《高压放电紫外检测系统的研究本科毕业论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高压放电紫外检测系统的研究本科毕业论文（54页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第1章 绪论1.1 高压放电检测的研究背景及意义近年来，随着我国经济、工业和农业的快速发展，电力系统的电压等级得到了很大的提高，电力网络的规模也随之快速扩大，电网的安全稳定运行关系到经济和社会发展的各个方面，其重要性变得日益突出。电力设备不但是组成电力系统的基本元件，还是保证安全稳定可靠供电的基础。当电力设备（如设备绝缘子、电缆、变压器、电机等）发生故障的时候，如果不能做到及时发现和维护，都可能会对电网造成严重的影响。随着用电电压和用电负荷的不断提高，电气设备的绝缘部分受到的电压越来越大，因为设备绝缘的缺陷而导致的电力事故日益增多1。受到使用次数、使用时间长短、运行操作和工作环境等的影响，会造
2、成高压电力设备的绝缘强度下降、材料裂化以及使用寿命的降低，进而导致电力设备发生故障甚至是严重的电力事故2。一旦发生电力事故，会对工农业生产、居民的日常生活造成很大的影响。为了减少因设备绝缘问题而造成的电力故障，使系统工作在安全稳定的状态，降低因事故而对生产生活造成的影响，需要从两方面来着手：一方面提高设备绝缘材料的性能，使绝缘材料满足设备对绝缘的要求；另一方面检测设备由于存在绝缘缺陷而放电时的特征量，通过对检测到的信号进行数据分析处理，以达到实时了解设备的绝缘情况的目的3。早期对电气设备的维修与保护，主要采用设备发生故障后，根据故障类型的不同进行相应的维修，即传统的事故后维护，这种维护方式的缺
3、点是必须停电维护，且不能对突发事故和偶发性事故做到提前预知。后来，电气设备的维护发展成为事先安排专门的时间对设备实施大修和维护来预防突发事故，即预防性维护。根据设备外部异常情况，采用预防性维护，提前预知其严重性，进而对其故障进行预处理。目前国内的预防维护以传统的预防性维护为主，根据电力公司和设备制造商的维护要求，按规定时间进行维护作业、定期清扫、定期维修等，需要安排停电作业且人力花费较大，这种维护方式很难预防偶发性电力事故。近些年，发展出另一种设备维护的方式，即不停电预知维护，在电气设备不停电的情况下，实时检测设备的工作状况，一旦发生突发事故可以对设备进行及时的维护，这种维护方式的优势是可以减
4、少维护时的停电，节约维护工作的人力，还可以及时的对偶发事故做出预防及维护4。不停电预知维护主要目的是：1. 设备使用寿命的预估；2. 设备使用状况的评估；3. 提高工作人员的安全；4. 降低维护费用；5. 收集设备第一手资料。电力设备不停电预知维护的方法，主要有局部放电检测法、油中气体含量分析法、油中含水量分析法、红外线测温分析法、分析箱体状态法、分析震动法等，目前最常用的维护方法是通过对设备局部放电进行检测来判断设备状态。电气设备的绝缘部分存在裂痕、细小的间隙以及其他绝缘缺陷时，带电粒子会在强电场强度的影响下加速运动而导致设备放电。高压局部放电的原因是由于正负极之间只有一部分发生微小放电，而
5、未构成连续完整的放电。当电力设备发生高压放电时，会导致放电部位发生能量损耗并释放热能，造成绝缘部分材料的裂化甚至是设备绝缘故障。放电的过程中，常伴有发光、发热、发出声音以及化学反应等现象，通过检测放电产生的特征量可以判断放电情况。高压放电是由于设备绝缘部分局部电气压力超过临界值而造成的气体电离现象，是一种局部放电现象。因此，一般认为，高压放电是绝缘表面的气体放电，其产生原因是当绝缘表面的电位大于空气的绝缘强度时而导致的空气游离引发的。处于极不均匀电场的电气设备，如设备毛刺部分，输电线路附近以及绝缘子裂化部分等，一旦绝缘击穿会发生放电的现象，放电过程常常会出现发光、发热、辐射出电磁波以及生成新的
