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电气设备局部放电的超声波检测方法研究背景及意义
点击次数:1365 发布时间:2017-06-11

1.1绝缘系统在电气设备中的重要地位

 

随着电力工业的迅速发展,电网规模的口益扩大,电压等级的提高,对电力系统的稳定性,可靠性以及各种电气设备的运行状况提出了更高的要求。

 

在电力系统中,电气设备的状态直接关系到电力系统的安全。电气设备的故障将会造成安全事故、生产损失以及产生过高的维修费用。电气设备主要由导体、导磁材料、绝缘材料和操作机构构成。因此电气设备故障可以分为三类:机械故障、导体故障和绝缘故障。从统计数据来看,在以上的三类故障中,绝缘引起的故障所占的比重zui大。例如对110kV以上变压器93次事故原因分析的结果表明,80%左右的事故是由绝缘材料(绝缘纸、塑料、矿物油等)长期工作在高电压、高温及自然环境之下,引起物理、化学变化,造成机电性能下降,发展到一定程度或在外部条件(雷电、短路等)激发下,绝缘损坏,造成事故。因此对电气设备绝缘进行检测可以在一定程度上保证电气设备在整个运行期间具备必要的可靠性。

 

绝缘系统中的绝缘缺陷通常可以分成两大类:一类是集中性缺陷,指缺陷集中于绝缘的某一个或某几个部分,例如局部机械损伤、绝缘内部气泡、瓷介质裂纹等。它又可分为贯穿性缺陷和非贯穿性缺陷,这类缺陷的发展速度较快,因而具有较大的危险性;另一类是分布性缺陷,指由于过热、动力负荷及长时间过电压的作用导致的电气设备整体绝缘性能下降,它是一种普遍性的劣化,是缓慢演变而发展的。绝缘内部有了这两类缺陷后,它的特性就要发生一定的变化。这些缺陷如果不及时发现,就可能导致设备发生故障,甚至引发突发性的电力事故,造成巨大的直接和间接经济损失。至今,我国电力部门执行的是定期维修制,且是属于离线试验,为保证电力系统的可靠运行起了不可低估的作用,然而,其不足之处也很明显:
    
①由于停电试验,对电力用户会产生一定的影响;
②停电后设备试验状态与运行工况状态不一致,影响判断准确性;
③由于预防性试验是定期进行,故障可能在两次试验间隔期间内;
④由于定期维修对故障的针对性不强,会造成人力物力的浪费;
⑤维修现场条件的限制,使维修后的设备的某些指标难以达到规定要求,甚
至由于维修不当或条件的限制造成设备的损伤。

 

1.2用局部放电评价绝缘状态的必要性及意义

 

目前对绝缘状态主要根据绝缘介质在劣化过程中的一些特征参数来进行评定,包括电容量、介质损耗角的正切值、泄漏电流、局部放电四种。这些所检测的特征参数主要是根据在(直流、交流、光频)电场作用下,绝缘介质中所发生极化和电导这两个基本物理过程所决定的。由极化和电导决定绝缘介质的四个基本的电性参数,可以分别描述绝缘材料的不同特性。在实际应用中,采用测量电容量的变化来获得绝缘介质相对介电常数的变化;采用测量介质损耗角的正切值来获得设备绝缘介质有功功率损耗的大小;采用泄漏电流来获得绝缘介质的电导情况;采用测量局部放电来确定绝缘介质的局部击穿场强。这四个参数的检测值有的可以直接检测,有的可以用间接方法检测。其中,电容量、介质损耗角的正切值、泄漏电流反映的是绝缘介质的整体状况,而局部放电则反映了绝缘介质的局部状况。对于不同的电气设备,由于所用的绝缘介质不同,结构的不同,反映其绝缘状态的四个参数的有效性也并不相同。

 

电力系统常见的高压设备主要包括:变压器、发电机、电动机,气体绝缘开关设备GIS,电缆等。这些设备在运行过程中,绝缘部分中由于绝缘空隙具有容性电压以及空隙中的气体与绝缘材料存在极大的电应力差,在强电场的作用下发生局部桥接,产生微小电火花式的放电,这种放电称为局部放电,简称PD(Partial Discharge)。研究表明:如果局部放电现象在设备绝缘中长期存在,会导致绝缘劣化,影响电气设备运行,严重时会引起设备故障,引发停电事故,直接带来巨大的经济损失,也给人们的生产和生活造成很大的影响。大部分设备故障是由设备运行过程中绝缘劣化和损坏引起的,而局部放电是设备绝缘劣化的重要原因。所以对高压设备进行局部放电的状态监测能对设备的绝缘状况进行评价,及时反映设备的绝缘劣化程度,提早发现设备隐患,可以有针对性的对设备提前采取预防措施,减少设备的绝缘故障。有资料指出:采用在电动机和发电机正常运行的情况下进行局部放电的监测,通常能给出两年或两年以上的故障风险预报。由此可以看出,对局部放电进行在线监测具有重要的经济效益和社会效益。

 

综上所述,局部放电作为绝缘介质特性的四个主要检测参数之一,在高压电气设备的绝缘状态检测中,占有非常重要的地位。

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