随着我国电力系统规模日新月异的发展,对电力系统的安全性和可靠性方面的要求日益严格。电网的安全可靠运行,关键取决于确保高压电气设备的安全可靠运行,而绝大多数的绝缘材料在受到电、化学、热、机械、生物等各种因素的作用,绝缘性能逐渐劣化,引发局部放电(Partial Discharge,PD)造成电气设备故障,引起电网供电中断。电力设备绝缘结构性能的优劣直接决定了设备的使用寿命,为有效地减少电气设备的故障,不仅要注重提升电气设备的制造质量,还应大力发展先进的电气设备绝缘状态监测技术。目前我国现行的变电站电气设备定期试验和维修的检修策略是在离线条件下进行的,即按固定的检修周期对电气设备进行停电维护,称之为计划维修制(TBM)。这种计划维修制度在保障整个电力系统的供电可靠性和安全性方面立下了汗马功劳,并获得了很多有价值的经验。然而生产实践发现,这种定期性的停电离线试验和检修制度具有先天局限性。
电气设备在整个服役期内故障发生的时间区间大致可划分为四个:磨合期(1年左右),是因制造、安装、调试、操作、维护等导致的意外故障;稳定期(5-10年)、劣化期(10-20年)、危险老化期(20年以上)。每个时间区间内,绝缘故障的突发性和潜伏性往往是同时存在的,但每个阶段出现故障的概率是不同的,其中以磨合期和危险老化期发生故障的几率较大。而对于故障检测的手段来说,及时有效地发现电气设备存在的绝缘缺陷是衡量检测方法的重要指标,良好的检测方法必须能够在设备未发生故障之前,及时发现潜伏性故障和突发性故障的前期征兆,并为消除故障提供强有力的理论和技术支撑。因为定期预防性试验的试验环境并不能完全模拟设备的正常运行环境,停电测试无法完全反映设备在工况下的电气性能,并且绝缘故障的发展是一个逐渐发展的过程,与运行条件、绝缘状况等因素密不可分,潜伏性故障往往无法确保在定期的预防性试验中被准确发现,这就是通常所说的“欠维修”。此外,定期检修施行的是以偏概全的到期必修的理念,因此又往往造成“过维修”的情况,导致资源浪费。有统计表明,突发性故障在超高压电气设备事故中占相当大的比重。1985年至1990年间全国有80%的变压器事故是在预防性试验合格的情况下发生的。
预防性试验和定期维修均需在停电的离线条件下进行,其试验时间长,工作量大,效率低下,并可能造成大量的经济损失和资源浪费,在电力资源紧张的今天,特别在当前电网规模不断扩大、电压等级口益提高的局面下,检修的成本大幅度上升。正是因为计划维修制(TBM)存在以上缺陷,电气设备的状态检修(CBM)成为大势所趋,它的优点在于可实时、在线地对设备状态进行全天候监视,便于及时、准确地发现电气设备的潜在隐患,并采取有效措施防患于未然,避免恶性停电事故的发生,提高维修质量和效率,节约大量的经济成本。
高压电气设备在制造、运输、安装、运行的过程中总是不可避免地存在一些绝缘缺陷,如受潮、气泡、污秽、杂质、尖刺等,这些缺陷在强电场的作用下使得绝缘内部的电场分布变得极不均匀,在缺陷部位的电场强度远远大于平均电场强度,极不均匀电场的出现使得这些绝缘脆弱的部分非常容易率先发生放电现象,即局部放电。设备绝缘内部发生局部放电的初期,一般不会引起绝缘的整体性击穿,整个介质的依然保持绝缘特性,但是它是绝缘介质整体电气性能退化的诱因。若局部放电长期存在,发展到一定程度后会造成绝缘装置的电气绝缘性能迅速丧失,最终造成设备绝缘整体击穿,同时局部放电也是设备绝缘完整性退化的标志。因此对电气设备的局部放电进行在线监测是进行设备绝缘状态评估的重要手段,具有十分重要的工业价值。
综上所述,对运行中的高压电气设备进行局部放电在线监测,能为状态检修提供重要参数和理论依据,提高检修效率,从而减少电力系统突发事故,提高供电质量。国内外的专家学者以及IEC,IEEE和GIGRE等国际电力权威组织机构都一致推荐把局部放电检测作为评价电气设备绝缘状况、预测设备运行寿命和保障设备安全的有效方法之一。