信号。这种方法具有响应快、实时监测和无需设备停机等优点，广泛应用于变压器、发电机和电缆等电力设备的局部放电检测。

（2）电磁波检测法：该方法是一种基于电磁波辐射的局部放电检测方法，通过接收从局部放电源放出的电磁波信号来确定放电源的位置和类型。不同类型的局部放电源会放射出不同频率和幅度的电磁波，通过对这些电磁波信号的分析和处理，可以精确定位和识别局部放电现象。电磁波检测法具有高灵敏度、宽频带响应和能够远距离监测等特点，被广泛应用于高压设备的局部放电监测。

（3）超声波检测法：该方法是一种基于声波的局部放电检测方法，通过检测由局部放电产生的声波来定位和识别局部放电现象。局部放电产生的冲击波和声波会在设备内部和结构中传播，超声波检测器可以通过接收这些声波信号来分析局部放电的存在和位置。超声波检测法具有高定位精度、不受外界干扰和可以远距离传播等优点，常用于变压器、发电机和绝缘子等设备的局部放电检测。

（4）红外热像法：该方法是一种基于热成像技术的局部放电检测方法，通过测量设备表面的温度分布来识别局部放电现象。局部放电会产生热量，导致设备表面温度的局部变化。红外热像仪可以实时获取设备表面的温度分布图像，并通过对图像的分析和处理来判断局部放电的存在和位置。红外热像法具有非接触式检测、广范围扫描和实时监测的优点，被广泛应用于电力设备的局部放电诊断和维修。

除了以上这些常见的局部放电检测方法，还有其他新兴的技术被应用于局部放电的检测，如光纤传感技术、无线传感网络和振动检测技术等。这些新技术的应用不仅提高了局部放电检测的灵敏度和精度，而且具有更好的实时监测能力和便捷性。局部放电的检测方法多种多样，每种方法都有其适用的场景和优点。综合采用不同的检测方法，可以提高局部放电的检测效果和准确性。

4局部放电的监测与预防

为了确保电力设备的安全运行和延长设备的寿命，局部放电的监测和预防显得尤为重要。下面将详细介绍局部放电的监测与预防方法：

（1）定期检测：定期检测是监测局部放电的基础。定期检测可以帮助及早发现局部放电的存在和发展，从而采取相应的维护措施，避免故障的发生。具体的检测频率和方法应根据设备类型、工作环境和运行情况等考虑因素进行合理确定。

（2）实时监测：除了定期检测，实时监测是更为高级和精确的局部放电监测方法。实时监测利用各种传感器和监测装置，可以持续地收集和记录局部放电相关的物理量数据，如电场、电流、温度和声波等。这些数据可以进行实时分析和处理，以便及时检测局部放电的存在和发展趋势，并预防故障的发生。实时监测可以通过有线或无线连接到中央监测系统，实现对设备的远程监控和预警。

（3）数据分析和诊断：局部放电监测所得到的大量数据需要进行分析和诊断，以便准确评估设备的状态和预测故障的可能性。数据分析可以基于统计学、机器学习和人工智能等技术，建立准确的故障诊断模型和预测模型。这些模型可以帮助检测和识别不同类型的局部放电，预测其发展趋势，并提供相应的修复建议。

（4）维护和修复措施：当发现局部放电存在或预测到故障的可能性时，应采取相应的维护和修复措施。这包括修复局部放电源、更换受损部件、加强绝缘保护、改善设备通风散热、优化设备运行参数等。维护和修复措施应根据故障类型、设备状态和运行要求等综合因素进行制定，并确保在设备停机或运行负荷较低的情况下进行，以最大程度地降低对设备运行的干扰。

5本项目局部放电系统简介

图4局部放电系统架构图

本项目采用西安某公司的产品，系统架构图如图4所示，自下而上分别为终端特高频UHF传感器（或TEV传感器）→同轴电缆→数据采集及处理单元→网线（或光纤）→DAU端交换机→网线（或光纤）→电脑端交换机→计算机及服务器。特高频UHF局放传感器安装在被检对象外壳合适的位置上，检测设备局放产生的300～1500MHZ的超高频电磁波信号，通过同轴电缆讲信号传到端子柜中的数据采集和分析单元，再对数据进行数字化处理，把结果通过光纤通讯系统传到计算机及服务器上，经过系统处理的数据可以在计算机的监测及诊断系统软件上显示出来。对于终端至数据采集单元之间的同轴电缆来说一般建议30米左右，否则信号会受干扰，导致接受的数据不准。对于网线来说也不建议超过100米，如有超过建议用光纤方式。

监测及诊断系统软件对传感器收集的所有单周期事件数据将通过一系列复杂的分析和统计自动分类，趋势分析可以搜索定义相关活动的参数水平的任何常规变化，并在缺陷开始显示绝缘击穿迹象时提醒操作员，PD Guard系统以不同的模式同时运行，即使在显示当前在线数据时也将捕获孤立的相关事件，可以通过多种方式查看数据，包括点波或单周期格式，以立即显示其特性，对于系统的远程操作，可以在现场外安装计算机和网络接口，系统可以连接相关标准网络，进行报警、状态和数据摘要传输。

6结论

局部放电对设备材料的影响是多方面的，包括绝缘老化、能效降低、电磁干扰、设备可靠性降低和维护成本增加等等。通过定期检测、实时监测、数据分析和诊断，以及合理的维护和修复措施，可以减少局部放电的影响，并确保设备的安全运行和延长设备材料的寿命。此外，预防局部放电需要综合考虑设备的选型和设计、设备的运行和维护以及设备的工作环境等因素。通过综合措施和有效的管理制度，可以最大程度地降低局部放电的风险，确保电力系统的可靠性和稳定性。

参考文献：

[1]王众，刘博，朱建华，等.局部放电检测技术在变压器巡检中的应用分析[J].电力设备管理，2022（20）:68-70.

[2]李军浩，韩旭涛，刘泽辉，等.电气设备局部放电检测技术述评[J]高压技术，2015,41（8）：2581-2601.

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