高壓開關(guān)柜局部放電檢測(cè)及典型局放缺陷分析

滕曉斐

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司無(wú)錫供電分公司，江蘇 無(wú)錫 214000）

高壓開關(guān)柜是變電站內(nèi)的重要組成部分，其內(nèi)部發(fā)生局部放電嚴(yán)重影響設(shè)備安全可靠運(yùn)行，在帶電條件下對(duì)封閉的高壓開關(guān)柜進(jìn)行局部放電檢測(cè)是反映其內(nèi)部絕緣狀態(tài)的有效手段。本文主要對(duì)特高頻、暫態(tài)地電壓與超聲波檢測(cè)技術(shù)的原理和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行介紹，為今后選取合理檢測(cè)方法提供依據(jù)。

1 特高頻類型檢測(cè)方法的主要原理及其特征

一般來(lái)講，在高壓類型開關(guān)柜裝置內(nèi)部，如果出現(xiàn)了局部發(fā)生放電的情況，放電的脈沖在高壓類型開關(guān)柜裝置的傳送過(guò)程中將會(huì)引起電磁諧振的現(xiàn)象，此時(shí)將會(huì)產(chǎn)生特高頻率的電磁波信號(hào)，并且還會(huì)向周邊區(qū)域進(jìn)行輻射，高壓類型開關(guān)柜裝置通常情況下配備有利于觀察的窗口，此觀察用的窗口的材質(zhì)是防爆類型的鋼化玻璃。這種鋼化玻璃屬于一種透明狀態(tài)的介質(zhì)，其和高壓類型開關(guān)柜裝置的金屬材質(zhì)的外殼部分具有不同數(shù)值的折射率及反射率特征，因此電磁波能夠透過(guò)觀察窗口向外部的空間進(jìn)行輻射。特高頻率的檢測(cè)方法就是依據(jù)局部位置出現(xiàn)放電現(xiàn)象之后，線路中激發(fā)出來(lái)的電磁波相關(guān)特征，把特高頻率的傳感器裝置設(shè)置于高壓類型開關(guān)柜裝置的觀察窗口位置，用于接收發(fā)散出來(lái)的電磁波信號(hào)的數(shù)據(jù)，并且對(duì)于此電磁波信號(hào)實(shí)施分析和研究的一類局部放電模式的測(cè)量方法，具體情況如圖1所示。和其他類型的局部放電模式的測(cè)試方法相比較，特高頻率的檢測(cè)方法具有一定的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，主要表現(xiàn)為：抗干擾的能力相對(duì)比較強(qiáng)、測(cè)量結(jié)果的靈敏程度比較高、檢測(cè)操作過(guò)程的執(zhí)行效率高和缺陷位置的定位精度比較高等[1]。

2 有關(guān)特高頻率方法執(zhí)行的高壓類型開關(guān)柜裝置局部放電過(guò)程中的缺陷

2.1 電暈放電情況

一般情況下，高壓類型開關(guān)柜裝置的內(nèi)部金屬導(dǎo)體，因?yàn)榇蚰ミ^(guò)程不完善可能會(huì)出現(xiàn)棱角造型、毛刺情況等金屬材質(zhì)的尖端類型的突起情況，金屬材質(zhì)的尖端因?yàn)榫哂斜容^小的曲率半徑，可能會(huì)造成周邊局部空間中的電場(chǎng)出現(xiàn)畸變情況，導(dǎo)致空氣中的游離電子活性增強(qiáng)并且造成局部區(qū)域出現(xiàn)放電的情況。PRPD圖譜的主要特征如下。

（1）在工頻狀態(tài)下參考信號(hào)中的波形正、負(fù)半個(gè)周期均存在局部放電類型的情況，不過(guò)相關(guān)的信號(hào)波形表現(xiàn)為不對(duì)稱的形式，其中負(fù)半周期的放電信號(hào)的分布相比正半周期信號(hào)的分布更為密集，并且負(fù)半周期中的放電信號(hào)強(qiáng)度數(shù)值會(huì)略高于正半周期放電信號(hào)的強(qiáng)度數(shù)值。

