超高压输变电关键设备局放在线监测技术的发展现状 

西安智源电气有限公司技术漫谈

1、局放在线监测研究背景

中国科学技术白皮书（第五号）《中国科学技术政策指南》，提出了电力能源领域 发展的战略目标：“提高供电可靠性、质量和经济性，建立设备和电网故障诊断和监测 系统……改进输电在线监测技术”，国家经贸委也提出将“500kV以上交流输电设备安全经济 运行关键技术”列为今后要研究的重点项目，所以开展本项研究符合国家科学技术发展 战略，属于电工学科国际前沿研究领域，是发展我国电力能源事业亟待解决的重要课题。

大型电力设备运行可靠性是电力系统关注的重要问题，随着我国电力建设发展从电 力设备数量的增加向电力设备运行质量的提高过渡，对大型电力设备运行状态检测、寿 命管理等方面要求越来越高，原有技术已不能满足电力系统发展的需要。开发大型电力 设备状态监测和寿命管理，尤其是将局放在线监测技术纳入设备状态监测和寿命管理的重要检测手段，可以实现大型电力设备从定期预防性维修、故障后维修向状 态维修、预测性维修过渡，提高大型电力设备的运行经济性，提高大型电力设备运行管 理水平。

我公司针对电力系统迫切需要解决的关键性技术问题进行广泛、系统、深入地研究， 在开发变电站各关键电力设备在线监测与诊断装置的基础上，开发变电站多设备多参量 综合在线监测与诊断系统（设备），可以为今后实现全国或大区的超高压变电站电力设 备状态监控和管理做出贡献。

我公司的研究成果首先是为西部地区的 110kV、220kV、330kV、500kV 变电站大 型电力设备的运行可靠性提供关键产品，进而在全国电力系统推广可以大幅度提高我国 的电力设备运行可靠性，使我国大型电力设备运行可靠性及管理水平达到国际**水 平，因而该产品开发的**技术和该技术形成的超高压变电站关键电力设备多设备、多 参量综合检测与诊断产品可以形成巨大的产业。

2、国内外在线监测技术发展趋势

超高压电力设备在线检测与诊断技术是近年来国际电工界研究的热点和重点，提出 研究电力设备在线检测与诊断技术是基于电力设备在运行过程中的劣化是一个漫长的 过程，绝大多数电力设备发生故障在事故前都有显现的先兆，而目前现行的预防性试验 一般以一年为一周期，由于试验周期比较长，难以及时发现故障的先兆。所以国际电工 界近年来一直致力于研究电力设备在线检测与诊断新技术，特别在二十世纪九十年代各 国均投入大量的人力和物力开展相关的研究，并在一些方面取得了重要进展，也代表着 电力设备在线检测与诊断技术发展的方向，主要体现在以下几方面：

(a)  电力设备劣化规律研究朝着多因子老化研究方向发展。期望通过大量地试验研

究，认识到电力设备绝缘的劣化过程是一个在多因子（包括：电、热、机械、化学、环 境等因子）协同作用下的非线性过程，并从以往单一因子作用下的研究，发展到多因子 顺序作用下的研究，一直到目前正在开展的多因子协同作用下劣化规律的研究。研究电 力设备的劣化规律是在线检测与诊断的基础，只有在这方面取得突破性进展才能有效地提高电力设备检测与诊断水平。

(b) 电力设备检测突破传统测量参量，积极寻找新的表征劣化规律的特征参量。通 过长期的、艰苦的电力设备绝缘老化试验研究，已经寻找到一些能够表征电力设备劣化 规律的新的特征参量，如表征发电机主绝缘劣化的新特征参量组（局部放电偏斜度、超 宽频带局部放电、第二电流激增点、超声声速等），这方面的研究工作还在继续，该研 究工作的进展对提高检测与诊断的准确性将起到积极推动作用。

