超高壓輸變電關(guān)鍵設(shè)備局放在線監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 

西安智源電氣有限公司技術(shù)漫談

1、局放在線監(jiān)測研究背景

中國科學(xué)技術(shù)白皮書（第五號）《中國科學(xué)技術(shù)政策指南》，提出了電力能源領(lǐng)域 發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)：“提高供電可靠性、質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性，建立設(shè)備和電網(wǎng)故障診斷和監(jiān)測 系統(tǒng)……改進(jìn)輸電在線監(jiān)測技術(shù)”，國家經(jīng)貿(mào)委也提出將“500kV以上交流輸電設(shè)備安全經(jīng)濟(jì) 運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)”列為今后要研究的重點(diǎn)項(xiàng)目，所以開展本項(xiàng)研究符合國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展 戰(zhàn)略，屬于電工學(xué)科國際前沿研究領(lǐng)域，是發(fā)展我國電力能源事業(yè)亟待解決的重要課題。

大型電力設(shè)備運(yùn)行可靠性是電力系統(tǒng)關(guān)注的重要問題，隨著我國電力建設(shè)發(fā)展從電 力設(shè)備數(shù)量的增加向電力設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量的提高過渡，對大型電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測、壽 命管理等方面要求越來越高，原有技術(shù)已不能滿足電力系統(tǒng)發(fā)展的需要。開發(fā)大型電力 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和壽命管理，尤其是將局放在線監(jiān)測技術(shù)納入設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和壽命管理的重要檢測手段，可以實(shí)現(xiàn)大型電力設(shè)備從定期預(yù)防性維修、故障后維修向狀 態(tài)維修、預(yù)測性維修過渡，提高大型電力設(shè)備的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，提高大型電力設(shè)備運(yùn)行管 理水平。

我公司針對電力系統(tǒng)迫切需要解決的關(guān)鍵性技術(shù)問題進(jìn)行廣泛、系統(tǒng)、深入地研究， 在開發(fā)變電站各關(guān)鍵電力設(shè)備在線監(jiān)測與診斷裝置的基礎(chǔ)上，開發(fā)變電站多設(shè)備多參量 綜合在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)（設(shè)備），可以為今后實(shí)現(xiàn)全國或大區(qū)的超高壓變電站電力設(shè) 備狀態(tài)監(jiān)控和管理做出貢獻(xiàn)。

我公司的研究成果首先是為西部地區(qū)的 110kV、220kV、330kV、500kV 變電站大 型電力設(shè)備的運(yùn)行可靠性提供關(guān)鍵產(chǎn)品，進(jìn)而在全國電力系統(tǒng)推廣可以大幅度提高我國 的電力設(shè)備運(yùn)行可靠性，使我國大型電力設(shè)備運(yùn)行可靠性及管理水平達(dá)到國際**水 平，因而該產(chǎn)品開發(fā)的**技術(shù)和該技術(shù)形成的超高壓變電站關(guān)鍵電力設(shè)備多設(shè)備、多 參量綜合檢測與診斷產(chǎn)品可以形成巨大的產(chǎn)業(yè)。

2、國內(nèi)外在線監(jiān)測技術(shù)發(fā)展趨勢

超高壓電力設(shè)備在線檢測與診斷技術(shù)是近年來國際電工界研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)，提出 研究電力設(shè)備在線檢測與診斷技術(shù)是基于電力設(shè)備在運(yùn)行過程中的劣化是一個(gè)漫長的 過程，絕大多數(shù)電力設(shè)備發(fā)生故障在事故前都有顯現(xiàn)的先兆，而目前現(xiàn)行的預(yù)防性試驗(yàn) 一般以一年為一周期，由于試驗(yàn)周期比較長，難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障的先兆。所以國際電工 界近年來一直致力于研究電力設(shè)備在線檢測與診斷新技術(shù)，特別在二十世紀(jì)九十年代各 國均投入大量的人力和物力開展相關(guān)的研究，并在一些方面取得了重要進(jìn)展，也代表著 電力設(shè)備在線檢測與診斷技術(shù)發(fā)展的方向，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

