配電開關(guān)柜局部放電測試檢測運(yùn)行狀態(tài)的研究

黃超文

（國網(wǎng)湖南省電力有限公司婁底供電分公司，湖南婁底 417000）

0 引言

開關(guān)柜的運(yùn)行狀況和維護(hù)狀況關(guān)系著電力系統(tǒng)能否可靠供電，其檢修測試以局部放電（簡稱局放）檢測為主，該方法以不同的放電模型為基礎(chǔ)來模擬在線檢測狀況，檢測重點(diǎn)是封閉狀況下開關(guān)柜和相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀況。局放測試對絕緣損害較小，可以在實(shí)現(xiàn)檢測目的的同時降低對設(shè)備的傷害，已得到廣泛應(yīng)用。局放儀是局放檢測的主要工具，主要用來測量各種放電的波形和幅值狀況，因此，局放儀傳遞數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度對設(shè)備絕緣的可靠性有直接影響，對整個電力系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)關(guān)系重大。

1 局放測試的重要性

據(jù)調(diào)查顯示，電力生產(chǎn)中配電開關(guān)柜的故障原因有85%是其局部放電所致，需重點(diǎn)關(guān)注其檢測技術(shù)。所采用的檢測設(shè)備越先進(jìn)，則配電開關(guān)柜及相關(guān)設(shè)備運(yùn)行的安全隱患越低。局放檢測能夠定位開關(guān)柜的放電部位，提高放電檢測效率；現(xiàn)場累計(jì)的帶電檢測數(shù)據(jù)，能夠?yàn)槲磥黹_關(guān)類設(shè)備的制作及運(yùn)行提供依據(jù)，提高開關(guān)柜及相關(guān)設(shè)備的安全運(yùn)行屬性。事先檢測、應(yīng)對配電開關(guān)柜放電故障，配合例行停電檢測，可保障電力用戶用電及時性和電力供應(yīng)平穩(wěn)性，具有重要意義。

2 相關(guān)理論基礎(chǔ)

2.1 局部放電的概念

局部放電是在電場強(qiáng)度的作用下，絕緣系統(tǒng)中存在尚未擊穿的現(xiàn)象。尚未擊穿指放電只發(fā)生在局部區(qū)域之間，并未貫穿整個導(dǎo)體的狀況。造成局部放電的原因主要是電介質(zhì)分布不均勻，尤其是絕緣系統(tǒng)中的電場分布不均勻，如部分區(qū)域的電場高度集中，高于電介質(zhì)的耐強(qiáng)度水平，進(jìn)而引發(fā)局部放電。

2.2 局部放電的微觀理論

局部放電的過程較為復(fù)雜，其放電的強(qiáng)弱與多種因素相關(guān)：①設(shè)備自身的因素，如設(shè)備的耐壓性、內(nèi)部絕緣狀況、外部形狀等；②外部環(huán)境因素，如溫度、天氣狀況等。但都遵循兩個放電理論，即湯生放電原理和流注理論。

湯生放電原理的主要思想是當(dāng)外部所施加的電場強(qiáng)度足夠高時，帶電粒子通過吸收電場能量與中性質(zhì)點(diǎn)相互碰撞，隨著碰撞的加劇使得新電子產(chǎn)生，而在電場加速的作用下，新生成的電子又會發(fā)生新的碰撞，如此循環(huán)使得帶電粒子數(shù)量增多，最后形成雪崩狀況，當(dāng)其符合自持放電時便會發(fā)生連續(xù)放電的狀況，進(jìn)而導(dǎo)致絕緣擊穿。該理論對于均勻電場下的絕緣擊穿做出了很好的解釋。

流注理論不同于湯生放電原理，其對于不均勻的電場有更高的適用性。當(dāng)外部施加的電壓高于氣隙中的最低擊穿電壓時，由于電場分布不均勻，使碰撞所產(chǎn)生的光電子高速向正電荷區(qū)域移動，進(jìn)而引發(fā)二次電子崩狀況，而二次電子崩頭部的電子會與第一次正電荷相互作用形成攜帶正負(fù)質(zhì)點(diǎn)的流注，基于此解釋氣隙擊穿狀況。流注理論以不均勻電場為假設(shè)基礎(chǔ)，應(yīng)對現(xiàn)實(shí)氣隙擊穿有較強(qiáng)的適用性。