（2）放電信號(hào)的分布特征表現(xiàn)得比較零散，具有較強(qiáng)的隨機(jī)特性。

2.2 懸浮放電情況

如果高壓類型開關(guān)柜中的高壓型電力設(shè)備中某個(gè)金屬材質(zhì)的零件，因?yàn)槭艿诫妱?dòng)力載荷的作用或者是自身主體結(jié)構(gòu)上的其他因素的影響，而與高壓部位的連接失效或是接地的效果失效，此時(shí)在位于高電壓和低電壓的電極間，根據(jù)耦合之后的阻抗可能出現(xiàn)的分壓模式，進(jìn)而會(huì)生成懸浮類型的電位，懸浮類型的電位體和高壓類型的電極及接地極間，因?yàn)榇嬖诮^緣用的介質(zhì)，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)電場(chǎng)的集中現(xiàn)象，周邊的區(qū)域可能出現(xiàn)局部的放電現(xiàn)象，局部的放電現(xiàn)象將會(huì)導(dǎo)致周邊的介質(zhì)被燒毀或者是過(guò)度的老化，因此懸浮類型的放電現(xiàn)象會(huì)給相關(guān)設(shè)備的絕緣效果帶來(lái)嚴(yán)重的威脅。通常來(lái)講，高壓類型開關(guān)柜裝置內(nèi)部的懸浮類型放電問(wèn)題具有如下的狀況：首先，夾緊母線用的金屬夾子和母線之間出現(xiàn)接觸不良的情況，造成夾子和母線間生成懸浮類型的放電現(xiàn)象；其次，在穿心類型的電流互感器裝置中，等電位的線路存在焊接不牢固的情況，使得其互感器裝置的內(nèi)壁發(fā)生脫落現(xiàn)象，造成等電位的線路和互感器裝置的內(nèi)壁間出現(xiàn)懸浮類型的放電現(xiàn)象；最后，工作站使用的變壓器裝置內(nèi)部的鐵心部位的接地情況不理想，造成鐵心部件和大地間生成了懸浮類型的放電現(xiàn)象。高壓類型的開關(guān)柜裝置如圖2所示。

2.3 絕緣沿面放電情況

一般情況下高壓類型開關(guān)柜裝置的內(nèi)部，其電力系統(tǒng)設(shè)備的外部絕緣表面由于污染及受潮等因素的作用，造成絕緣體表面的局部位置出現(xiàn)電場(chǎng)畸變情況，此時(shí)可能導(dǎo)致絕緣表面發(fā)生放電的現(xiàn)象，這類放電情況再進(jìn)一步發(fā)展將會(huì)造成外部絕緣材料發(fā)生一定程度的老化，如果情況嚴(yán)重的情況下，甚至?xí)霈F(xiàn)沿著絕緣面發(fā)生閃絡(luò)的情況。通常情況下高壓類型開關(guān)柜裝置內(nèi)部出現(xiàn)沿面類型的放電缺陷主要有如下幾類情況：首先，電纜的接頭或者避雷器裝置的外部絕緣面發(fā)生污損或者受潮的情況，造成沿面區(qū)域的放電現(xiàn)象；其次，陶瓷材質(zhì)的材料部位的絕緣子的表面上出現(xiàn)細(xì)小尺寸的裂紋，將會(huì)導(dǎo)致局部區(qū)域的放電現(xiàn)象；最后，互感器裝置的二次接線部位接在了主絕緣體的表面之上，此時(shí)兩者處于一次高壓類型的繞組生成的高壓電場(chǎng)的區(qū)域之中，導(dǎo)致了絕緣體的表面區(qū)域在二次接線的連接位置發(fā)生了沿面類型的放電現(xiàn)象[2]。

3 局部放電檢測(cè)工作執(zhí)行的必要性

通常在高壓類型開關(guān)柜裝置中的設(shè)備，其放電過(guò)程中出現(xiàn)的損壞可以分成沒(méi)有擊穿的狀態(tài)、間歇性擊穿的狀態(tài)及完全被擊穿的狀態(tài)這3個(gè)不同的類型和階段，局部放電的過(guò)程主要包含了沒(méi)有擊穿及間歇性擊穿這2種情況。這其中沒(méi)有擊穿的狀態(tài)主要包括了輝光類型的放電、電暈類型的放電和刷狀類型的放電等模式，在此種狀態(tài)之下電氣設(shè)備盡管出現(xiàn)了一定程度上的放電情況，不過(guò)其綜合絕緣水平依舊保持了比較理想的狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候如果能夠迅速地去除放電的源頭就能夠有效防止相關(guān)設(shè)備受到更大的損壞。間歇類型的擊穿狀態(tài)一般指火花類型的放電情況，在這個(gè)狀態(tài)之下相關(guān)電氣設(shè)備的絕緣能力已經(jīng)出現(xiàn)了比較明顯的劣化，已經(jīng)不能再繼續(xù)進(jìn)行正常的使用了，這個(gè)時(shí)候如果能夠迅速去除放電的源頭并且及時(shí)更換出現(xiàn)絕緣問(wèn)題的相關(guān)設(shè)備，則能夠有效預(yù)防事故問(wèn)題的繼續(xù)惡化。完全類型的擊穿狀態(tài)通常指的是電弧放電的情況，在此狀態(tài)之下相關(guān)電氣設(shè)備已經(jīng)被完全損壞，各項(xiàng)功能指標(biāo)可以說(shuō)完全失效，因?yàn)殡娀〉姆烹娗闆r是一類非常嚴(yán)重的放電情況，相關(guān)的設(shè)備如果到了此階段，高壓類型的開關(guān)柜裝置將會(huì)存在隨時(shí)可能發(fā)生爆炸的巨大隱患，必須引起高度的重視。