(a)  電力設(shè)備劣化規(guī)律研究朝著多因子老化研究方向發(fā)展。期望通過大量地試驗(yàn)研

究，認(rèn)識到電力設(shè)備絕緣的劣化過程是一個(gè)在多因子（包括：電、熱、機(jī)械、化學(xué)、環(huán) 境等因子）協(xié)同作用下的非線性過程，并從以往單一因子作用下的研究，發(fā)展到多因子 順序作用下的研究，一直到目前正在開展的多因子協(xié)同作用下劣化規(guī)律的研究。研究電 力設(shè)備的劣化規(guī)律是在線檢測與診斷的基礎(chǔ)，只有在這方面取得突破性進(jìn)展才能有效地提高電力設(shè)備檢測與診斷水平。

(b) 電力設(shè)備檢測突破傳統(tǒng)測量參量，積極尋找新的表征劣化規(guī)律的特征參量。通 過長期的、艱苦的電力設(shè)備絕緣老化試驗(yàn)研究，已經(jīng)尋找到一些能夠表征電力設(shè)備劣化 規(guī)律的新的特征參量，如表征發(fā)電機(jī)主絕緣劣化的新特征參量組（局部放電偏斜度、超 寬頻帶局部放電、第二電流激增點(diǎn)、超聲聲速等），這方面的研究工作還在繼續(xù)，該研 究工作的進(jìn)展對提高檢測與診斷的準(zhǔn)確性將起到積極推動(dòng)作用。

(c) 新的測控技術(shù)在電力設(shè)備在線檢測中得到更多的應(yīng)用，促進(jìn)電力設(shè)備檢測技術(shù) 的發(fā)展。電力設(shè)備檢測技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了基于單片機(jī)的檢測裝置（不具有診斷功能）階 段，到基于 DSP 技術(shù)的檢測裝置（具備初步的診斷功能）階段，再到基于計(jì)算機(jī)技術(shù) 的檢測系統(tǒng)（具備了較強(qiáng)的診斷功能）階段，現(xiàn)正朝著基于新型總線技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的 綜合檢測系統(tǒng)發(fā)展。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步強(qiáng)有力地推動(dòng)著電力設(shè)備檢測與診斷技術(shù)的發(fā) 展，一些.新檢測技術(shù)，如：傳感技術(shù)、光纖技術(shù)、信號采集與處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、 總線技術(shù)等，迅速在電力設(shè)備的檢測中得到應(yīng)用，使電力設(shè)備的綜合檢測水平明顯得到 提高。

(d) 電力設(shè)備故障診斷朝著綜合診斷與壽命評估方面發(fā)展。以往電力設(shè)備診斷主要 停留在基于規(guī)程的閾值判斷水平上，對電力設(shè)備絕緣剩余壽命研究幾乎是空白，近年來 在電力設(shè)備診斷與壽命評估技術(shù)研究方面得到了發(fā)展，這表現(xiàn)在，一方面，廣泛地開展 了電力設(shè)備剩余壽命方面的研究工作，在一些研究方面取得了階段性成果，有可能突破 一些傳統(tǒng)的壽命評估理論；另一方面，突破了傳統(tǒng)的閾值診斷的方法，大量采用現(xiàn)代數(shù) 學(xué)方法和信號處理方法，如：小波分析、時(shí)頻分析、分形分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊診斷、 ..系統(tǒng)等，從而有力地推動(dòng)了電力設(shè)備診斷朝著基于狀態(tài)描述的信號處理、信息集成 和故障分析方向發(fā)展，使得智能監(jiān)控與診斷成為可能，并有使檢測與診斷系統(tǒng)作為電力 設(shè)備運(yùn)行過程監(jiān)控的一個(gè)重要的、不可分割的組成部分。

(e) 電力設(shè)備在線檢測與診斷設(shè)備朝著高度集成方面發(fā)展。從電力設(shè)備檢測的集成 性角度來看，已不再局限于對單一對象、單一模型的具體化研究，而是從單臺設(shè)備、單 參數(shù)的檢測與診斷階段，向多設(shè)備、多參數(shù)檢測與診斷方向發(fā)展，并且有可能在網(wǎng)絡(luò)的 平臺上實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)電力設(shè)備的綜合在線檢測與診斷，從而為電力系統(tǒng)自動(dòng)化提供更高 的技術(shù)平臺。

