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【摘要】高压电气设备如果发生突发性故障后果不可估量，应当重视对电气设备故障的检测。本文分析了国内外高压电气设备故障检测的发展概况，具体分析了当前常用的三种电气故障检测技术——红外检测技术，超声波检测技术和超高频检测技术的应用领域以及各自的优缺点。
【关键词】高压电气设备故障；红外检测技术；超声波检测技术；超高频检测技术
高压电气设备是电力系统的重要组成部分，更是电气系统的核心，所以高压电气设备运行状态的检测以及其故障诊断也越来越重要，近年来，我国在电力系统、国防系统、高速电气化铁路等领域高速发展，对电气设备的稳定性提出了越来越高的要求，同时也受到了国家重点的关注。
电气设备主要的组成材料是导体或绝缘材料，所以电气设备的绝缘性是非常关键的。大部分的绝缘材料是有机材料，长期在高压环境下运行，受到强电、过热等影响，这些绝缘材料会逐渐劣化，造成绝缘性能下降，这就有可能引起电气设备发生故障，同时也会大大缩减电气设备使用寿命。据统计，110kv及以上的变压器的主要事故原因是绝缘性能导致的，对其事故原因进行具体分析，其中因为匝间绝缘导致的事故是43%，由于引线绝缘引起的是23%[1]。
高压电气设备如果发生故障，往往会造成巨大的损失，后果十分的严重。如果高压电气设备如果发生故障，势必会引起停电，这对国民生产的损失，以及百姓生活带来不便会是巨大的。如何去提高电气设备的绝缘性能是近年来普遍关心的问题，一般情况下可以通过如下两个方面途径去提升电气设备的绝缘性能：一方面是改善电气设备的生产工艺，包括运用更好的绝缘材料，更加完善的优化结构设计，从质量上去最大化的避免绝缘性下降，这会造成生产成本的大幅提高，而且无论生产多么完美，电气设备总会慢慢的劣化，这是不可能改变的事实，所以改善生产质量只能是延长高压电气设备的有限工作时间；二是对设备进行检查和维修，降低或减少其发生故障的次数，从而保障设备的可靠运行。
1.国内外高压放电故障检测发展状况
我国针对高压电气设备的检测制度还不够完善，我国一直采用定期进行绝缘预防性试验的这一体系。预防性试验一般会在每年的雷雨季节前进行，如果预防性试验的结果超标，就会针对该设备安排具体的维修计划。电力设备运行规程由电力部统一规定颁发，供电部门需要根据电力设备运行规程按规定的期限对设备进行定期的检修。对变压器而言，投入运行的主变压器在每隔5至10年都需要进行一次严格的大修[2]，即使没有超标，为了安全性考虑，只要是到了限定的期限就需要进行修理。
预防性试验体系设备的稳定运行发挥了巨大的作用，但是近年来在实践中仍存在许多问题。首先，预防性试验需要大面积停电，无疑在一定程度上增加了工作安排的难度，且会损失大量的电量。定期的更换部件是浪费资源的做法，因为有可能把仍可以长期运行的良好设备部件给更换掉，这种盲目的更换设备部件的做法是不可取的，会造成人力物力的大量浪费，甚至有可能在维修过程中拆卸组装不当，造成设备的损坏。从技术上来考虑，这种定期预防性试验体系有不能克服的局限性，因为试验的条件很难完全相同地模拟到设备常规运行时的条件，大多数预防性试验是在低压环境下模拟运行检测的，例如在文献[3]中介绍说介质损耗角正切tan&是在10KV下测试的，然而设备的运行电压要比10KV高，特别是超高压设备，工作环境有很大的不同。同时，我们不能忽视运行时其他因素，如热效应等的影响，这些因素根本没有办法在预防性试验中完全体现出来，因而定期预防性试验有可能检测不出潜在的故障。
从上面分析可以看出，以往的维修检测方法多是离线进行的，存在着很多的不足之处。近年来，在线的故障诊断和状态监测为基础的状态维修技术正在迅速发展。80年代以来，我国电气设备的故障率一直比较高，这是由于工业发展迅速，民用供电量的直线上升，高压电气设备长期超负荷运行造成的。所以，十分迫切的需要改善高压电气设备的稳定性。随着电气设备在线监测诊断技术的研究进展，状态检测会逐渐成为主要的检测方式，这必然会较大的提升高压电气设备运行的可靠性。