(c) 新的测控技术在电力设备在线检测中得到更多的应用，促进电力设备检测技术 的发展。电力设备检测技术的发展经历了基于单片机的检测装置（不具有诊断功能）阶 段，到基于 DSP 技术的检测装置（具备初步的诊断功能）阶段，再到基于计算机技术 的检测系统（具备了较强的诊断功能）阶段，现正朝着基于新型总线技术和网络技术的 综合检测系统发展。现代科学技术的进步强有力地推动着电力设备检测与诊断技术的发 展，一些.新检测技术，如：传感技术、光纤技术、信号采集与处理技术、计算机技术、 总线技术等，迅速在电力设备的检测中得到应用，使电力设备的综合检测水平明显得到 提高。

(d) 电力设备故障诊断朝着综合诊断与寿命评估方面发展。以往电力设备诊断主要 停留在基于规程的阈值判断水平上，对电力设备绝缘剩余寿命研究几乎是空白，近年来 在电力设备诊断与寿命评估技术研究方面得到了发展，这表现在，一方面，广泛地开展 了电力设备剩余寿命方面的研究工作，在一些研究方面取得了阶段性成果，有可能突破 一些传统的寿命评估理论；另一方面，突破了传统的阈值诊断的方法，大量采用现代数 学方法和信号处理方法，如：小波分析、时频分析、分形分析、神经网络、模糊诊断、 ..系统等，从而有力地推动了电力设备诊断朝着基于状态描述的信号处理、信息集成 和故障分析方向发展，使得智能监控与诊断成为可能，并有使检测与诊断系统作为电力 设备运行过程监控的一个重要的、不可分割的组成部分。

(e) 电力设备在线检测与诊断设备朝着高度集成方面发展。从电力设备检测的集成 性角度来看，已不再局限于对单一对象、单一模型的具体化研究，而是从单台设备、单 参数的检测与诊断阶段，向多设备、多参数检测与诊断方向发展，并且有可能在网络的 平台上实现变电站内电力设备的综合在线检测与诊断，从而为电力系统自动化提供更高 的技术平台。

(f) 电力设备维修制度朝着状态维修方向发展。目前国际上，电力设备检测正从定 期预防性检测、故障后维修向状态检测、预测性维修过渡。状态维修、预测性维修是建立在对大型电力设备连续监测的基础上的，维修时间间隔是根据设备的历史维修状态和 连续监测数据，并分析其趋势而加以确定的。发达国家已经开始实施大型电力设备从定 期维修或故障后维修向状态维修的转变。

3、国内外研究现状

超高压变电站大型电力设备在线检测与诊断技术的发展应建立在电力设备绝缘劣 化机理研究的基础之上，综合应用.新科技的电、声、光、热等检测技术，以达到准确 可靠的进行绝缘诊断的目的。目前国际、国内在这方面的研究工作已开拓一些新领域， 但尚未有实质性进展。

我国已经进入到电力设备数量上的增加转为运行质量提高的阶段，对电力设备运行 管理水平和电力设备运行可靠性提出了更高的要求。目前我国评定电力设备的绝缘可靠 性的方法还主要停留在预防性试验阶段，虽然开始应用一些在线检测技术，但是一些关 键技术问题还未解决：对表征电力设备状态的特征量认识不足、新的传感和传输技术尚 未能在电力设备状态监测中得到很好地应用、尚未建立特征量与绝缘剩余寿命之间的对 应关系、尚未建立较通用的电力设备绝缘诊断与寿命评估系统、还未建立全国性或区域 性的监控网络。这些关键技术的研究水平抑制了我国检测水平的发展，以至于到目前仅 实施了部分电力设备和部分参数的在线检测。