(f) 電力設(shè)備維修制度朝著狀態(tài)維修方向發(fā)展。目前國際上，電力設(shè)備檢測正從定 期預(yù)防性檢測、故障后維修向狀態(tài)檢測、預(yù)測性維修過渡。狀態(tài)維修、預(yù)測性維修是建立在對大型電力設(shè)備連續(xù)監(jiān)測的基礎(chǔ)上的，維修時(shí)間間隔是根據(jù)設(shè)備的歷史維修狀態(tài)和 連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，并分析其趨勢而加以確定的。發(fā)達(dá)國家已經(jīng)開始實(shí)施大型電力設(shè)備從定 期維修或故障后維修向狀態(tài)維修的轉(zhuǎn)變。

3、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

超高壓變電站大型電力設(shè)備在線檢測與診斷技術(shù)的發(fā)展應(yīng)建立在電力設(shè)備絕緣劣 化機(jī)理研究的基礎(chǔ)之上，綜合應(yīng)用.新科技的電、聲、光、熱等檢測技術(shù)，以達(dá)到準(zhǔn)確 可靠的進(jìn)行絕緣診斷的目的。目前國際、國內(nèi)在這方面的研究工作已開拓一些新領(lǐng)域， 但尚未有實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。

我國已經(jīng)進(jìn)入到電力設(shè)備數(shù)量上的增加轉(zhuǎn)為運(yùn)行質(zhì)量提高的階段，對電力設(shè)備運(yùn)行 管理水平和電力設(shè)備運(yùn)行可靠性提出了更高的要求。目前我國評定電力設(shè)備的絕緣可靠 性的方法還主要停留在預(yù)防性試驗(yàn)階段，雖然開始應(yīng)用一些在線檢測技術(shù)，但是一些關(guān) 鍵技術(shù)問題還未解決：對表征電力設(shè)備狀態(tài)的特征量認(rèn)識不足、新的傳感和傳輸技術(shù)尚 未能在電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中得到很好地應(yīng)用、尚未建立特征量與絕緣剩余壽命之間的對 應(yīng)關(guān)系、尚未建立較通用的電力設(shè)備絕緣診斷與壽命評估系統(tǒng)、還未建立全國性或區(qū)域 性的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。這些關(guān)鍵技術(shù)的研究水平抑制了我國檢測水平的發(fā)展，以至于到目前僅 實(shí)施了部分電力設(shè)備和部分參數(shù)的在線檢測。

(a)  絕緣多因子老化方面

國際上在絕緣材料及其體系的單一因子老化方面進(jìn)行了廣泛的研究，提出了一些老 化模型，例如，由于溫度促進(jìn)老化的熱老化模型（Arrheniius指數(shù)模型），放電產(chǎn)生老化 的電老化模型（冪倒數(shù)律模型），機(jī)械力引起老化的冪倒數(shù)模型。對一些絕緣材料提出 了多因子老化壽命模型，這些模型是建立在小試樣或絕緣系統(tǒng)取樣試驗(yàn)的基礎(chǔ)之上的， 對于運(yùn)行中的大型電力設(shè)備，要運(yùn)用這些模型是很困難的。1998年CIGRE有多篇論文提 出采用多種方法研究不同缺陷引起的絕緣故障特征，并建立相應(yīng)的信息庫以判斷故障缺 陷種類、確定電力設(shè)備故障原因。大型電力設(shè)備絕緣在運(yùn)行中受到電、熱、機(jī)械應(yīng)力及 各種環(huán)境因子的作用，其老化過程十分復(fù)雜，進(jìn)行這種多因子老化的試驗(yàn)研究相當(dāng)困難， 目前大多限于定性討論。

西安交通大學(xué)電力設(shè)備電氣絕緣國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)在國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng) 目的支持下，開始研究大型發(fā)電機(jī)絕緣系統(tǒng)在多因子（電、熱、機(jī)械等）順序作用和聯(lián) 合作用下的性能變化規(guī)律和老化機(jī)理；在國家電力公司科技攻關(guān)項(xiàng)目的支持下開始研究 變壓器、高壓電纜、GIS等關(guān)鍵電力設(shè)備的老化機(jī)理，并已經(jīng)取得了階段性成果，對提高電力設(shè)備的檢測準(zhǔn)確度起到了重要作用。

