局部放電對絕緣結構起著一種侵蝕作用,它對絕緣的破壞機理通常有以下幾個方面:
①帶電粒子(電子、離子等)沖擊絕緣,破壞其分子結構,如纖維碎裂,因而絕緣受到損傷;
②由于帶電離子的撞擊作用,使該絕緣出現局部溫度升高,從而易引起絕緣的過熱,嚴重時就會出現碳化;
③局部放電產生的臭氧(O3)及氮的氧化物(NO, NO2)會侵蝕絕緣,當遇有水分則產生硝酸,對絕緣的侵蝕更為劇烈;
④在局部放電時,油因電解及電極的肖特基輻射效應使油分解,加上油中原來存在些雜質,故易使紙層處凝集著因聚合作用生成的油泥(多在匝絕緣或其他絕緣的“油楔”處),油泥生成將使絕緣的介質損傷角tgδ激增,散熱能力降低,甚至導致熱擊穿的可能性。
局部放電的持續發展將使絕緣的劣化損傷逐步擴大,最終使絕緣正常壽命縮短、短時絕緣強度降低,甚至可能使整個絕緣擊穿。根據放電機理的不同,局部放電通常可分為電子碰撞電離放電(湯遜放電)、流注放電及熱電離放電。按照局部放電表現形式的不同,可分為火花放電(脈沖型放電)和輝光放電(非脈沖型放電)。從局部放電發生的位置來看,局部放電包括電暈放電、內部放電和表面放電三種類型。
鑒于大型電力變壓器絕緣故障后果的嚴重性,電力運行部門十分重視設備的絕緣監督。以往絕緣監督的主要手段是定期的絕緣預防性試驗,其中包括局部放電測量。實踐證明,定期預防性試驗和維修對減少和防止事故的發生起到了很好的作用,但長期的工作經驗也表明這樣一個維修體系有它的局限性。從經濟角度,定期試驗和大修均需停電,不僅要損失電量,而且增加了工作安排的難度,同時定期大修和更換部件不僅需要投資,而且這種投資是否必要尚不好肯定。因為設備的實際狀態可能完全不必作任何維修而仍能繼續長時期運行,若維修水平不高,反而可能使變壓器越修越壞,從而增加新的經濟損失。從技術角度分析,離線的定期預防性試驗有以下兩方面的局限性:①試驗條件不同于設備運行條件,多數項目是在低電壓下進行檢查,同時運行時還有諸如熱應力等其它因素的影響無法在離線試驗時再現,這樣就很可能發現不了絕緣缺陷和潛在的故障;②絕緣的劣化、缺陷的發展雖然具有統計性,發展速度有快有慢,但總是有一定的潛伏和發展時間,在此期間會發出反映絕緣狀態變化的各種信息,而預防性試驗是定期進行的,常不能及時準確地發現故障,從而出現漏報、誤報或早報。隨著裝機容量的迅速增長和國民經濟的高速發展,對供電可靠性的要求越來越高。考慮到預防性維修體系的局限性,為減少停電和維修費用,提出了預知性維修或狀態維修這一新概念。其具體內容就是對運行中的電氣設備的絕緣狀況進行連續的在線監測 (或狀態監測),隨時測得能反映絕緣狀況變化的信息,進行分析處理后對設備的絕緣狀況作出診斷,根據診斷的結論安排必要的維修,也即做到有的放矢地進行維修。
由于變壓器是電力系統中最為重要的設備,為了對變壓器的絕緣狀態實現在線監測及故障診斷,國內外對反映變壓器絕緣狀態的電氣特征量如局部放電、介質損耗、泄漏電流等相繼進行了大量研究,發現局部放電參數比其它參量具有更好的靈敏度、反映信息更全面。但是,由于局部放電信號十分微弱,在現場強電干擾下,特征量的提取和模式識別十分困難。雖然國內外學者進行了大量的研究,至今為止,在對反映絕緣狀態特征量的在線監測技術中,局部放電的在線監測技術尚與工程實用要求有一定差距。因此大型電力變壓器局部放電在線監測及故障診斷技術不僅是本學科的研究前沿,也是電力行業最為關注的工程科技課題。