(a)  绝缘多因子老化方面

国际上在绝缘材料及其体系的单一因子老化方面进行了广泛的研究，提出了一些老 化模型，例如，由于温度促进老化的热老化模型（Arrheniius指数模型），放电产生老化 的电老化模型（幂倒数律模型），机械力引起老化的幂倒数模型。对一些绝缘材料提出 了多因子老化寿命模型，这些模型是建立在小试样或绝缘系统取样试验的基础之上的， 对于运行中的大型电力设备，要运用这些模型是很困难的。1998年CIGRE有多篇论文提 出采用多种方法研究不同缺陷引起的绝缘故障特征，并建立相应的信息库以判断故障缺 陷种类、确定电力设备故障原因。大型电力设备绝缘在运行中受到电、热、机械应力及 各种环境因子的作用，其老化过程十分复杂，进行这种多因子老化的试验研究相当困难， 目前大多限于定性讨论。

西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室已经在国家自然科学基金重点项 目的支持下，开始研究大型发电机绝缘系统在多因子（电、热、机械等）顺序作用和联 合作用下的性能变化规律和老化机理；在国家电力公司科技攻关项目的支持下开始研究 变压器、高压电缆、GIS等关键电力设备的老化机理，并已经取得了阶段性成果，对提高电力设备的检测准确度起到了重要作用。

(b) 绝缘检测与诊断技术方面 近年来，发电机、变压器、气体绝缘系统（GIS）、交联聚乙烯电缆等关键电力设备

的在线监测与诊断技术是电工学科领域各国学者研究的热点。各国研究者正在开发一些 在线监测设备，但多数采用的技术是用某一种参量进行监测，并且很少有人采用多参量 综合检测的方法去研究电力设备在运行过程中绝缘状态变化规律，而仅根据测得的单一 绝缘信息很难判断电力设备的绝缘状态。

国外在检测技术方面发展较快，已经将一些新的检测技术（如：超高频局部放电检 测、超声波绝缘缺陷检测、气相色谱油气在线检测、光纤温度在线测量、光电测量等） 以及一些新的数字信号分析技术（数字滤波、神经网络、小波分析、..系统、模糊诊 断、模式识别等）用于绝缘检测中，取得了良好的效果。

西安交通大学是国内开展电力设备在线监测和绝缘诊断研究较早的单位之一，不仅 已经成功地将数字信号分析技术应用到电力设备检测中，开发了大型发电机故障放电检 测系统、大型发电机超声水循环检测系统、变压器局部放电检测系统、变压器气相色谱 诊断..系统、GIS 超高频局部放电检测系统、绝缘缺陷超声检测仪、超高压交联聚乙 烯电缆直流分量在线检测装置等，而且在超宽频带局部放电检测理论与技术、电力设备 放电性故障红外热诊断技术等方面进行了比较多的研究工作。

西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室还提出，在局部检测技术提高的基 础上建立电力设备状态监控与寿命管理中心的新思路，国外尚未见到研制成功的报道， 这方面研究是提高电力设备运行可靠性的必然要求，也是电力设备检测与诊断未来发展 的必然趋势，西安交通大学正在进行相关的研究工作。

(c) 剩余寿命评估方面

八十年代中期，美国、加拿大、日本开始了以绝缘状态诊断为主的评估剩余寿命的 研究。连续数届国际大电网年会都把提高电力设备可靠性、延长使用寿命作为讨论主题。 研究结果表明：电力设备的寿命与运行时间、起停次数、绝缘泄漏电流及介质损耗角正 切增量有关，对一些特定的电力设备，.大放电量也可用于有效评定剩余寿命；同时也 有研究结果表明：很多非破坏性试验参量都不能很好地反映老化状态，只有局部放电或 与局部放电有关的参量才能指示老化状态。其他各国也发表了不同的研究结果。到目前 为止，尚未找到有效评估大型电力设备绝缘寿命的方法。

我公司联合西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室已经对大型发电机、交联聚乙烯电缆、变压器主绝缘的寿命评估方法进行了初步研究，正在寻找反映绝缘状态特性量组以 及绝缘剩余寿命与特征量之间的对应关系。