局部放電帶電檢測技術在變電站檢測中的應用

尚玉祺

山東泰開高壓開關有限公司 山東泰安 271000

變壓器中絕緣部分的質量對變壓器設備整體的使用性能和壽命都至關重要，因為絕緣劣化將產生局部放電現(xiàn)象，引發(fā)電力設備故障。這種情況是因為變壓器內部各體制間的絕緣體為部分橋接，這樣在一定范圍內的導體會在絕緣體放電時產生帶電反應。一般的局部放電可視作電力輸送設備中的常規(guī)現(xiàn)象，不會對整個變壓器系統(tǒng)造成過大的影響，由于電力強度較高會造成電弧擊穿。若局部放電現(xiàn)象出現(xiàn)的較為頻繁，發(fā)生點位較多時就會破壞電力變壓器的完整性，電場強度越大，故障發(fā)生率越高，用電風險也會加大。

1 局部放電類型

1.1 電暈放電

電暈放電是指電纜導體部分出現(xiàn)毛刺、尖端等凸起的局部部位，隨著電場強度增大，超過空氣的電離場強，從而使此凸起部分附近空氣發(fā)生電離，出現(xiàn)電暈放電現(xiàn)象而發(fā)生電纜的局部放電。這是因為導體尖端或者毛刺等曲率半徑較小的區(qū)域電荷更易聚集和積累，隨著電荷的積累此處場強會很大，從而使氣體電離發(fā)生電暈。電暈放電發(fā)生時導體與絕緣層的間隙并沒有被擊穿，其只是發(fā)生在導體尖端或者毛刺等曲率半徑較小的附近的氣體區(qū)域，且伴隨著光和聲音等現(xiàn)象同時還可能會產生一些化學氣體。一般情況下，導體尖端發(fā)生放電產生的放電脈沖主要聚集在負半周，但若電壓很高，正半周也可能會出現(xiàn)放電脈沖。如果放電端是接地端，放電脈沖則主要聚集在正半周。隨著電壓增大，電暈放電次數(shù)會逐漸增多，單次放電量基本不變[1]。

1.2 絕緣介質放點

絕緣介質的內部放電，變壓器內部存在著各種不同介質常數(shù)的物質，氣態(tài)物質的介質常數(shù)遠小于固態(tài)，且與場強排列成反比，當該區(qū)域電壓增大時，局部越遠薄弱點氣穴反應較大，產生放電現(xiàn)象；絕緣介質的沿面放電，電場中的某個場強分量平行于介質表面，當其高于耐受場強時，絕緣介質的彎曲處、邊沿和四角位置都會發(fā)生表面放電；尖端放電，交變電場下，導體曲率半徑較小的尖端位置會因為極不均勻的高強度電場產生電暈放電現(xiàn)象。

2 局部放電帶電檢測技術在變電站檢測中的應用

2.1 差分法

差分法是將兩個電容耦合器分別置于電纜兩端的屏蔽層上，再將兩個電容耦合器利用一個檢測阻抗連接構成回路。這樣若被測電纜發(fā)生局部放電，電纜兩端會產生一個瞬時電壓差，并在回路中產生一脈沖電流，脈沖電流經過檢測阻抗會產生一脈沖電壓信號，采集、放大并把此信號顯示出來，從而用以觀察、檢測局部放電是否發(fā)生。該方法簡單易行，但是在高頻信號中衰減程度較大，靈敏度不足。

2.2 紅外檢測

紅外線檢測技術常用于設備測溫。變電設備在運行時會受到某些因素的影響導致設備局部溫度過高。在變電設備溫度升高過程中，應用紅外測溫裝置可以科學合理地檢測設備溫度和分布規(guī)律，借此方式來判斷設備的實際運行狀態(tài)，及時判斷設備是否出現(xiàn)異常情況，再根據判斷結果來完成對設備的預見性檢測和維護。此項技術在實際應用時由于不會受到電磁場的影響和干擾，所以最終檢測結果的準確性較高[2]。

2.3 超聲檢測

超聲波特指頻率在20kHz以上人耳聽不到的聲波。檢測原理：電力電纜發(fā)生局部放電時，會伴生超聲波信號，而超聲波具有頻率高、波長短的特點。超聲波屬于機械振動波的一種，當變電站發(fā)生局部放電時，能量瞬時爆發(fā)，電能通過聲能、光能、熱能以及電磁能的形式釋放出去，周圍空氣間隙被擊穿放電，電能轉化為熱能，放電周圍的氣體受熱膨脹，并通過聲波向外傳播，周圍氣體溫度超出環(huán)境溫度；當這些氣體冷卻時，開始收縮，產生后續(xù)波，后續(xù)波的頻率和強度都比較低，并有很寬的頻帶；由于局部放電的區(qū)域較小，所以局放聲源即為點聲源，開放式超聲波傳感器可以檢測到這種超聲波信號，并進行處理，從而判斷局放存在并能夠定位。

3 案例分析

本文對某110kV變電站運行期間其35kV進出線電纜進行局部放電檢測，檢測方法示意圖如圖1所示。數(shù)據采集傳感器安裝在接地變壓器套管下方電纜外護套接地處，環(huán)境傳感器安裝在接地銅排處。等效測量回路如圖2所示。

開展局部放電檢測后發(fā)現(xiàn)，接地變壓器進線電纜存在局部放電現(xiàn)象，放電量約1000pC，位于電纜靠近接地變壓器套管處。環(huán)境傳感器未檢測到局部放電信號，因此排除了數(shù)據采集傳感器中信號為外部干擾的可能。隨后使用差分法進行電纜局部放電單端定位，根據電纜長度、脈沖波速及脈沖式時間差計算得故障位置為距離傳感器1m處。由綜合分析，該處電纜存在沿面放電現(xiàn)象。經對該段電纜停電解體，發(fā)現(xiàn)該位置電纜本體存在明顯的沿面放電痕跡。通過檢測準確定位了電纜的放電位置，避免了進一步的事故和損失，因此，該檢測方法有效且較為準確，具有實際的意義[3]。

4 結語

局放帶電檢測對于變電站局部放電信號的檢測是一個行之有效的方法。變電站內缺陷不同，其產生的超聲波信號也不同。如果特高頻有檢測到異常信號，通過特高頻波形信號起始位置的時間差，也可以對故障位置定位。綜合應用各種帶電檢測技術，可以準確判斷局放信號的性質和位置，為之后的檢修工作提供依據，提高變電站故障處理的效率，避免電網事故的擴大。