局部放电对绝缘结构起着一种侵蚀作用,它对绝缘的破坏机理通常有以下几个方面:
①带电粒子(电子、离子等)冲击绝缘,破坏其分子结构,如纤维碎裂,因而绝缘受到损伤;
②由于带电离子的撞击作用,使该绝缘出现局部温度升高,从而易引起绝缘的过热,严重时就会出现碳化;
③局部放电产生的臭氧(O3)及氮的氧化物(NO, NO2)会侵蚀绝缘,当遇有水分则产生硝酸,对绝缘的侵蚀更为剧烈;
④在局部放电时,油因电解及电极的肖特基辐射效应使油分解,加上油中原来存在些杂质,故易使纸层处凝集着因聚合作用生成的油泥(多在匝绝缘或其他绝缘的“油楔”处),油泥生成将使绝缘的介质损伤角tgδ激增,散热能力降低,甚至导致热击穿的可能性。
局部放电的持续发展将使绝缘的劣化损伤逐步扩大,最终使绝缘正常寿命缩短、短时绝缘强度降低,甚至可能使整个绝缘击穿。根据放电机理的不同,局部放电通常可分为电子碰撞电离放电(汤逊放电)、流注放电及热电离放电。按照局部放电表现形式的不同,可分为火花放电(脉冲型放电)和辉光放电(非脉冲型放电)。从局部放电发生的位置来看,局部放电包括电晕放电、内部放电和表面放电三种类型。
鉴于大型电力变压器绝缘故障后果的严重性,电力运行部门十分重视设备的绝缘监督。以往绝缘监督的主要手段是定期的绝缘预防性试验,其中包括局部放电测量。实践证明,定期预防性试验和维修对减少和防止事故的发生起到了很好的作用,但长期的工作经验也表明这样一个维修体系有它的局限性。从经济角度,定期试验和大修均需停电,不仅要损失电量,而且增加了工作安排的难度,同时定期大修和更换部件不仅需要投资,而且这种投资是否必要尚不好肯定。因为设备的实际状态可能完全不必作任何维修而仍能继续长时期运行,若维修水平不高,反而可能使变压器越修越坏,从而增加新的经济损失。从技术角度分析,离线的定期预防性试验有以下两方面的局限性:①试验条件不同于设备运行条件,多数项目是在低电压下进行检查,同时运行时还有诸如热应力等其它因素的影响无法在离线试验时再现,这样就很可能发现不了绝缘缺陷和潜在的故障;②绝缘的劣化、缺陷的发展虽然具有统计性,发展速度有快有慢,但总是有一定的潜伏和发展时间,在此期间会发出反映绝缘状态变化的各种信息,而预防性试验是定期进行的,常不能及时准确地发现故障,从而出现漏报、误报或早报。随着装机容量的迅速增长和国民经济的高速发展,对供电可靠性的要求越来越高。考虑到预防性维修体系的局限性,为减少停电和维修费用,提出了预知性维修或状态维修这一新概念。其具体内容就是对运行中的电气设备的绝缘状况进行连续的在线监测 (或状态监测),随时测得能反映绝缘状况变化的信息,进行分析处理后对设备的绝缘状况作出诊断,根据诊断的结论安排必要的维修,也即做到有的放矢地进行维修。
由于变压器是电力系统中最为重要的设备,为了对变压器的绝缘状态实现在线监测及故障诊断,国内外对反映变压器绝缘状态的电气特征量如局部放电、介质损耗、泄漏电流等相继进行了大量研究,发现局部放电参数比其它参量具有更好的灵敏度、反映信息更全面。但是,由于局部放电信号十分微弱,在现场强电干扰下,特征量的提取和模式识别十分困难。虽然国内外学者进行了大量的研究,至今为止,在对反映绝缘状态特征量的在线监测技术中,局部放电的在线监测技术尚与工程实用要求有一定差距。因此大型电力变压器局部放电在线监测及故障诊断技术不仅是本学科的研究前沿,也是电力行业最为关注的工程科技课题。