超高壓輸變電關鍵設備局放在線監測技術的發展現狀 

西安智源電氣有限公司技術漫談

1、局放在線監測研究背景

中國科學技術白皮書（第五號）《中國科學技術政策指南》，提出了電力能源領域 發展的戰略目標：“提高供電可靠性、質量和經濟性，建立設備和電網故障診斷和監測 系統……改進輸電在線監測技術”，國家經貿委也提出將“500kV以上交流輸電設備安全經濟 運行關鍵技術”列為今后要研究的重點項目，所以開展本項研究符合國家科學技術發展 戰略，屬于電工學科國際前沿研究領域，是發展我國電力能源事業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注的重要問題，隨著我國電力建設發展從電 力設備數量的增加向電力設備運行質量的提高過渡，對大型電力設備運行狀態檢測、壽 命管理等方面要求越來越高，原有技術已不能滿足電力系統發展的需要。開發大型電力 設備狀態監測和壽命管理，尤其是將局放在線監測技術納入設備狀態監測和壽命管理的重要檢測手段，可以實現大型電力設備從定期預防性維修、故障后維修向狀 態維修、預測性維修過渡，提高大型電力設備的運行經濟性，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鍵性技術問題進行廣泛、系統、深入地研究， 在開發變電站各關鍵電力設備在線監測與診斷裝置的基礎上，開發變電站多設備多參量 綜合在線監測與診斷系統（設備），可以為今后實現全國或大區的超高壓變電站電力設 備狀態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鍵產品，進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，因而該產品開發的**技術和該技術形成的超高壓變電站關鍵電力設備多設備、多 參量綜合檢測與診斷產品可以形成巨大的產業。

2、國內外在線監測技術發展趨勢

超高壓電力設備在線檢測與診斷技術是近年來國際電工界研究的熱點和重點，提出 研究電力設備在線檢測與診斷技術是基于電力設備在運行過程中的劣化是一個漫長的 過程，絕大多數電力設備發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，難以及時發現故障的先兆。所以國際電工 界近年來一直致力于研究電力設備在線檢測與診斷新技術，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展相關的研究，并在一些方面取得了重要進展，也代表著 電力設備在線檢測與診斷技術發展的方向，主要體現在以下幾方面：

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

究，認識到電力設備絕緣的劣化過程是一個在多因子（包括：電、熱、機械、化學、環 境等因子）協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檢測與診斷的基礎，只有在這方面取得突破性進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 過長期的、艱苦的電力設備絕緣老化試驗研究，已經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、超聲聲速等），這方面的研究工作還在繼續，該研 究工作的進展對提高檢測與診斷的準確性將起到積極推動作用。

(c) 新的測控技術在電力設備在線檢測中得到更多的應用，促進電力設備檢測技術 的發展。電力設備檢測技術的發展經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 的檢測系統（具備了較強的診斷功能）階段，現正朝著基于新型總線技術和網絡技術的 綜合檢測系統發展?，F代科學技術的進步強有力地推動著電力設備檢測與診斷技術的發 展，一些.新檢測技術，如：傳感技術、光纖技術、信號采集與處理技術、計算機技術、 總線技術等，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綜合診斷與壽命評估方面發展。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 在電力設備診斷與壽命評估技術研究方面得到了發展，這表現在，一方面，廣泛地開展 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 學方法和信號處理方法，如：小波分析、時頻分析、分形分析、神經網絡、模糊診斷、 ..系統等，從而有力地推動了電力設備診斷朝著基于狀態描述的信號處理、信息集成 和故障分析方向發展，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 設備運行過程監控的一個重要的、不可分割的組成部分。

(e) 電力設備在線檢測與診斷設備朝著高度集成方面發展。從電力設備檢測的集成 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展，并且有可能在網絡的 平臺上實現變電站內電力設備的綜合在線檢測與診斷，從而為電力系統自動化提供更高 的技術平臺。

(f) 電力設備維修制度朝著狀態維修方向發展。目前國際上，電力設備檢測正從定 期預防性檢測、故障后維修向狀態檢測、預測性維修過渡。狀態維修、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，維修時間間隔是根據設備的歷史維修狀態和 連續監測數據，并分析其趨勢而加以確定的。發達國家已經開始實施大型電力設備從定 期維修或故障后維修向狀態維修的轉變。

3、國內外研究現狀

超高壓變電站大型電力設備在線檢測與診斷技術的發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，以達到準確 可靠的進行絕緣診斷的目的。目前國際、國內在這方面的研究工作已開拓一些新領域， 但尚未有實質性進展。

我國已經進入到電力設備數量上的增加轉為運行質量提高的階段，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，雖然開始應用一些在線檢測技術，但是一些關 鍵技術問題還未解決：對表征電力設備狀態的特征量認識不足、新的傳感和傳輸技術尚 未能在電力設備狀態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 性的監控網絡。這些關鍵技術的研究水平抑制了我國檢測水平的發展，以至于到目前僅 實施了部分電力設備和部分參數的在線檢測。

(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行了廣泛的研究，提出了一些老 化模型，例如，由于溫度促進老化的熱老化模型（Arrheniius指數模型），放電產生老化 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、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 各種環境因子的作用，其老化過程十分復雜，進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。

西安交通大學電力設備電氣絕緣國家重點實驗室已經在國家自然科學基金重點項 目的支持下，開始研究大型發電機絕緣系統在多因子（電、熱、機械等）順序作用和聯 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項目的支持下開始研究 變壓器、高壓電纜、GIS等關鍵電力設備的老化機理，并已經取得了階段性成果，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方面 近年來，發電機、變壓器、氣體絕緣系統（GIS）、交聯聚乙烯電纜等關鍵電力設備

的在線監測與診斷技術是電工學科領域各國學者研究的熱點。各國研究者正在開發一些 在線監測設備，但多數采用的技術是用某一種參量進行監測，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程中絕緣狀態變化規律，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。

國外在檢測技術方面發展較快，已經將一些新的檢測技術（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） 以及一些新的數字信號分析技術（數字濾波、神經網絡、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。

西安交通大學是國內開展電力設備在線監測和絕緣診斷研究較早的單位之一，不僅 已經成功地將數字信號分析技術應用到電力設備檢測中，開發了大型發電機故障放電檢 測系統、大型發電機超聲水循環檢測系統、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、電力設備 放電性故障紅外熱診斷技術等方面進行了比較多的研究工作。

西安交通大學電力設備電氣絕緣國家重點實驗室還提出，在局部檢測技術提高的基 礎上建立電力設備狀態監控與壽命管理中心的新思路，國外尚未見到研制成功的報道， 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發展 的必然趨勢，西安交通大學正在進行相關的研究工作。

(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診斷為主的評估剩余壽命的 研究。連續數屆國際大電網年會都把提高電力設備可靠性、延長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間、起停次數、絕緣泄漏電流及介質損耗角正 切增量有關，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，只有局部放電或 與局部放電有關的參量才能指示老化狀態。其他各國也發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。

我公司聯合西安交通大學電力設備電氣絕緣國家重點實驗室已經對大型發電機、交聯聚乙烯電纜、變壓器主絕緣的壽命評估方法進行了初步研究，正在尋找反映絕緣狀態特性量組以 及絕緣剩余壽命與特征量之間的對應關系。