4 局部放電測(cè)試方法的可行性和放電量指標(biāo)關(guān)系研究

4.1 高壓開關(guān)柜裝置局部放電測(cè)試工作的可行性研究

一般來(lái)說(shuō)，高壓類型開關(guān)柜在其運(yùn)行的過(guò)程中，因?yàn)楫a(chǎn)品的綜合質(zhì)量及工作環(huán)境各項(xiàng)因素，可能造成某個(gè)位置絕緣能力發(fā)生明顯的下降。如果高壓類型開關(guān)柜內(nèi)部的電場(chǎng)情況出現(xiàn)畸變的情況，這類區(qū)域?qū)?huì)由于絕緣效果不能有效符合相應(yīng)規(guī)定而出現(xiàn)局部放電的情況。發(fā)生局部放電的過(guò)程將會(huì)伴隨有聲、光和電等層面的顯著變化，并且隨之還會(huì)出現(xiàn)一定程度的電磁波信號(hào)及機(jī)械波信號(hào)，因此只要對(duì)這個(gè)過(guò)程中出現(xiàn)的機(jī)械波及電磁波，加上相應(yīng)的聲、光和電等方面的信息數(shù)據(jù)實(shí)施詳盡的檢測(cè)和捕捉，就能夠?qū)Ω邏侯愋偷拈_關(guān)柜裝置的局部放電的位置信息及問(wèn)題出現(xiàn)的嚴(yán)重程度等情況進(jìn)行有效的評(píng)估和判斷，進(jìn)而為相關(guān)設(shè)備狀態(tài)的檢修工作提供可靠的判斷依據(jù)。

4.2 局部放電數(shù)值和放電電量之間關(guān)系研究

當(dāng)前的情況下，高壓類型開關(guān)柜裝置的局部放電現(xiàn)象的檢測(cè)方法能夠測(cè)出的局部放電數(shù)值和實(shí)際情況下的放電電量并沒(méi)有建立相對(duì)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩柯?lián)系，僅僅可以實(shí)行定性類型的描述。在日常檢測(cè)與維修的實(shí)際操作過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)工作人員通常使用根據(jù)比較類型方法的操作模式來(lái)實(shí)施局部放電水平的研究和分析工作。當(dāng)變電站處于正常運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候，開關(guān)室內(nèi)的局部放電數(shù)值一般會(huì)處于20 dB之內(nèi)，假如局部放電的數(shù)值處于20～50 dB，就表明系統(tǒng)中可能發(fā)生了局部放電數(shù)值過(guò)大的情況。不過(guò)因?yàn)槟承┚植糠烹娺^(guò)大的狀態(tài)可能是因?yàn)殚_關(guān)柜裝置自身所攜帶的負(fù)載數(shù)值過(guò)大而產(chǎn)生的，為此對(duì)這種狀態(tài)必須實(shí)施重點(diǎn)關(guān)注和辨別，一般情況下的具體做法為：如果發(fā)現(xiàn)此類問(wèn)題，需要強(qiáng)化定期的檢測(cè)工作。假如局部放電的數(shù)值大于50 dB，則表明此時(shí)的系統(tǒng)中，此開關(guān)室內(nèi)部存在著放電的情況，此時(shí)就應(yīng)該使用局部放電的定位方法對(duì)這個(gè)局部放電的具體區(qū)域?qū)嵤┒ㄎ?，待具體位置確定之后立即進(jìn)行相應(yīng)的維修和處理[3]。

5 局部放電的測(cè)試方法及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試過(guò)程

5.1 背景局部放電測(cè)試方法

通常在進(jìn)行局部放電測(cè)試的時(shí)候，相關(guān)工程技術(shù)人員為了針對(duì)局部放電水平實(shí)施有效的評(píng)估，必須對(duì)開關(guān)室內(nèi)部的空氣及金屬部位的局部放電數(shù)值實(shí)施測(cè)量。對(duì)于空氣實(shí)施局部放電數(shù)值測(cè)試的操作方法是在開關(guān)室的內(nèi)部懸空狀態(tài)設(shè)置一小塊金屬的板材，將局部放電測(cè)試用相關(guān)儀器的探頭以垂直并且緊貼在金屬板材相關(guān)位置的方式來(lái)實(shí)施測(cè)試工作，通過(guò)測(cè)試之后，相應(yīng)開關(guān)站內(nèi)部空氣里的局部放電水平數(shù)值達(dá)到了38 dB。對(duì)于金屬材質(zhì)局部放電的測(cè)試方式是選擇開關(guān)室內(nèi)部某個(gè)處于接地狀態(tài)的金屬部件，把局部放電測(cè)試儀裝置的探頭以垂直并且緊貼在接地金屬部件表面的模式來(lái)實(shí)施測(cè)試操作，通過(guò)測(cè)試得出此開關(guān)室內(nèi)部的金屬材質(zhì)的局部放電水平數(shù)值是55 dB。因?yàn)榇碎_關(guān)室內(nèi)部各個(gè)位置的局部放電水平數(shù)值很可能存在一定差別，因此需要針對(duì)多個(gè)點(diǎn)位實(shí)施空氣中的局部放電及金屬材質(zhì)上局部放電現(xiàn)象的測(cè)量操作，隨后對(duì)于多個(gè)點(diǎn)位的測(cè)量數(shù)據(jù)選取平均數(shù)值之后即得到最終結(jié)果。根據(jù)相應(yīng)測(cè)量數(shù)據(jù)的結(jié)果可以知道，此開關(guān)室內(nèi)部局部放電背景數(shù)值相對(duì)偏高，初步可以判定其存在局部放電的狀況。

