超高壓輸變電關(guān)鍵設備局放在線(xiàn)監測技術(shù)的發(fā)展現狀 

西安智源電氣有限公司技術(shù)漫談

1、局放在線(xiàn)監測研究背景

中國科學(xué)技術(shù)白皮書(shū)（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)展的戰略目標：“提高供電可靠性、質(zhì)量和經(jīng)濟性，建立設備和電網(wǎng)故障診斷和監測 系統……改進(jìn)輸電在線(xiàn)監測技術(shù)”，國家經(jīng)貿委也提出將“500kV以上交流輸電設備安全經(jīng)濟 運行關(guān)鍵技術(shù)”列為今后要研究的重點(diǎn)項目，所以開(kāi)展本項研究符合國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展 戰略，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。

大型電力設備運行可靠性是電力系統關(guān)注的重要問(wèn)題，隨著(zhù)我國電力建設發(fā)展從電 力設備數量的增加向電力設備運行質(zhì)量的提高過(guò)渡，對大型電力設備運行狀態(tài)檢測、壽 命管理等方面要求越來(lái)越高，原有技術(shù)已不能滿(mǎn)足電力系統發(fā)展的需要。開(kāi)發(fā)大型電力 設備狀態(tài)監測和壽命管理，尤其是將局放在線(xiàn)監測技術(shù)納入設備狀態(tài)監測和壽命管理的重要檢測手段，可以實(shí)現大型電力設備從定期預防性維修、故障后維修向狀 態(tài)維修、預測性維修過(guò)渡，提高大型電力設備的運行經(jīng)濟性，提高大型電力設備運行管 理水平。

我公司針對電力系統迫切需要解決的關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行廣泛、系統、深入地研究， 在開(kāi)發(fā)變電站各關(guān)鍵電力設備在線(xiàn)監測與診斷裝置的基礎上，開(kāi)發(fā)變電站多設備多參量 綜合在線(xiàn)監測與診斷系統（設備），可以為今后實(shí)現全國或大區的超高壓變電站電力設 備狀態(tài)監控和管理做出貢獻。

我公司的研究成果首先是為西部地區的 110kV、220kV、330kV、500kV 變電站大 型電力設備的運行可靠性提供關(guān)鍵產(chǎn)品，進(jìn)而在全國電力系統推廣可以大幅度提高我國 的電力設備運行可靠性，使我國大型電力設備運行可靠性及管理水平達到國際**水 平，因而該產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的**技術(shù)和該技術(shù)形成的超高壓變電站關(guān)鍵電力設備多設備、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、國內外在線(xiàn)監測技術(shù)發(fā)展趨勢

超高壓電力設備在線(xiàn)檢測與診斷技術(shù)是近年來(lái)國際電工界研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)，提出 研究電力設備在線(xiàn)檢測與診斷技術(shù)是基于電力設備在運行過(guò)程中的劣化是一個(gè)漫長(cháng)的 過(guò)程，絕大多數電力設備發(fā)生故障在事故前都有顯現的先兆，而目前現行的預防性試驗 一般以一年為一周期，由于試驗周期比較長(cháng)，難以及時(shí)發(fā)現故障的先兆。所以國際電工 界近年來(lái)一直致力于研究電力設備在線(xiàn)檢測與診斷新技術(shù)，特別在二十世紀九十年代各 國均投入大量的人力和物力開(kāi)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(zhù) 電力設備在線(xiàn)檢測與診斷技術(shù)發(fā)展的方向，主要體現在以下幾方面：

(a)  電力設備劣化規律研究朝著(zhù)多因子老化研究方向發(fā)展。期望通過(guò)大量地試驗研

究，認識到電力設備絕緣的劣化過(guò)程是一個(gè)在多因子（包括：電、熱、機械、化學(xué)、環(huán) 境等因子）協(xié)同作用下的非線(xiàn)性過(guò)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(kāi)展的多因子協(xié)同作用下劣化規律的研究。研究電 力設備的劣化規律是在線(xiàn)檢測與診斷的基礎，只有在這方面取得突破性進(jìn)展才能有效地提高電力設備檢測與診斷水平。

(b) 電力設備檢測突破傳統測量參量，積極尋找新的表征劣化規律的特征參量。通 過(guò)長(cháng)期的、艱苦的電力設備絕緣老化試驗研究，已經(jīng)尋找到一些能夠表征電力設備劣化 規律的新的特征參量，如表征發(fā)電機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，該研 究工作的進(jìn)展對提高檢測與診斷的準確性將起到積極推動(dòng)作用。

(c) 新的測控技術(shù)在電力設備在線(xiàn)檢測中得到更多的應用，促進(jìn)電力設備檢測技術(shù) 的發(fā)展。電力設備檢測技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了基于單片機的檢測裝置（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，再到基于計算機技術(shù) 的檢測系統（具備了較強的診斷功能）階段，現正朝著(zhù)基于新型總線(xiàn)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的 綜合檢測系統發(fā)展?，F代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步強有力地推動(dòng)著(zhù)電力設備檢測與診斷技術(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)、計算機技術(shù)、 總線(xiàn)技術(shù)等，迅速在電力設備的檢測中得到應用，使電力設備的綜合檢測水平明顯得到 提高。

(d) 電力設備故障診斷朝著(zhù)綜合診斷與壽命評估方面發(fā)展。以往電力設備診斷主要 停留在基于規程的閾值判斷水平上，對電力設備絕緣剩余壽命研究幾乎是空白，近年來(lái) 在電力設備診斷與壽命評估技術(shù)研究方面得到了發(fā)展，這表現在，一方面，廣泛地開(kāi)展 了電力設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 一些傳統的壽命評估理論；另一方面，突破了傳統的閾值診斷的方法，大量采用現代數 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、 ..系統等，從而有力地推動(dòng)了電力設備診斷朝著(zhù)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，使得智能監控與診斷成為可能，并有使檢測與診斷系統作為電力 設備運行過(guò)程監控的一個(gè)重要的、不可分割的組成部分。

