局部放電檢測技術

2021.08.24

局部放電(Partial Discharge)檢測目的及意義

局部放電是指發生在電極之間但並未貫穿電極的放電,它是由於設備絕緣內部存在瑕疵或生產中造成的缺陷,在高電場強度作用下會產生局部放電之重複擊穿和熄滅的現象。
初期的局部放電能量較小,故短時間存在將不影響到電氣設備的絕緣強度,長期運轉電壓下局部放電訊號不斷發生時,這些微弱的放電將產生累積效應會使絕緣的介電性能逐漸劣化並使局部缺陷擴大,最後導致整個絕緣擊穿。
雖然局部放電將使絕緣材質劣化、老化進而導致損壞,但局部放電發展需一定時間,其局部放電發展時間與設備本身運轉狀況、局部放電位置及設備的絕緣結構等因素有關。因此需藉由多次量測,以建立該絕緣材料之老化曲線,評估設備絕緣的裂化程度及嚴重性。

局部放電(Partial Discharge)產生的發生原因與部位

1.模鑄式絕緣材料結構下,難免會有些局部的絕緣瑕疵或弱點,在足夠強的電場作用下首先將會發生放電現象,並非短時間形成整個絕緣之貫穿性擊穿,這種導體間絕緣僅被局部橋接的電氣放電現象簡稱爲局部放電。
2.經常會發生局部放電的部位包括:
    A.電氣設備之結構設計不合理。
    B.電氣設備絕緣體之製造或工藝處理不當。
    C.電氣設備絕緣體內部金屬接地部件間或導體間之連接不良。

局部放電(Partial Discharge)的特性

1.發生於絕緣體中或是在絕緣連結介面間,電應力集中的地方。
2.放電會產生成電磁波訊號(電氣訊號)。
3.常會伴隨有聲波、光、熱和化學反應(非電氣訊號)。

常用局部放電檢測方法

1.電氣式量測方法:

A.標準測試法---耦合電容式(OFF-LINE試驗)
B.電場耦合法---UHF、TEV(電容式)(ON-LINE試驗)
C.電磁場耦合法---TEM(電容式)(ON-LINE試驗)
D.磁場耦合法---HFCT、FMC(電感式)(ON-LINE試驗)
以上B~D之測量方法需依現場環境或電氣設備種類及結構而有所不同,可採用單項或多項量測方法進行檢測,量測方法的主要區別為感測器之量測頻帶不同,並可交叉比對或相互輔助應用。

2.非電氣法量測方法:

A.紅外線熱影像法
B.紫外線放電影像法
C.超音波法
D.油中氣體分析法

電氣式局部放電檢測應用

1.現場感測器檢測應用:

A.11.4KV~22.8KV高壓設備

B.69KV以上高壓設備

2.相位分析法(Phase Resolve Partial Discharge;PRPD)

依局部放電特性及原理得知,局部放電發生時,放電脈衝訊號發生於電氣角度(0°~360°)中的第一象限與第三象限區間中。現場量測時,局部放電檢測儀器的電壓角度需與被測物電壓角度相同,才會符合上述之局部放電產生脈衝訊號落於電氣角度第一象限與第三象限內之特性,故局部放電檢測儀器需具有相位分析法(PRPD)功能,有助研判放電問題點之相位位置。
※案例:下圖為經過PRPD功能處理後之電氣設備三相量測訊號,由圖譜可得知T相之局部放電訊號落於電氣角度第一象限與第三象限內,故可確認該電氣設備之T相有局部放電訊號發生。

3.局部放電訊號分離技術(T-F map):

現場局部放電檢測時,現場環境往往具有許多非局部放電訊號(環境雜訊或地網雜訊)包含在量測訊號中,現場環境雜訊往往易造成局部放電訊號研判上的重大困擾或產生誤判的可能性,局部放電訊號分離技術(T-F map)功能,可將現場環境雜訊與局部放電訊號進行分離,藉以正確判別局部放電訊號並可統計放電量值(Q)及放電次數/秒(N/s)。
※案例:以下圖之現場實測訊號為例,因該設備之現場干擾雜訊甚大,難以由原始量測訊號(原始叢集圖)中區分出局部放電訊號。
經訊號分離(T-F map)功能,可將原始訊號區分為3個叢集進行分離分析,可易研判現場環境雜訊、地網雜訊及局部放電訊號。

T-F map訊號分離技術,可明確研判現場干擾訊號放電訊號。

4.檢測案例:

局部放電檢測技術的特點與應用範圍

1.局部放電檢測技術是以放電特徵與相關性顯示局部放電問題,可提供充分的資訊以研判放電現象,其特點為:
    A.最大放電量,最大放電量增加的速度,放電發生相位。
    B.建立老化軌跡趨勢圖,以利了解該電力設備絕緣狀態。
2.局部放電檢測技術之實際應用範圍可包括:
    A.模鑄型(乾式)-變壓器、電抗器、比壓器、比流器
    B.電纜
    C.GIS設備
    D.發電機、電動機
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