第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
目前我国电力系统正朝着特高压大电网输变电模式、智能化变配电系统、清洁能源大规模开发利用的方向发展。根据我国现阶段经济发展发展趋势和国家电网公司发展规划，预计到 2020 年我国发电设备总装机容量将达到 10~12 亿 k W[1]，将建成以特高压电网为骨干网架，各电压等级电网深入融入区域化发展的二次能源分配格局，这就对电气设备运行的稳定性和可靠性提出了更严格的要求。 截至 2014 年底，天津电网共接入各类电厂 54 座，发电装机容量 1136.84 万千瓦；建成 500 千伏变电站 6 座，220、110、35 千伏变电站分别建成 69 座、138座、258 座，主变总容量 6316.46 万千伏安，35 千伏及以上输电线路长度 14925.69公里，形成了 500 千伏局部双环网和 220 千伏西部、中部、东部、蓟县四个供电分区。现已开工的蒙西~天津南特高压工程、锡盟~山东特高压工程标志着特高压入津工程已进入工程建设阶段，预计至 2018 年天津地区将建成“两交两直”四条特高压交直流输电工程，以及一座容量为 2×300MVA 天津南特高压变电站，届时天津电网将形成以特高压为跨区能源输送骨干网络，以 500k V 为区域支撑电网的多层级“发、输、配”供电网络系统。 在电网规模大规模发展的同时，特别是引入特高压后将改变原有地方区域电网的输变电系统格局，以天津地区主网架构为例，天津南特高压变电站投运后对原有 500k V 输变电系统的运行方式影响巨大，原有环网上一些重载变电站中部分断路器的遮断容量将不满足系统需求，相应的运行方式也需做必要调整。同时对包括现有 500k V、220k V 环网在内的所有变电设备的可靠性也提出了更高的要求。 局部放电是电气设备的常见故障之一[2]，因其成因多样、不易察觉，故障点既可能出现在设备表面也可能出现在设备内部，一些极端情况下需要将设备拆解才能发现故障成因，如任其发展造成后果恶劣等原因成为近年来国网天津市电力公司电气试验专业的重要研究课题。为了提高设备投运前验收的准确性和设备投运后的可靠性天津公司近些年一直致力于总结出一套完善便捷的局部放电检测方案，实现设备投运前交接试验、运行中带电检测等环节实现局部放电的全过程监控，并通过分析设备特点，优化检测流程，达到缩短故障判别时间，提高设备运行可靠性的目标。
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1.2 局部放电带电检测技术的现状及发展
局部放电在电气设备上主要的释放形式包括绝缘设备内部气泡（裂隙）的击穿，局部绝缘介质（固体、液体）击穿，或金属构件尖端及棱边由于电场强度过于集中造成的尖端放电等。虽然单次放电释放的能量有限，对电气设备绝缘能力的影响也不大,但是考虑到累积效应，电气设备长期存在间断性局部放电，会加速电气设备绝缘系统的老化，危及设备运行的安全。目前，局部放电带电检测方法主要是围绕对局部放电过程中所释放的不同形式的能量或者衍生物（分解产物）进行的检测这一间接手段判断局部放电的类型、位置以及严重程度，常见的局部放电检测方法包括电气量检测法和非电气量检测法。超声波检测法是利用对超声波声源、声压进行定性、定量检测进而判断局部放电的位置和放电剧烈程度的方法。超声波是频率高于声波的一种机械振动，检测过程是利用超声波传感器捕获由于局部放电产生的超声波信号，将其转换为电信号后进一步可分析局部放电的位置和强度。 超声波检测法原理简单，其优势在于测量过程方便，测量过程中受周围环境影响小，可以在设备可靠接地的外壳任意部位进行测量或提前预置传感器，通过多角度，不同位置的测量可较为准确的估算出局部放电具体位置，同时由于局部放电产生的超声波信号与待测设备的电源特性及运行工况无关，因此可有效排除待测设备自身电气量的干扰；缺点是由于超声波在传播过程中的衰减其灵敏度不足，无法实现直接定量检测，仅能通过间接判断，该方法经常用于设备常规巡视及局部放电定性检测。
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第二章 局部放电特性及检测原理及方法
2.1 局部放电的原理及特点
局部放电是指在绝缘介质电极间发生且未击穿整个绝缘介质的放电现象。局部放电通常发生在绝缘介质局部电场畸变严重或电场强度较高，且介质绝缘强度较低的绝缘介质的表面、内部或两种绝缘介质的交界面[7]。 常见局部放电现象主要包括：绝缘介质内杂质的击穿；高场强条件下绝缘固体或液体介质内部的局部击穿；光滑金属表面的边缘，毛刺，附着颗粒物等部位由于局部场强过于集中造成的局部绝缘介质击穿的放电现象等[8]。通常情况下这种放电所释放的能量很小，所以绝缘介质表面短时存在局部放电对电气设备整体绝缘特性影响不大，但需要注意的是局部放电过程中会产生一定的热量、发生电解反应或其他电化学反应，如果电气设备绝缘在工频额定电压下持续不断的发生局部放电现象，这些发生局部放电的部位或者表面将产生累积效应，长期持续运行情况下可能会造成绝缘表面灼伤，产生毛刺，加速绝缘设备绝缘强度的劣化，极端情况下能造成整个绝缘界面的击穿[9]。在潮湿环境下在不同金属介质间的交界面（或交界边缘）发生局部放电会形成局部电解池，加速金属构件的锈蚀，最终导致金属交界面电阻增大引起局部发热。
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2.2 局部放电的检测方法分类