(b) 絕緣檢測與診斷技術(shù)方面 近年來，發(fā)電機(jī)、變壓器、氣體絕緣系統(tǒng)（GIS）、交聯(lián)聚乙烯電纜等關(guān)鍵電力設(shè)備

的在線監(jiān)測與診斷技術(shù)是電工學(xué)科領(lǐng)域各國學(xué)者研究的熱點(diǎn)。各國研究者正在開發(fā)一些 在線監(jiān)測設(shè)備，但多數(shù)采用的技術(shù)是用某一種參量進(jìn)行監(jiān)測，并且很少有人采用多參量 綜合檢測的方法去研究電力設(shè)備在運(yùn)行過程中絕緣狀態(tài)變化規(guī)律，而僅根據(jù)測得的單一 絕緣信息很難判斷電力設(shè)備的絕緣狀態(tài)。

國外在檢測技術(shù)方面發(fā)展較快，已經(jīng)將一些新的檢測技術(shù)（如：超高頻局部放電檢 測、超聲波絕緣缺陷檢測、氣相色譜油氣在線檢測、光纖溫度在線測量、光電測量等） 以及一些新的數(shù)字信號分析技術(shù)（數(shù)字濾波、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析、..系統(tǒng)、模糊診 斷、模式識別等）用于絕緣檢測中，取得了良好的效果。

西安交通大學(xué)是國內(nèi)開展電力設(shè)備在線監(jiān)測和絕緣診斷研究較早的單位之一，不僅 已經(jīng)成功地將數(shù)字信號分析技術(shù)應(yīng)用到電力設(shè)備檢測中，開發(fā)了大型發(fā)電機(jī)故障放電檢 測系統(tǒng)、大型發(fā)電機(jī)超聲水循環(huán)檢測系統(tǒng)、變壓器局部放電檢測系統(tǒng)、變壓器氣相色譜 診斷..系統(tǒng)、GIS 超高頻局部放電檢測系統(tǒng)、絕緣缺陷超聲檢測儀、超高壓交聯(lián)聚乙 烯電纜直流分量在線檢測裝置等，而且在超寬頻帶局部放電檢測理論與技術(shù)、電力設(shè)備 放電性故障紅外熱診斷技術(shù)等方面進(jìn)行了比較多的研究工作。

西安交通大學(xué)電力設(shè)備電氣絕緣國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室還提出，在局部檢測技術(shù)提高的基 礎(chǔ)上建立電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控與壽命管理中心的新思路，國外尚未見到研制成功的報(bào)道， 這方面研究是提高電力設(shè)備運(yùn)行可靠性的必然要求，也是電力設(shè)備檢測與診斷未來發(fā)展 的必然趨勢，西安交通大學(xué)正在進(jìn)行相關(guān)的研究工作。

(c) 剩余壽命評估方面

八十年代中期，美國、加拿大、日本開始了以絕緣狀態(tài)診斷為主的評估剩余壽命的 研究。連續(xù)數(shù)屆國際大電網(wǎng)年會都把提高電力設(shè)備可靠性、延長使用壽命作為討論主題。 研究結(jié)果表明：電力設(shè)備的壽命與運(yùn)行時(shí)間、起停次數(shù)、絕緣泄漏電流及介質(zhì)損耗角正 切增量有關(guān)，對一些特定的電力設(shè)備，.大放電量也可用于有效評定剩余壽命；同時(shí)也 有研究結(jié)果表明：很多非破壞性試驗(yàn)參量都不能很好地反映老化狀態(tài)，只有局部放電或 與局部放電有關(guān)的參量才能指示老化狀態(tài)。其他各國也發(fā)表了不同的研究結(jié)果。到目前 為止，尚未找到有效評估大型電力設(shè)備絕緣壽命的方法。

我公司聯(lián)合西安交通大學(xué)電力設(shè)備電氣絕緣國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)對大型發(fā)電機(jī)、交聯(lián)聚乙烯電纜、變壓器主絕緣的壽命評估方法進(jìn)行了初步研究，正在尋找反映絕緣狀態(tài)特性量組以 及絕緣剩余壽命與特征量之間的對應(yīng)關(guān)系。