6、物质，同时会导致电能质量的损失以及对其他电子设备造成电磁干扰。有许多电气设备绝缘处在气体中，设备利用大气做绝缘，所以会发生在固体绝缘表面对气体放电的情况。对于电力设备在空气中的放电进行检测时，本文以放电紫外光为特征量，采用紫外传感器来检测微弱的紫外信号，然后对信号进行处理分析，判断对高压设备的放电情况，进而评估高压设备的绝缘状况。本文设计的放电检测系统可以用于在线监测，检测高压设备放电可有效的了解设备绝缘状况，为电力部门运行、检修提供科学的参考，应用前景广阔。1.2 高压放电检测的研究现状检测设备的高压放电可以对电力设备的绝缘情况作出判断，在放电的过程中，常常会出现发光、发热、辐射出电磁波以及
7、生成新的物质5。根据放电过程中出现的现象，相应的产生了两种放电检测的方法，即电气检测法和非电气检测法6,7，目前比较常用的是电气检测法，但是非电气检测法则因为具有电气检测法所不具备的优势而得到了快速的发展。1.2.1 电气检测法1. 脉冲电流法脉冲电流法是目前放电检测的主要方法，脉冲电流法不仅可以在工频交流下进行局部放电的测试，还可以在直流条件下进行局部放电测量。目前，基于脉冲电流法的检测仪主要采用直流回路测量法，如局部放电检测设备、公司的放电检测器等8。2. 介质损耗分析（）检测法放电位置放电时发出的能量可以通过测试介质损耗角正切值（）来反映。当设备发生局部放电时，其绝缘部分介质会被破坏，会
8、使发生很大变化，因此可以根据的值来反映放电部位的能量，进而评估设备绝缘部分介质的状况。在测量低气压中存在的亚辉光或辉光放电时，介质损耗分析法应用的比较多。3. 超高频（）放电检测法9-11通过检测放电产生的3003000MHz高频信号以实现对放电的检测，即为超高频放电检测法。1982年，和通过改进使测量仪器使其测量频率范围达到1GHz，从的测量实验中得到了放电的初始脉冲，在此频率范围内，噪声信号得到很好的抑制，可很好的再现放电脉冲。在1991年，等人设计了一种新型定子槽耦合传感器，实现了对于大电机局部放电检测，该传感器由两端同轴的输出电缆、接地端、带状的感应导体等构成，频率范围很宽，同时能够在
9、波形上反映外部干扰和内部放电的区别。4. 射频检测法12射频检测法是利用放电时辐射的高频电磁波为特征量来检测放电， 线圈构成的电流传感器是常用的检测辐射高频电磁波的传感器。吴广宁等人将线圈构成的电流传感器改进为频带范围比较宽的电流传感器，并将其应用在在大型电机的放电检测中，这种传感器已经在我国兰州的西固热电厂、陕西的秦岭发电厂中得到使用。1.2.2 非电气检测法1. 声检测法当电力设备发生放电时，放电部位周围的介质会被放电瞬间产生的能量加热，导致介质蒸发，在这个过程中，发生放电的位置如同发生源，向外面发出声音13。通过传感器可以有效检测声信号，采用声光转换装置，将其转化为电信号，目前常用的声传
10、感器主要有在液中体使用的听诊器，用于气体中的电容麦克风，以及在固体中使用的声音发射传感器和振动测量仪。在声电传感器中，有两个指标是非常重要的，即灵敏度和工作频带。必须保证传感器有合适的工作频带，如果工作频带过窄，容易造成脉冲信号混叠和灵敏度降低。在实际的声电传感器设计中，要综合灵敏度和工作频带这两个指标进行设计。2. 化学检测法化学检测法，是通过测量电力设备放电过程中绝缘材料破坏后产生的新生成物的浓度和成分，来判断设备放电情况的检测方法14。一般情况下，对于电力设备液体、气体等绝缘介质的检测可以采用化学检测法，如变压器、等设备绝缘的检测。在中，放电时设备中的气体会分解，产生和，通过对两种气体的
11、含量进行测量来判断是否有局部放电产生。在油浸式变压器中，主要是通过气体分离式传感器检测溶解在变压器油的气体的成分和含量，来分析变压器的绝缘情况。3. 紫外检测法由于紫外检测技术具有不受高频信号干扰的影响、更高的灵敏度、非接触的优势，且不会受到人为因素和交通条件的约束。所以紫外检测技术越来越多的被用于放电检测中。在国内，很多学者就开始采用紫外光作为特征量对高压电晕放电进行研究15-18，由于放电过程涉及多学科且过程复杂微观，需要很高的试验设备和测试手段，因此，过去的研究还存在一些不足之处，同时，对放电的研究也取得了很多的成果。清华大学与武汉大学分别研究了典型高压电晕放电的光谱，经过分析认为高压放