5.2 暫態(tài)地電壓數(shù)值的檢測(cè)操作方法

暫態(tài)地電壓測(cè)試方法屬于開關(guān)柜內(nèi)部的局部放電測(cè)試方法中最為常見的一種測(cè)試方式，其主要目的是針對(duì)開關(guān)室中的各個(gè)高壓開關(guān)柜裝置局部放電數(shù)值實(shí)施測(cè)試，經(jīng)過(guò)對(duì)比之后來(lái)定位放電點(diǎn)的大概區(qū)域。這種方法的主要原理是在高壓開關(guān)柜內(nèi)部出現(xiàn)局部放電情況的時(shí)候，高壓開關(guān)柜裝置的表面會(huì)出現(xiàn)能夠在金屬中快速傳播的高頻類型的電流波，此時(shí)高壓開關(guān)柜裝置金屬材料的接縫處，此種電流波就能以電磁波的狀態(tài)向外部輻射，如果對(duì)于此電磁波信號(hào)的強(qiáng)度數(shù)值實(shí)施適當(dāng)測(cè)量，就能夠獲得局部放電的具體數(shù)值。

5.3 超聲波信號(hào)的檢測(cè)操作方法

因?yàn)槌暡愋偷男盘?hào)在高壓開關(guān)柜內(nèi)部的傳播距離比較近，因此只有在放電點(diǎn)位的附近區(qū)域才能夠檢測(cè)到相應(yīng)的超聲波類型的信號(hào)，因此技術(shù)人員能夠應(yīng)用這個(gè)特點(diǎn)來(lái)對(duì)出現(xiàn)局部放電的高壓開關(guān)柜裝置實(shí)施復(fù)測(cè)操作，這樣能更準(zhǔn)確地了解到出現(xiàn)局部放電的高壓開關(guān)柜裝置的具體位置。例如對(duì)于某個(gè)編號(hào)的高壓開關(guān)柜裝置及周邊高壓開關(guān)柜裝置實(shí)施檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)此高壓開關(guān)柜位置的超聲波相關(guān)信號(hào)中既包含50 Hz又包括了100 Hz的分量，其局部放電的有效數(shù)值為8.5 Hz，整個(gè)周期中的最大數(shù)值達(dá)到了31.5 mV，可以看出其數(shù)值明顯大于其周邊的高壓開關(guān)柜裝置，再綜合暫態(tài)地電壓數(shù)值的結(jié)果，已經(jīng)基本上確定此高壓開關(guān)柜裝置即為發(fā)生局部放電的高壓開關(guān)柜裝置。

5.4 特高頻率的檢測(cè)及定位過(guò)程

基于高壓開關(guān)柜裝置的暫態(tài)地電壓及超聲波的結(jié)果，可確定發(fā)生局部放電的點(diǎn)位是在某個(gè)編號(hào)的高壓開關(guān)柜裝置之內(nèi)，為進(jìn)行精確點(diǎn)位的檢測(cè)，必須應(yīng)用特高頻率檢測(cè)方法。特高頻率的信號(hào)，其主要特點(diǎn)是能透過(guò)金屬板，檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)用特高頻率的傳感器裝置，離放電點(diǎn)比較近的傳感器裝置將先捕捉到信號(hào)。對(duì)于2

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文分析了高壓開關(guān)柜的放電損壞過(guò)程。對(duì)于局部放電現(xiàn)象發(fā)生時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行了深入分析，表明了高壓開關(guān)柜裝置局部放電檢測(cè)操作的可行性。介紹了局部放電的檢測(cè)及定位方法，并且通過(guò)實(shí)際案例闡述了局部放電數(shù)據(jù)檢測(cè)及放電點(diǎn)位定位方法的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程，為后期現(xiàn)場(chǎng)檢修人員檢測(cè)方案的選取提供了一定程度的參考。