上世纪60年代起，国外就开始研究高压设备放电故障的检测技术，并得到迅速的发展。最先提出状态维修的是美国通用电气，通用公司首创提以状态为基准的维修方式替代以前按时间基准的维修方式。上世纪70年代开始，欧美等发达国家开始逐渐采用状态维修，随着高速运行计算机、新型传感器、光纤等等高新技术的发展，苏联、日本等也开始尝试研制发电机、变压器、气体绝缘封闭组合电器等局部放电检测系统，其中有一部分先进的技术产品已经开始实施于应用[4]。
我国对高压放电故障检测技术的研究也比较早，上世纪末一直跟随发达国家技术发展的步伐，曾经提出过不少创新性的方法，但没有得到推广。如今国家大力支持发展相关技术，针对高压电气设备的检测技术，研发了很多新型的仪器，同时有一部分电站设备已经实现了智能化在线监测。在线监测系统比定期预防性检测有很多优势，它运用先进的高度精确传感器，来获取运行中设备的信息，再通过通讯系统，将信息传输到控制中心，控制中心对现场设备运行状态进行在线监测。我国在线监测系统发展状况虽呈现良好的趋势，但和发达国家的技术含量还有一定的差距，因此我国电气设备故障检测技术的发展还是任重道远。
下面介绍目前常用的几种检测技术。
2.红外检测技术
红外检测技术是一种非接触性检测、比较成熟的技术，是一项技术，目前广泛运用的红外检测仪器有红外点温仪、红外热电视和红外热像仪[5]。红外波长大致范围是0.75um-1000um，是一种人眼看不见的光线，现代物理学称之为热射线。它能远距离检测出电气设备温度场的分布，有较强的安全性，另外它有操作便捷的特点，因此被应用于局部放电的检测。
由于高压电气设备在强电流、高电压、高温等状态下运行，适合用非接触性检测。同时电气设备的工作状态与热有着密切的联系，无论是何种故障，都会伴有发热的现象。红外检测系统根据正常状态下设备的发热规律以及其表面温度场的分布和温差的具体情况，能够较准确地检测出设备故障，也能定位故障点。 然而，红外检测技术也有如下缺陷，红外检测能较高准确的检测外部热故障，因为外部热故障会以局部过热的形态向其周围辐射红外线。这使得故障点产生过热的现象，通过其红外热像图准确的判断故障点。但是如果电气故障是内部热故障却不容易检测出来[6]，内部热故障在电气的内部，所以体现出来的温度差异很小。检测这一故障类型，如果用红外检测技术的话，就要求红外探测器的精度非常高，这无疑增加了很大的生产成本。因此，内部故障一般不太适合用红外技术来检测。
3.超声波检测技术
超声波检测也是一项相对比较成熟的技术，它根据电气设备材料及其缺陷的声学性能的差异影响来检验设备是否发生故障。目前运用较为广泛的是脉冲反射式超声波检测技术。在一般的均匀材料中，声阻抗相同，但是在有缺陷的电气设备中，由于缺陷的存在将造成材料的不连续，这造成了声阻抗的不同，超声波在两种不同的声阻抗介质的交界面上会发生反射，反射回来的能量被探头接收，根据传播距离和反射回来能量的幅值，就可以确定电气设备故障点，达到定位故障的目的[7]。
目前采用的超声波检测法是通过贴在目标外壳上的超声波传感器进行检测。例如：现在要对一台有故障的待测变压器进行检测，首先需要在在变压器油箱壁上固定一个超声波传感器，用来接收变压器内部局部放电产生的超声脉冲，通过分析超声脉冲可以进行检测并且定位。此项技术的优势在于，采用非接触测量的方法，避免了与高压设备直接接触，对设备的运行影响很小，方便实用，可以实现在线监测。
但是超声波检测技术同样也有一些局限性，首先是外界的干扰因素很多，地区气压、空气湿度、天气温度等因素都会影响测量的结果，而且目前超声波的传感器灵敏度较低，对于测得数据的精确性不能很好的把握。其次，超声波要实现检测，需要提前预先在目标物上装置传感器，就这使检测成本提高，超声波检测技术不能运用于巡检，只能用于定点的检测。
