高压电气设备局部放电检测技术的研究进展与现场应用

引言

高压电气设备在电力系统中承担着电能传输和分配的重要任务，其运行可靠性直接关系到整个电网的安全稳定。局部放电是高压设备绝缘劣化的重要表现形式和早期征兆，长期局部放电会导致绝缘材料性能下降，最终可能引发设备故障甚至重大事故。因此，局部放电检测技术的研究和应用对于保障电力设备安全运行具有重要意义。

随着电力系统电压等级的不断提高和设备复杂性的增加，局部放电检测技术面临着新的挑战和机遇。传统的检测方法如脉冲电流法虽然成熟可靠，但在现场应用中存在灵敏度不足、抗干扰能力差等局限性。近年来，超高频检测、超声波检测等新技术迅速发展，为局部放电检测提供了更多可能性。同时，人工智能、大数据等新兴技术的引入，也为局部放电检测的智能化发展开辟了新途径。

本文旨在系统梳理局部放电检测技术的研究进展，分析各种技术的优缺点及适用场景，总结现场应用经验，并探讨未来发展方向，为相关领域的研究人员和工程技术人员提供参考。

一、局部放电检测技术概述

局部放电是指在电场作用下，绝缘系统中局部区域的放电现象，其放电量通常很小，但长期存在会导致绝缘材料逐渐劣化。根据放电类型可分为内部放电、表面放电和电晕放电等。局部放电的产生机理复杂，主要与绝缘缺陷、电场集中、介质不均匀等因素有关。

传统局部放电检测方法主要包括脉冲电流法、无线电干扰电压法和介质损耗角正切法等。脉冲电流法通过检测放电产生的脉冲电流信号来判断放电情况，具有灵敏度高、定量准确的特点，但易受电磁干扰。无线电干扰电压法则利用放电产生的电磁波进行检测，适用于现场测试，但定位精度有限。介质损耗角正切法通过测量介质损耗的变化来间接反映放电情况，操作简单但灵敏度较低。

这些传统方法在实验室条件下表现良好，但在复杂的现场环境中往往面临干扰大、信号提取困难等问题。随着技术进步，现代检测方法逐渐克服了这些局限性，为局部放电检测提供了更多选择。

二、现代局部放电检测技术研究进展

超高频（UHF）检测技术是近年来发展迅速的一种方法，其通过接收300MHz-3GHz 频段的电磁波信号来检测局部放电。该技术的优势在于抗干扰能力强、灵敏度高，能够实现放电定位。研究表明，UHF 信号与放电量之间存在一定相关性，通过信号处理可以提取放电特征。目前，UHF 技术已成功应用于GIS 设备的在线监测，但在变压器等金属封闭设备中的应用仍面临挑战。

超声波检测技术利用压电传感器接收放电产生的超声波信号，其特点是方向性强、不受电磁干扰，特别适合用于局部放电定位。最新研究集中在传感器灵敏度提升、信号传播特性分析以及多传感器阵列定位算法等方面。该技术在变压器、电缆等设备的检测中取得了良好效果，但对微弱放电信号的检测能力仍有待提高。

暂态地电压（TEV）检测技术通过测量设备金属外壳上的暂态电压来检测内部放电，具有非侵入式、操作简便的优点。研究表明，TEV 信号幅值与放电强度相关，可用于评估绝缘状态。该技术特别适用于开关柜等中压设备的检测，但在高压设备中的应用效果有限。

光学检测技术包括紫外成像和红外热像等技术，通过检测放电产生的光辐射或热效应来实现非接触式检测。紫外成像对电晕放电特别敏感，而红外热像则能反映因放电导致的局部温升。这些技术在输电线路和变电站巡检中应用广泛，但受环境条件影响较大，定量分析困难。

三、局部放电检测技术的现场应用

在变压器局部放电检测中，多种技术常结合使用。例如，某 500kV 变电站通过联合应用UHF 和超声波技术，成功检测到变压器内部绝缘纸板上的局部放电，及时避免了潜在故障。现场应用表明，多技术融合能显著提高检测可靠性，但传感器安装位置和信号同步是关键挑战。

GIS 设备由于其封闭结构，UHF 技术成为主要的检测手段。某换流站通过安装内置UHF 传感器，实现了对GIS 内部微粒放电的在线监测。现场经验显示，UHF 检测系统的灵敏度设置和背景噪声抑制是保证检测效果的重要因素。

电缆局部放电检测常采用高频电流互感器（HFCT）和超声波相结合的方法。某城市电网通过便携式检测设备，发现了电缆接头处的局部放电缺陷。现场应用面临的挑战主要是复杂敷设环境下的信号衰减和干扰问题。

开关柜检测中，TEV 技术应用最为广泛。某工业园区的定期检测中，通过TEV 检测发现了多个开关柜的绝缘缺陷。实践表明，检测数据的纵向对比和趋势分析对评估设备状态更为可靠。

四、局部放电检测技术面临的挑战与发展趋势

当前局部放电检测技术面临的主要挑战包括：复杂电磁环境下的信号提取、微弱放电信号的检测、多源放电的识别与分离、检测结果的量化评估等。此外，不同设备类型的适用性差异、现场安装条件限制以及检测标准不统一等问题也制约着技术的推广应用。

未来发展趋势主要体现在以下几个方面：智能化检测技术将深度融合人工智能算法，实现放电模式的自动识别和故障预警；多技术融合检测将结合不同方法的优势，提高检测的全面性和可靠性；新型传感器技术如光纤传感器、MEMS 传感器的发展将提升检测灵敏度和适用性；标准化体系建设将推动检测技术的规范应用和结果互认。

此外，基于数字孪生的状态评估、云端协同的分布式监测等新理念也将为局部放电检测技术的发展注入新动力。随着技术进步和应用经验积累，局部放电检测将向着更智能、更精确、更实用的方向发展。

五、结论

局部放电检测技术作为高压电气设备状态监测的重要手段，近年来取得了显著进展。传统检测方法不断改进，现代检测技术迅速发展，为设备安全运行提供了有力保障。现场应用实践表明，各种技术各有优势和局限，需要根据设备类型和现场条件合理选择和组合使用。

未来研究应重点关注复杂环境下的信号处理、智能诊断算法、多技术协同检测等方向。同时，加强标准体系建设、推动技术成果转化、培养专业人才队伍也是促进技术发展的关键。随着电力设备智能化水平的提升，局部放电检测技术将在电力系统安全保障中发挥更加重要的作用。

参考文献

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