在电力设备运行过程中,局部放电(Partial Discharge, PD)一直被认为是导致绝缘退化和设备故障的重要隐患。随着电网向高电压、大容量方向发展,传统的PD检测方法逐渐暴露出局限性。近年来,研究人员将医学、光子学、人工智能、通信工程等领域的成果引入电力绝缘监测中,推动了PD检测、识别和定位方法的快速进步。本文综述了当前主流的PD新技术及其优缺点。

一、局放检测方法(Detection Method)

1. D-dot传感器检测方法 

Hussain 等人提出利用 D-dot传感器 获取电磁信号,并与 IEC 60270 标准方法对比。结果显示:电磁能量与表观电荷之间呈现二次多项式关系,不同散点分布揭示了多个PD事件的严重程度。该方法优点是能够反映绝缘老化趋势,但不足之处是无法准确定位PD源头。

D-Dot 传感器的安装
D-Dot 传感器的安装

2. 紫外光谱(UV-Vis)与红外光谱(FTIR)检测

Karmakar 等人将 UV-Vis 紫外光谱与FTIR红外光谱 相结合,检测变压器油在局放作用下的劣化情况。实验表明,随着老化加剧,油品的吸收峰增强,BDV(击穿电压)显著下降。同时,FTIR 分析揭示了烃类、芳香族、醇类等功能基团的变化趋势。
这种光学检测方法能够快速评估运行中变压器油的健康状态,适合变电站在线监测。

3. 仿生单极天线(PMA)检测

研究人员开发了一种 仿生印刷单极天线(PMA),其设计灵感来自 Inga Marginata 植物叶片。该天线具有 超宽带(UWB)特性,可覆盖大多数PD信号频段,且增益约3.63 dBi。实验表明,该方法对局放信号具有较高灵敏度,并且抗电晕干扰能力强,适合在变电站环境中应用。

自然启发的单极天线实例
自然启发的单极天线实例

二、局放识别方法(Recognition Method)

1. Lyapunov 指数混沌特征识别

Fan 等人利用 Lyapunov 指数提取混沌特征,实现了变压器局放模式识别。实验表明,该方法相比传统统计方法,识别准确率显著提高。

2. 电接触布置识别

Kubarev 等人提出通过 电接触排列 来识别局放特征。其结果符合 IEC 与 GOST 标准,能够提供详尽信息。但其劣势是数据量过大,处理时间长。

3. 图像特征识别(LBP + HOG)

研究者提出将 PRPD(相位分辨局放图) 转换为灰度图像,再通过 局部二值模式(LBP)和方向梯度直方图(HOG) 提取特征。结果显示,相比传统方法,识别精度提升了约10%。

三、局放定位方法(Location Method)

1. RF信号模式匹配定位

Ephraim 等人提出通过 RF信号模式匹配 定位局放源,并结合 相关特征选择(CFS)与KNN算法,使计算误差降低约37%,计算负荷减少80%。

2. 多UHF天线TDOA定位

Kalyan 等人利用 多UHF天线接收信号的到达时间差(TDOA) 结合 PSO算法,实现变压器局放源定位,定位误差约3cm,适合中小型企业低成本应用。

3. 脉冲电压下电磁波特性定位

Maki 等人提出利用 有限差分时域法(FDTD) 分析交流与脉冲电压下的电磁波传播特性。结果表明,脉冲电压能更快更准确地反映局放位置。

四、总结

近年来,局部放电的检测、识别与定位方法不断创新:
– 检测方面:从D-dot传感器到仿生天线,逐渐提升了检测灵敏度与抗干扰能力;
– 识别方面:AI、图像识别技术使得PD模式识别更加精准;
– 定位方面:RF信号模式匹配、UHF天线阵列、脉冲电压定位等方法显著提高了精度。
整体趋势是 跨学科融合,结合人工智能与新型传感器,将推动电力设备 在线监测与智能运维 的发展。

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