12、电的过程中会产生明显的紫外光19-21，同时发现放电产生的紫外光线大部分波长在280400内，光谱范围在不同的电压等级下也有所不同，电压高时主要表现为紫外区，电压低时则表现为红外区，而且紫外辐射强时，红外光谱会减弱，当外加电压和气隙长度变化时，可见光区域则不敏感。重庆大学也进行了一定的研究，并取得一定的成果22-26，但是由于抗干扰能力差没有实现在线检测。在国际上，20世纪90年代末，国外的科学技术人员利用紫外成像技术，研制开发出了紫外电晕检测仪，它可以对拍到的紫外对象进行分析判断放电情况，可以实现日间电晕放电检测，但是该设备使用起来有诸多限制，且价格昂贵27。1.2.3 高压放电各种方法的优
13、劣比较在分析各方法的检测原理的基础上，通过对比目前主要检测方法后，我们得出以下结论：1. 传统的电测法，即脉冲电流法，射频检测法，超高频检测法等，由于受到现场强烈的电磁干扰信号及外部环境的影响，测量时需要对试验回路使用很强的屏蔽措施，测量精度不高；检测法在实际中应用很少，主要原因是这种方法只能检测到有没有发生放电，而不能判断放电的强度。2. 与电气检测法相比较，在电气设备放电位置的判断上，声测法有其特有的巨大优势，但是该方法容易受外界干扰，且声波在传播过程中会发生中严重畸变和衰减，这些缺点限制了声测法在实际中的应用。化学检测法目前只能判断放电是否发生，还不能反映放电的强度、性质和位置。化学检测
14、法测量时间较长，并且受客观条件限制，不适合于现场监测；3. 目前，紫外检测技术以其独特的优势得到快速发展，但应用于工程中的紫外成像仪设备昂贵，大范围使用存在着制约性。1.3 紫外检测法的应用范围随着我国经济、工业和农业的快速发展，电力系统的电压等级得到了很大的提高，用电电压和负荷需求日益提高，由于设备绝缘破坏造成的电力故障和设备损坏也越来越多，这就要求在设备故障时要做出及时、准确的预防保护。当电力设备工作在电磁环境恶劣的大气中时，一旦设备绝缘能力下降，会导致设备发生沿面放电的情况，放电时放电位置会辐射出大量紫外光信号，我们可以以放电紫外光为特征量来检测绝缘设备的缺陷，并对运行的设备的绝缘情况进
15、行判断。在所有的放电检测方法中，紫外光检测法在抗强电磁干扰、灵敏度方面效果很好。通过紫外传感器检测放电紫外光信号，然后对检测到的信号进行分析，以达到判断设备绝缘情况。通过对设备的预防保护，可以避免偶发性事故对电力系统造成的危害，具有很高的社会效益和非常重要的现实意义。紫外测量技术可以在很多设备的检测上使用，主要有：1. 大型发电机槽壁高压放电检测；2. 对电力工程质量的检测(如接地不良、安装不当等)；3. 检测劣化绝缘子的绝缘结构的缺陷以及沿面放电的情况；4. 对导线、电缆的受损放电的检测。如果导线表面或内部有缺陷，在加压时都可能产生高压放电；5. 电力设备的表面污染物的检测。当电力设备表面受
16、到污染时，如果处在恶劣的电磁环境下工作，设备表面可能会发生沿面放电。可以根据紫外检测技术判断绝缘子上受污染情况、输电线路的污染情况等；6. 复合绝缘子护套电蚀及运行中绝缘子的劣化检测。一旦绝缘子发生劣化，会致使其绝缘材料性能恶化，如果劣化绝缘子处在极不均匀电场中时，绝缘子表面会发生放电。由于绝缘性能降低使绝缘子经常发生沿面放电时，其使用寿命会大大降低，而且可能会发展成绝缘子击穿事故。可以利用紫外检测技术对绝缘子的状态及早作出判断，保证电力设备的安全稳定运行；7. 测量高压设备绝缘部分的缺陷。通过紫外检测技术对高压产品的绝缘进行诊断，提供产品绝缘信息并建立信息库，这样可以方便快捷的根据信息库判断设备绝缘部分的缺陷；8. 对变电站高压电力设备的放电的检测。早期对设备高压放电的判断主要是夜间观察放电和听声音等，听