4.超高频检测技术
超高频检测技术是通过超高频天线传感器来获取电气设备内部局部放电所产生的超高频信号，可以达到对电气设备的检测目的，同时也能定位故障[8]。因为超高频检测技术有较强的抗干扰能力，所以能有效的反映放电的本质特征。这一新的检测技术受到国内外的高度重视，近年来发展很快，国外已经在GIS、电缆等检测中得到了一些应用。但是整个技术的成熟度还不够，大多数还只是处于起步阶段，超高频检测技术的发展可谓是长途漫漫。
然而超高频检测技术主要是针对内部放电故障检测的，由于电气设备外部故障一般占设备总故障的90%～93%，内部故障只占7%～10%，所以超高频检测应用范围上相对较窄。除此之外，超高频检测系统的传感器灵敏度是一个技术难点问题，目前还没有灵敏度特别好的传感器，这同时也是限制超高频技术发展的瓶颈。
5.总结
本文描述了高压电气设备放电故障检测的背景和意义，深刻分析了电气设备检测技术的发展概况，简单介绍了国内外目前比较常用的高压电气设备检测技术，并分析了各种检测技术的应用及其各自的优势和局限。希望对现存方案进行改进，实现对高压电气设备故障检测和监控。
参考文献
[1]朱德恒，严璋等.电气设备状态监测与故障诊断技术[M].北京：中国电力出版社，2009，1：3-5.
[2]王昌长，李福祺，高胜友等.电力设备的在线监测与故障诊断[M].北京：清华出版社，2006，1：2-5.
[3]何清等.基于B/S结构的高压电气设备绝缘状态管理系统[J].电气制造，2007（6）.
[4]欧阳震等.高压电气开关稳定性的影响因素与对策[J].科技创新导报，2012，03（12）：113-115.
[5]邵必飞等.红外检测技术初探[J].信息通信，2012，34（10）：
1305-1507.
[6]丁秀峰等.红外检测诊断技术在电力系统的应用[J].阳煤科技，2007，33（24）：1523-1525.
[7]康洪涛等.大型锻件的超声检测技术[J].四川兵工学报，2010，31（14）：1205-1207.
[8]王颂等.局部放电超高频检测系统标定方法的研究现状及发展[J].高压电器，2007，28（13）：405-407.
【关键词】高压电气设备故障；红外检测技术；超声波检测技术；超高频检测技术
高压电气设备是电力系统的重要组成部分，更是电气系统的核心，所以高压电气设备运行状态的检测以及其故障诊断也越来越重要，近年来，我国在电力系统、国防系统、高速电气化铁路等领域高速发展，对电气设备的稳定性提出了越来越高的要求，同时也受到了国家重点的关注。
电气设备主要的组成材料是导体或绝缘材料，所以电气设备的绝缘性是非常关键的。大部分的绝缘材料是有机材料，长期在高压环境下运行，受到强电、过热等影响，这些绝缘材料会逐渐劣化，造成绝缘性能下降，这就有可能引起电气设备发生故障，同时也会大大缩减电气设备使用寿命。据统计，110kv及以上的变压器的主要事故原因是绝缘性能导致的，对其事故原因进行具体分析，其中因为匝间绝缘导致的事故是43%，由于引线绝缘引起的是23%[1]。
高压电气设备如果发生故障，往往会造成巨大的损失，后果十分的严重。如果高压电气设备如果发生故障，势必会引起停电，这对国民生产的损失，以及百姓生活带来不便会是巨大的。如何去提高电气设备的绝缘性能是近年来普遍关心的问题，一般情况下可以通过如下两个方面途径去提升电气设备的绝缘性能：一方面是改善电气设备的生产工艺，包括运用更好的绝缘材料，更加完善的优化结构设计，从质量上去最大化的避免绝缘性下降，这会造成生产成本的大幅提高，而且无论生产多么完美，电气设备总会慢慢的劣化，这是不可能改变的事实，所以改善生产质量只能是延长高压电气设备的有限工作时间；二是对设备进行检查和维修，降低或减少其发生故障的次数，从而保障设备的可靠运行。
1.国内外高压放电故障检测发展状况