局部放电的危害在于对设备绝缘系统的侵蚀性损伤，如果不能及时发现会由小的故障点发展成为贯穿的闪络造成短路。在生产实际中定期或持续对设备局部放电易发部位进行监测，能够及时发现设备设计缺陷，制造工艺缺陷或因外部环境改变造成的局部放电等，防止局部放电持续发展对绝缘造成更大的破坏具有十分重要的意义[12]。 在 2.1 中我们讨论了局部放电的产生的原因和外在象征，在实际工作中可以通过各类型局部放电过程中伴生的各类型信息对局部放电进行精确的检测。局部放电外在象征包括包括：物理现象、化学现象；如：电化学反应、电磁波、声波（可听范围或超声波）、光、热、化学分解产物等进行直接或间接测量[13]。 按检测对象划分为：非电测法和电测法两大类。电气设备局部放电伴生许多非电气量信息，非电测法即是通过相应的试验方法对这些非电气量进行测量或者观测，达到间接判断局部放电部位和局部放电程度的目标。其优点是可以在带电情况下不接触设备进行检测，检测结果直观，速度快，适合对设备进行大范围巡视时使用。缺点是对局部放电量化难度大，有时需要要多种检测手段相结合才能对局部放电故障进行准确判断。常用局部放电非电测法有：超声波法、光检测法、热检测法、放电产物分析法。
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第三章 电气设备局部放电带电检测方法分析及实施策略 ....... 34
3.1 电气设备局部放电带电检测技术要求 .......... 34
3.2 变压器特点分析及局部放电检测策略 .......... 36
3.2.1 油浸式变压器结构特点 ....... 36
3.2.2 变压器常见局部放电故障分析 ........... 39
3.2.3 变压器常见局部放电带电综合检测策略 ........... 40
3.3 高压组合电器特点分析及局部放电检测策略 ...... 43
3.3.1 组合电器结构特点....... 43
3.3.2 组合电器（GIS）易发局部放电故障分析 ........ 45
3.3.3 GIS 设备局部放电检测方法 ........ 47
第四章 电气设备局部放电带电检测案例分析 ........... 50
4.1 油浸式变压器局部放电检测案例 .......... 50
4.2 组合电器设备局部放电检测案例 .......... 54
第五章 总结 .......... 61
第四章 电气设备局部放电带电检测案例分析
4.1 油浸式变压器局部放电检测案例
通过表 4-1 分析，7 月 25 日测试结果较之前结果各项指标均升高，其中总烃含量为 512.1μL/L（注意值为 150μL/L），超标较多；C2H2 为 2.54μL/L（注意值为 5μL/L），未超标，但增长较快，怀疑变压器本体内部存在局部放电。 2.应对措施 7 月 25 日下午完成铁芯接地电流检测，测量值为 0.9m A，为正常值（正常值为小于 100m A），排除铁芯多点接地故障。 7 月 25 日夜间进行 2#主变红外专项检测，红外测试显示主变 35k V 套管 A 相接头 110℃，C 相 158℃，B 相正常为 46.7℃，其他部位测试结果正常。2014 年 7 月 25 日开展 2#变例行油色谱带电检测，总烃含量为 512.1μL/L，7 月 26 日复测总烃 585.89μL/L，总烃较前一日增长 73.79μL/L。计算总烃绝对产气速率为 1717m L/天，相对产气速率为 475%/月。根据三比值法判断 2#主变内有超过 700℃高温过热缺陷，7 月 26 夜间采取主变临时停电处缺措施，期间加强红外热像检测。
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总结
局部放电是高压电气设备的常见故障，如不及时发现并排除故障则会造成电气设备内外绝缘的持续劣化，随着时间的积累会危及电气设备的安全稳定运行。目前国网天津市电力公司采用的局部放电检测手段多样，但是现场使用较为混乱，没有形成针对不同设备较为系统的局部放电检测策略，本文着重对现有各类型局部放电检测方法现场综合应用策略进行了分析研究。综合本文研究工作，主要获得了一下几点研究结论：
1.本文以变电设备常见局部放电现象入手，分类详细阐释了天津地区在生产过程中应用的各类型局部放电检测方法的原理、设备，适用范围以及使用过程的局限性。
2.选择变压器、GIS 组合电器设备进行研究，对其常见局部放电原因、象征进行了详细分析，着重研究各类型局部放电检测方法在该设备上应用的条件，并针对不同故障特性，现存的问题以及如何避免检测盲区等问题提出了多种方法综合性局部放电检测策略。将主变压器类设备局部放电划分为内部局部放电与外部局部放电两种类型进行考虑，前者主要采用红外测量法与紫外测量法相结合的方式，可有效检测电晕放电以及局部绝缘破损等故障；后者主要综合采用油色谱法，超声波法，特高频检测法三种方法进行现场检测可有效弥补单一检测方法的检测盲区，有利于提高局部放电检测的准确度。GIS 设备进行局部放电带电检测时为了提高复杂电磁环境下局部放电检测方法的抗干扰性，提出采用超声波法与特高频法相结合的现场检测策略，两者在测试过程中可互为补充，提升了整体 GIS 局部放电检测方法的抗干扰性。为今后在变电站开展局部放电检测以及今后开展更大范围在线监测工作提供了指导性参考。
3.选择两个工作现场（主变压器、GIS 设备）将提出的局部放电带电检测策略应用于实际操作，详细阐述了局部放电的测试过程，处理方案和局部放电原因的分析和判断，并针对现场工作过程中发现的问题提出了相应的改进措施，为今后的局部放电带电检测工作积累的丰富的经验。
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参考文献（略）