2.3 局部放電的種類

局部放電主要有3 種類型：①氣隙放電，由電場內(nèi)強(qiáng)度分布不均勻所至，較多發(fā)生于高強(qiáng)度電場下絕緣體內(nèi)部的低強(qiáng)度電場部位，其與絕緣體的物理性能和電場分布具有密切關(guān)系；②電暈放電，前提條件是電場空間分布不均勻，當(dāng)在大氣壓下，電極表面的曲率半徑較小使其附件電場較強(qiáng)時，引發(fā)電暈放電現(xiàn)象；③沿面放電，指電力設(shè)備的外絕緣與空氣分界面之間產(chǎn)生的放電現(xiàn)象，主要原因是外絕緣與其所固定的帶電導(dǎo)體均暴露于空氣中，外部電壓超過臨界值時引發(fā)兩者的分界面放電。

2.4 局部放電的檢測方法

局部放電的檢測方法共有7 種，劃分依據(jù)是放電過程中的不同現(xiàn)象，通過檢測其特征量來表明放電狀況：①脈沖電流法，檢測脈沖電流信號來檢測放電量，通過阻抗、外殼接地線等獲取信號，該方法應(yīng)用時間最早且應(yīng)用范圍最廣，脈沖的分辨率較高，但是抗干擾能力相對較差；②超高頻檢測法，依據(jù)傳感器接收放電時所傳出的電磁波來檢測信號，其抗干擾能力較強(qiáng)且靈敏度較高，能夠?qū)崿F(xiàn)較寬范圍的頻率的檢測，但是信號采集時需要大量的實(shí)時數(shù)據(jù)，增加了數(shù)據(jù)處理的難度；③超聲波檢測法，由超聲波傳感器收集信號，判斷放電位置，目前局放檢測儀較多采用超聲波檢測，其頻率范圍70～150 kHz，對放電位置的檢測有較強(qiáng)的應(yīng)用性；④泄漏電流檢測法，依據(jù)絕緣子與絕緣環(huán)氧套管表面間的泄漏電流大小來判斷絕緣情況，因準(zhǔn)確性較高得到廣泛應(yīng)用；⑤光檢測法，依靠光纖采集開關(guān)柜內(nèi)部的光來判定放電情況，其設(shè)備的密封性較差；⑥化學(xué)檢驗(yàn)法，對擊穿后的分解物進(jìn)行化學(xué)分析，因較為復(fù)雜而應(yīng)用較少；⑦紅外檢測法，用紅外探測儀檢測設(shè)備表面的溫度和分布來判斷放電狀況，主要應(yīng)用于定性方面，對定量的缺陷使其應(yīng)用性較差。

每種檢測方法都有其優(yōu)勢和劣勢，難以全面、客觀、準(zhǔn)確地檢測配電開關(guān)柜的實(shí)際運(yùn)行狀況。在選擇局放檢測方法時，既要考慮方法的靈敏性和實(shí)用屬性，也要分析所檢測的放電種類、能量形式，必要時采取多種檢測方法相結(jié)合的形式，以增強(qiáng)最終檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3 配電開關(guān)柜局部放電產(chǎn)生的原因

電力設(shè)備運(yùn)行時，其周圍存在分布不均勻的電場，局部放電是因?yàn)椴糠值碾妶鰪?qiáng)度超過了介質(zhì)擊穿電壓但是未超過導(dǎo)體擊穿電壓而產(chǎn)生的放電。局部放電一般只損壞電介質(zhì)層而不會擊穿絕緣材料，電力設(shè)備長時間運(yùn)行時，絕緣劣化更易產(chǎn)生局部放電，引發(fā)電力事故。絕緣體劣化原因有兩個方面：①絕緣體內(nèi)部存在空氣，或因制作缺陷，或因斷裂等外因滲入，而空氣易被擊穿的屬性使局部放電較容易發(fā)生；②絕緣體的絕緣性能較差，摻雜有導(dǎo)體或絕緣體制作不良，為局部放電提供介質(zhì)。