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

(f) 電力設備維修制度朝著(zhù)狀態(tài)維修方向發(fā)展。目前國際上，電力設備檢測正從定 期預防性檢測、故障后維修向狀態(tài)檢測、預測性維修過(guò)渡。狀態(tài)維修、預測性維修是建立在對大型電力設備連續監測的基礎上的，維修時(shí)間間隔是根據設備的歷史維修狀態(tài)和 連續監測數據，并分析其趨勢而加以確定的。發(fā)達國家已經(jīng)開(kāi)始實(shí)施大型電力設備從定 期維修或故障后維修向狀態(tài)維修的轉變。

3、國內外研究現狀

超高壓變電站大型電力設備在線(xiàn)檢測與診斷技術(shù)的發(fā)展應建立在電力設備絕緣劣 化機理研究的基礎之上，綜合應用.新科技的電、聲、光、熱等檢測技術(shù)，以達到準確 可靠的進(jìn)行絕緣診斷的目的。目前國際、國內在這方面的研究工作已開(kāi)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)入到電力設備數量上的增加轉為運行質(zhì)量提高的階段，對電力設備運行 管理水平和電力設備運行可靠性提出了更高的要求。目前我國評定電力設備的絕緣可靠 性的方法還主要停留在預防性試驗階段，雖然開(kāi)始應用一些在線(xiàn)檢測技術(shù)，但是一些關(guān) 鍵技術(shù)問(wèn)題還未解決：對表征電力設備狀態(tài)的特征量認識不足、新的傳感和傳輸技術(shù)尚 未能在電力設備狀態(tài)監測中得到很好地應用、尚未建立特征量與絕緣剩余壽命之間的對 應關(guān)系、尚未建立較通用的電力設備絕緣診斷與壽命評估系統、還未建立全國性或區域 性的監控網(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)施了部分電力設備和部分參數的在線(xiàn)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指數模型），放電產(chǎn)生老化 的電老化模型（冪倒數律模型），機械力引起老化的冪倒數模型。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取樣試驗的基礎之上的， 對于運行中的大型電力設備，要運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，并建立相應的信息庫以判斷故障缺 陷種類(lèi)、確定電力設備故障原因。大型電力設備絕緣在運行中受到電、熱、機械應力及 各種環(huán)境因子的作用，其老化過(guò)程十分復雜，進(jìn)行這種多因子老化的試驗研究相當困難， 目前大多限于定性討論。

西安交通大學(xué)電力設備電氣絕緣國家重點(diǎn)實(shí)驗室已經(jīng)在國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項 目的支持下，開(kāi)始研究大型發(fā)電機絕緣系統在多因子（電、熱、機械等）順序作用和聯(lián) 合作用下的性能變化規律和老化機理；在國家電力公司科技攻關(guān)項目的支持下開(kāi)始研究 變壓器、高壓電纜、GIS等關(guān)鍵電力設備的老化機理，并已經(jīng)取得了階段性成果，對提高電力設備的檢測準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(lái)，發(fā)電機、變壓器、氣體絕緣系統（GIS）、交聯(lián)聚乙烯電纜等關(guān)鍵電力設備

的在線(xiàn)監測與診斷技術(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(kāi)發(fā)一些 在線(xiàn)監測設備，但多數采用的技術(shù)是用某一種參量進(jìn)行監測，并且很少有人采用多參量 綜合檢測的方法去研究電力設備在運行過(guò)程中絕緣狀態(tài)變化規律，而僅根據測得的單一 絕緣信息很難判斷電力設備的絕緣狀態(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(xiàn)檢測、光纖溫度在線(xiàn)測量、光電測量等） 以及一些新的數字信號分析技術(shù)（數字濾波、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、小波分析、..系統、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)是國內開(kāi)展電力設備在線(xiàn)監測和絕緣診斷研究較早的單位之一，不僅 已經(jīng)成功地將數字信號分析技術(shù)應用到電力設備檢測中，開(kāi)發(fā)了大型發(fā)電機故障放電檢 測系統、大型發(fā)電機超聲水循環(huán)檢測系統、變壓器局部放電檢測系統、變壓器氣相色譜 診斷..系統、GIS 超高頻局部放電檢測系統、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(xiàn)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)電力設備電氣絕緣國家重點(diǎn)實(shí)驗室還提出，在局部檢測技術(shù)提高的基 礎上建立電力設備狀態(tài)監控與壽命管理中心的新思路，國外尚未見(jiàn)到研制成功的報道， 這方面研究是提高電力設備運行可靠性的必然要求，也是電力設備檢測與診斷未來(lái)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(kāi)始了以絕緣狀態(tài)診斷為主的評估剩余壽命的 研究。連續數屆國際大電網(wǎng)年會(huì )都把提高電力設備可靠性、延長(cháng)使用壽命作為討論主題。 研究結果表明：電力設備的壽命與運行時(shí)間、起停次數、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 有研究結果表明：很多非破壞性試驗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)表了不同的研究結果。到目前 為止，尚未找到有效評估大型電力設備絕緣壽命的方法。

我公司聯(lián)合西安交通大學(xué)電力設備電氣絕緣國家重點(diǎn)實(shí)驗室已經(jīng)對大型發(fā)電機、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關(guān)系。