隨著我國電力系統(tǒng)規(guī)模日新月異的發(fā)展,對電力系統(tǒng)的安全性和可靠性方面的要求日益嚴格。電網(wǎng)的安全可靠運行,關鍵取決于確保高壓電氣設備的安全可靠運行,而絕大多數(shù)的絕緣材料在受到電、化學、熱、機械、生物等各種因素的作用,絕緣性能逐漸劣化,引發(fā)局部放電(Partial Discharge,PD)造成電氣設備故障,引起電網(wǎng)供電中斷。電力設備絕緣結構性能的優(yōu)劣直接決定了設備的使用壽命,為有效地減少電氣設備的故障,不僅要注重提升電氣設備的制造質(zhì)量,還應大力發(fā)展先進的電氣設備絕緣狀態(tài)監(jiān)測技術。目前我國現(xiàn)行的變電站電氣設備定期試驗和維修的檢修策略是在離線條件下進行的,即按固定的檢修周期對電氣設備進行停電維護,稱之為計劃維修制(TBM)。這種計劃維修制度在保障整個電力系統(tǒng)的供電可靠性和安全性方面立下了汗馬功勞,并獲得了很多有價值的經(jīng)驗。然而生產(chǎn)實踐發(fā)現(xiàn),這種定期性的停電離線試驗和檢修制度具有先天局限性。
電氣設備在整個服役期內(nèi)故障發(fā)生的時間區(qū)間大致可劃分為四個:磨合期(1年左右),是因制造、安裝、調(diào)試、操作、維護等導致的意外故障;穩(wěn)定期(5-10年)、劣化期(10-20年)、危險老化期(20年以上)。每個時間區(qū)間內(nèi),絕緣故障的突發(fā)性和潛伏性往往是同時存在的,但每個階段出現(xiàn)故障的概率是不同的,其中以磨合期和危險老化期發(fā)生故障的幾率較大。而對于故障檢測的手段來說,及時有效地發(fā)現(xiàn)電氣設備存在的絕緣缺陷是衡量檢測方法的重要指標,良好的檢測方法必須能夠在設備未發(fā)生故障之前,及時發(fā)現(xiàn)潛伏性故障和突發(fā)性故障的前期征兆,并為消除故障提供強有力的理論和技術支撐。因為定期預防性試驗的試驗環(huán)境并不能完全模擬設備的正常運行環(huán)境,停電測試無法完全反映設備在工況下的電氣性能,并且絕緣故障的發(fā)展是一個逐漸發(fā)展的過程,與運行條件、絕緣狀況等因素密不可分,潛伏性故障往往無法確保在定期的預防性試驗中被準確發(fā)現(xiàn),這就是通常所說的“欠維修”。此外,定期檢修施行的是以偏概全的到期必修的理念,因此又往往造成“過維修”的情況,導致資源浪費。有統(tǒng)計表明,突發(fā)性故障在超高壓電氣設備事故中占相當大的比重。1985年至1990年間全國有80%的變壓器事故是在預防性試驗合格的情況下發(fā)生的。
預防性試驗和定期維修均需在停電的離線條件下進行,其試驗時間長,工作量大,效率低下,并可能造成大量的經(jīng)濟損失和資源浪費,在電力資源緊張的今天,特別在當前電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大、電壓等級口益提高的局面下,檢修的成本大幅度上升。正是因為計劃維修制(TBM)存在以上缺陷,電氣設備的狀態(tài)檢修(CBM)成為大勢所趨,它的優(yōu)點在于可實時、在線地對設備狀態(tài)進行全天候監(jiān)視,便于及時、準確地發(fā)現(xiàn)電氣設備的潛在隱患,并采取有效措施防患于未然,避免惡性停電事故的發(fā)生,提高維修質(zhì)量和效率,節(jié)約大量的經(jīng)濟成本。
高壓電氣設備在制造、運輸、安裝、運行的過程中總是不可避免地存在一些絕緣缺陷,如受潮、氣泡、污穢、雜質(zhì)、尖刺等,這些缺陷在強電場的作用下使得絕緣內(nèi)部的電場分布變得極不均勻,在缺陷部位的電場強度遠遠大于平均電場強度,極不均勻電場的出現(xiàn)使得這些絕緣脆弱的部分非常容易率先發(fā)生放電現(xiàn)象,即局部放電。設備絕緣內(nèi)部發(fā)生局部放電的初期,一般不會引起絕緣的整體性擊穿,整個介質(zhì)的依然保持絕緣特性,但是它是絕緣介質(zhì)整體電氣性能退化的誘因。若局部放電長期存在,發(fā)展到一定程度后會造成絕緣裝置的電氣絕緣性能迅速喪失,最終造成設備絕緣整體擊穿,同時局部放電也是設備絕緣完整性退化的標志。因此對電氣設備的局部放電進行在線監(jiān)測是進行設備絕緣狀態(tài)評估的重要手段,具有十分重要的工業(yè)價值。
綜上所述,對運行中的高壓電氣設備進行局部放電在線監(jiān)測,能為狀態(tài)檢修提供重要參數(shù)和理論依據(jù),提高檢修效率,從而減少電力系統(tǒng)突發(fā)事故,提高供電質(zhì)量。國內(nèi)外的專家學者以及IEC,IEEE和GIGRE等國際電力權威組織機構都一致推薦把局部放電檢測作為評價電氣設備絕緣狀況、預測設備運行壽命和保障設備安全的有效方法之一。