4 配電開關(guān)柜常見的局部放電現(xiàn)象模擬

模擬配電開關(guān)柜常見4 種放電現(xiàn)象，重點(diǎn)關(guān)注不同模型的放電特征和放電量。

4.1 針尖放電模擬

通過實(shí)驗(yàn)得到該模擬狀況下的放電電壓和放電量分別為5 kV、50～65 pC，其超聲波的頻率范圍為10～120 kHz。這種放電模型具有穩(wěn)定放電的特點(diǎn)，但是電壓的幅值較大，使得局部擊穿的狀況更容易發(fā)生，進(jìn)而對配電開關(guān)柜的穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。

4.2 懸浮型放電模擬

通過實(shí)驗(yàn)得到該模擬狀況下的放電電壓和放電量分別為3.5 kV、280～320 pC，超聲波的頻率為20～160 kHz。這種放電模型具有穩(wěn)定放電的特點(diǎn)，但是其較高的放電量使得配電開關(guān)柜運(yùn)行的可靠性受到影響。

4.3 金屬顆粒型放電模擬

通過實(shí)驗(yàn)得到該模擬狀況下的放電電壓和放電量分別為5 kV、12～25 pC，超聲波的頻率為20～120 kHz。該放電模型的放電穩(wěn)定性相比前兩種模型較差，但是其較低的放電量和較差的放電持續(xù)性使得其對配電開關(guān)柜運(yùn)行的影響相對較小。

4.4 絕緣氣隙型放電模擬

通過實(shí)驗(yàn)得到該模擬狀況下的放電電壓和放電量分別為2 kV、55～300 pC 超聲波的頻率為20～120 kHz。該放電模型的放電電壓雖然較低，但是放電量受到氣隙絕緣介質(zhì)的影響較大，使得其對配電開關(guān)柜產(chǎn)生一定影響。

5 檢測設(shè)備及現(xiàn)場測試

局部放電檢測設(shè)備應(yīng)用較多的是手持式局放測試儀，其結(jié)合了TEV 和超聲波測試2 中檢測方法，不僅能檢測不同類型的放電現(xiàn)象、輸出局部放電的幅值數(shù)值、脈沖數(shù)等指標(biāo)，更具有自我檢測的功能，應(yīng)用范圍較廣泛。配電開關(guān)柜的安裝數(shù)量較多，實(shí)施檢測時作業(yè)量較大，且局部放電所造成的結(jié)果往往比較惡劣，但是發(fā)生局部放電的概率較低，使手持式局測儀的使用效率大大提升。實(shí)際操作時可以首先運(yùn)用手持式局測儀對所有設(shè)備進(jìn)行簡單檢測，排除80%以上的正常運(yùn)行設(shè)備，再對懷疑存在局部放電現(xiàn)象的剩余設(shè)備運(yùn)用定位系統(tǒng)進(jìn)行更精準(zhǔn)的測試，從而判斷實(shí)際發(fā)生局放現(xiàn)象的設(shè)備，并對其信號、位置等進(jìn)行精準(zhǔn)測試，以此制定相應(yīng)的檢修方案，開展檢修工作。在實(shí)際操作時要注意分批次進(jìn)行，以減少設(shè)備之間的相互干擾性質(zhì)和其他可能的干擾因素，增強(qiáng)局放檢測的效率的準(zhǔn)確度。

6 結(jié)語

配電開關(guān)柜由于其在配電網(wǎng)中的獨(dú)特地位，其運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性及可靠性具有重要意義。在配電開關(guān)柜的絕緣系統(tǒng)中，不同部位的電場強(qiáng)度存在差異，某個區(qū)域的電場強(qiáng)度一旦達(dá)到其擊穿場強(qiáng)時，該區(qū)域就會出現(xiàn)放電現(xiàn)象，通過對不同放電模型的構(gòu)造，還原實(shí)際中的放電情況，測量局部放電所發(fā)出的不同的超聲波頻率、放電性的穩(wěn)定性、放電電壓等級以及放電量等指標(biāo)，依據(jù)其不同的指標(biāo)值設(shè)計(jì)不同的放電模擬類型，通過檢測信號的幅值（dB值或mV 值），局放發(fā)生的部位、局放的類型、設(shè)備結(jié)構(gòu)綜合判斷，能夠有效判斷局部放電的嚴(yán)重程度，從而合理制定檢修策略。