我国针对高压电气设备的检测制度还不够完善，我国一直采用定期进行绝缘预防性试验的这一体系。预防性试验一般会在每年的雷雨季节前进行，如果预防性试验的结果超标，就会针对该设备安排具体的维修计划。电力设备运行规程由电力部统一规定颁发，供电部门需要根据电力设备运行规程按规定的期限对设备进行定期的检修。对变压器而言，投入运行的主变压器在每隔5至10年都需要进行一次严格的大修[2]，即使没有超标，为了安全性考虑，只要是到了限定的期限就需要进行修理。
预防性试验体系设备的稳定运行发挥了巨大的作用，但是近年来在实践中仍存在许多问题。首先，预防性试验需要大面积停电，无疑在一定程度上增加了工作安排的难度，且会损失大量的电量。定期的更换部件是浪费资源的做法，因为有可能把仍可以长期运行的良好设备部件给更换掉，这种盲目的更换设备部件的做法是不可取的，会造成人力物力的大量浪费，甚至有可能在维修过程中拆卸组装不当，造成设备的损坏。从技术上来考虑，这种定期预防性试验体系有不能克服的局限性，因为试验的条件很难完全相同地模拟到设备常规运行时的条件，大多数预防性试验是在低压环境下模拟运行检测的，例如在文献[3]中介绍说介质损耗角正切tan&是在10KV下测试的，然而设备的运行电压要比10KV高，特别是超高压设备，工作环境有很大的不同。同时，我们不能忽视运行时其他因素，如热效应等的影响，这些因素根本没有办法在预防性试验中完全体现出来，因而定期预防性试验有可能检测不出潜在的故障。
从上面分析可以看出，以往的维修检测方法多是离线进行的，存在着很多的不足之处。近年来，在线的故障诊断和状态监测为基础的状态维修技术正在迅速发展。80年代以来，我国电气设备的故障率一直比较高，这是由于工业发展迅速，民用供电量的直线上升，高压电气设备长期超负荷运行造成的。所以，十分迫切的需要改善高压电气设备的稳定性。随着电气设备在线监测诊断技术的研究进展，状态检测会逐渐成为主要的检测方式，这必然会较大的提升高压电气设备运行的可靠性。
上世纪60年代起，国外就开始研究高压设备放电故障的检测技术，并得到迅速的发展。最先提出状态维修的是美国通用电气，通用公司首创提以状态为基准的维修方式替代以前按时间基准的维修方式。上世纪70年代开始，欧美等发达国家开始逐渐采用状态维修，随着高速运行计算机、新型传感器、光纤等等高新技术的发展，苏联、日本等也开始尝试研制发电机、变压器、气体绝缘封闭组合电器等局部放电检测系统，其中有一部分先进的技术产品已经开始实施于应用[4]。
我国对高压放电故障检测技术的研究也比较早，上世纪末一直跟随发达国家技术发展的步伐，曾经提出过不少创新性的方法，但没有得到推广。如今国家大力支持发展相关技术，针对高压电气设备的检测技术，研发了很多新型的仪器，同时有一部分电站设备已经实现了智能化在线监测。在线监测系统比定期预防性检测有很多优势，它运用先进的高度精确传感器，来获取运行中设备的信息，再通过通讯系统，将信息传输到控制中心，控制中心对现场设备运行状态进行在线监测。我国在线监测系统发展状况虽呈现良好的趋势，但和发达国家的技术含量还有一定的差距，因此我国电气设备故障检测技术的发展还是任重道远。
下面介绍目前常用的几种检测技术。
2.红外检测技术
红外检测技术是一种非接触性检测、比较成熟的技术，是一项技术，目前广泛运用的红外检测仪器有红外点温仪、红外热电视和红外热像仪[5]。红外波长大致范围是0.75um-1000um，是一种人眼看不见的光线，现代物理学称之为热射线。它能远距离检测出电气设备温度场的分布，有较强的安全性，另外它有操作便捷的特点，因此被应用于局部放电的检测。
