TechImp 的局部放电信号分离与设备诊断技术
绝缘事故通常都是由于绝缘部件体内或体表产生贯穿性放电引起高低压间短路而导致设备烧损、爆炸及系统短路、跳闸。除雷击等偶发性因素外,贯穿性放电通道一般都是从微小的局部的放电(称为局放)发展而来的。这种局部放电会产生一些电流脉冲、电磁场波动、机械振动等一些从设备外部可以测量的信号。有效地检测局放信号,就可以在故障发展的初期发现潜在的危险,采取相应的修复、更换措施,从而把事故扼杀在襁褓之中。
但是,局放信号是在强场环境下微弱的瞬态信号。以交联聚乙烯电缆中的微气隙放电为例:气隙沿电场方向的长度一般在在微米量级, 500 kV电缆的气隙放电电压也不过几伏到几百伏,其放电量通常也不过几皮库(10-12库仑)到几十皮库,产生的放电电流脉冲也是微乎其微,远低于电力系统中的杂散脉冲(如整流脉冲)信号。各种放电信号及干扰通过不同的途径到达传感器,传播过程中所产生的各种畸变及衰减也大不相同。因此,测量局放信号时如果不能把放电信号与环境中存在的各种杂散信号分离开来,测量是无效的。
另一方面,线路的电晕放电,套管沿面放电(污闪)、旋转电机碳刷的火花放电都属于局放,都具有放电的特征,但对设备的危害性却低于绝缘内部的放电。即使同是设备内部放电,变压器油中放电产生的有害物质(碳化颗粒)被油循环分散到各处,其危害大大降低;而油纸绝缘中的放电却可能使纸碳化,直接导致击穿。变压器套管污闪放电即使达到几千上万皮库,也可以继续使用,而油纸绝缘中的放电即使仅几十皮库,也必须进一步调查原因。有机绝缘电缆内部的局放通常都会发展成电树枝并最终击穿,对其容忍度几乎为零。因此要运用局放信号来诊断设备状态,必须要能够在强噪环境下检测到局放信号,必须要能把局放信号同噪声区分开来,必须要能够把不同的局放种类分别开来,否则,给出的诊断结论是片面的。
传统的基于放电电流脉冲的局放检测手段是基于IEC60270标准,频带局限于10~200 kHz,测量的是局放总量,最后绘出其f-Q-N(放电相位-放电量-放电次数)谱图,以此进行放电种类识别。其信号采集和处理的方法不足以获取足够信息以区分局放与噪声及不同种类的局放,抗噪能力较弱。目前时髦的超高频采样法能有效地避开特定噪声,但由于信号低频部分尽失,也无法有效区分不同的局放源。而且局放信号高频部分衰减极快,设备出口端信号主要频段已处于超高频天线测量范围以下,其测量效果大打折扣。超声波法精度不高,无法区分放电种类,主要用于放电定位。
而TechImp公司的基于局部放电电流脉冲波形的局放检测却与上述手段完全不同。该公司在国际上第一次提出并实现了放电脉冲的分离识别诊断技术:通过对放电的电流脉冲信号进行高速(100MS/s)宽带采样获取信号完整的时域波形;并针对不同放电及噪声间的差异提取多种信号特征,从而将不同的放电分离开来;在此基础上对每一类放电进行甄别,进而诊断设备绝缘状态。这样,也只有这样,才能实现真正意义上的局放诊断。
基于脉冲波形的局放诊断技术是在几十年的工作基础上逐步完善的。数十年来,TechImp公司的产品和技术被广泛应用于世界各地,各种电力设备上的不同缺陷在不同的现场环境下所产生的局部放电信号也被收集起来。在对大量的局放数据进行分析比较总结的基础上,TechImp公司构造了庞大的局放波形特征数据库,组建了强大的专家诊断系统。这样,对每一个新采集的放电脉冲波形,TechImp公司的分析软件都可以按相应的步骤提取几十种放电特征,再将其放电特征与专家库中的放电“指纹”相比较,运用模糊逻辑的方法,判断被测放电类型与已知放电类型的相似性,从而得出相应判断结论,再由现场的专家根据设备电气连接与机械构造情况,总结设备的绝缘状况,并给出相应维护建议。
正是基于以上的先进技术及专家诊断系统,TechImp公司的产品与服务在全世界得到了广泛的认可。在欧洲,意大利全国200多个400 kV的枢纽电站全部已采用或即将采用我们的设备和技术;欧洲最大的电缆制造商之一Prysmian Cables & Systems所有电缆的出厂试验与安装试验都由我们完成;在美洲,GE(通用电器)公司在其发电机上只装我们公司的局放检测设备;在亚洲,新加坡国家电网几乎所有电缆局放检测试验都由我们来完成,他们对我们的服务给予了高度的评价;在中国,我们的产品也在湖北、江苏、山西、陕西广州、云南等地的变电站、电力设备制造厂、电力科研单位、国家重点实验室得到了应用。
总的来说,TechImp公司基于局部放电电流脉冲波形的电力设备绝缘诊断技术具有以下特点:
1. 采用宽通带传感器与高速宽带采样单元,以取得足够多的放电信息,提供有效的诊断依据;
2. 通过对比不同放电脉冲信号之间及放电与干扰之间波形特征的差异,能够有效地分离聚类不同的放电脉冲,区别不同的放电类型;
3. 由于具有很强的干涉处理能力,可以在不停电的状态下对设备进行测量;
4. 在多年的现场实践基础上,收集了大量电力设备实际中故障放电脉冲波形指纹特征,建立了强大的专家库系统和模糊逻辑诊断方法,能够分别对以上分离出来的每一类放电进行识别。