由于高压电气设备在强电流、高电压、高温等状态下运行，适合用非接触性检测。同时电气设备的工作状态与热有着密切的联系，无论是何种故障，都会伴有发热的现象。红外检测系统根据正常状态下设备的发热规律以及其表面温度场的分布和温差的具体情况，能够较准确地检测出设备故障，也能定位故障点。 然而，红外检测技术也有如下缺陷，红外检测能较高准确的检测外部热故障，因为外部热故障会以局部过热的形态向其周围辐射红外线。这使得故障点产生过热的现象，通过其红外热像图准确的判断故障点。但是如果电气故障是内部热故障却不容易检测出来[6]，内部热故障在电气的内部，所以体现出来的温度差异很小。检测这一故障类型，如果用红外检测技术的话，就要求红外探测器的精度非常高，这无疑增加了很大的生产成本。因此，内部故障一般不太适合用红外技术来检测。
3.超声波检测技术
超声波检测也是一项相对比较成熟的技术，它根据电气设备材料及其缺陷的声学性能的差异影响来检验设备是否发生故障。目前运用较为广泛的是脉冲反射式超声波检测技术。在一般的均匀材料中，声阻抗相同，但是在有缺陷的电气设备中，由于缺陷的存在将造成材料的不连续，这造成了声阻抗的不同，超声波在两种不同的声阻抗介质的交界面上会发生反射，反射回来的能量被探头接收，根据传播距离和反射回来能量的幅值，就可以确定电气设备故障点，达到定位故障的目的[7]。
目前采用的超声波检测法是通过贴在目标外壳上的超声波传感器进行检测。例如：现在要对一台有故障的待测变压器进行检测，首先需要在在变压器油箱壁上固定一个超声波传感器，用来接收变压器内部局部放电产生的超声脉冲，通过分析超声脉冲可以进行检测并且定位。此项技术的优势在于，采用非接触测量的方法，避免了与高压设备直接接触，对设备的运行影响很小，方便实用，可以实现在线监测。
但是超声波检测技术同样也有一些局限性，首先是外界的干扰因素很多，地区气压、空气湿度、天气温度等因素都会影响测量的结果，而且目前超声波的传感器灵敏度较低，对于测得数据的精确性不能很好的把握。其次，超声波要实现检测，需要提前预先在目标物上装置传感器，就这使检测成本提高，超声波检测技术不能运用于巡检，只能用于定点的检测。
4.超高频检测技术
超高频检测技术是通过超高频天线传感器来获取电气设备内部局部放电所产生的超高频信号，可以达到对电气设备的检测目的，同时也能定位故障[8]。因为超高频检测技术有较强的抗干扰能力，所以能有效的反映放电的本质特征。这一新的检测技术受到国内外的高度重视，近年来发展很快，国外已经在GIS、电缆等检测中得到了一些应用。但是整个技术的成熟度还不够，大多数还只是处于起步阶段，超高频检测技术的发展可谓是长途漫漫。
然而超高频检测技术主要是针对内部放电故障检测的，由于电气设备外部故障一般占设备总故障的90%～93%，内部故障只占7%～10%，所以超高频检测应用范围上相对较窄。除此之外，超高频检测系统的传感器灵敏度是一个技术难点问题，目前还没有灵敏度特别好的传感器，这同时也是限制超高频技术发展的瓶颈。
5.总结
本文描述了高压电气设备放电故障检测的背景和意义，深刻分析了电气设备检测技术的发展概况，简单介绍了国内外目前比较常用的高压电气设备检测技术，并分析了各种检测技术的应用及其各自的优势和局限。希望对现存方案进行改进，实现对高压电气设备故障检测和监控。
参考文献
[1]朱德恒，严璋等.电气设备状态监测与故障诊断技术[M].北京：中国电力出版社，2009，1：3-5.
[2]王昌长，李福祺，高胜友等.电力设备的在线监测与故障诊断[M].北京：清华出版社，2006，1：2-5.
[3]何清等.基于B/S结构的高压电气设备绝缘状态管理系统[J].电气制造，2007（6）.
[4]欧阳震等.高压电气开关稳定性的影响因素与对策[J].科技创新导报，2012，03（12）：113-115.
[5]邵必飞等.红外检测技术初探[J].信息通信，2012，34（10）：
1305-1507.
[6]丁秀峰等.红外检测诊断技术在电力系统的应用[J].阳煤科技，2007，33（24）：1523-1525.
[7]康洪涛等.大型锻件的超声检测技术[J].四川兵工学报，2010，31（14）：1205-1207.
[8]王颂等.局部放电超高频检测系统标定方法的研究现状及发展[J].高压电器，2007，28（13）：405-407.