變電站一次設(shè)備高電壓放電原因介紹及預(yù)防對策解析

周鵬飛

（內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司錫林郭勒供電分公司，內(nèi)蒙古錫林郭勒 026000）

0.引言

為了滿足人們?nèi)粘Ｉ钚枨?，變電站在長期持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不可避免地會存在各種類型的故障。一次設(shè)備的高壓放電，其實會使得各類絕緣設(shè)備受到電壓的沖擊而出現(xiàn)損壞問題，這種故障過程中產(chǎn)生的高壓并不會使得絕緣體的整個結(jié)構(gòu)都遭到破壞，雖然不會對設(shè)備的絕緣性造成非常嚴(yán)重的毀滅性傷害，但是仍然會逐步將設(shè)備的絕緣能力削弱?，F(xiàn)有的設(shè)備檢驗技術(shù)與方式，其檢測效率普遍比較低下，為了防止設(shè)備損壞，需要對相關(guān)問題進(jìn)行持續(xù)的研究與思考。

1.變電站一次設(shè)備常見局部放電類型與原因

變電站一次設(shè)備放電并不是一種全部擊穿的方式，這種風(fēng)電實際上是間斷進(jìn)行的。根據(jù)現(xiàn)有記錄來看，它不會形成非常穩(wěn)定的放電通道，這種故障對設(shè)備的影響是長期的，雖然不會帶來毀滅性損壞或一次性打擊，但是仍然會造成設(shè)備絕緣性能的下降。

1.1 電暈放電

如果在周圍環(huán)境光線足夠暗的情況下，其實是可以觀察到電極尖端出現(xiàn)光環(huán)的，這也就是電暈放電。這種放電與常見的火花放電是不同的，沒有形成穩(wěn)定的放電通道且危害性相對較小。變電站的各類設(shè)備和電機(jī)種類眾多，使用情況也不盡相同，加之電荷分布隨機(jī)性很高，實際出現(xiàn)電暈放電的具體原因存在著較大差異[1]。

電源放電對于整個電力系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定安全的運(yùn)行會產(chǎn)生多方面的負(fù)面影響。這種放電現(xiàn)象在超高壓輸電路上是比較容易發(fā)生的，一旦發(fā)生，就會使輸電線路的功率損耗出現(xiàn)增加，會對周圍進(jìn)行無線電傳輸?shù)母黝愋盘栐斐杀容^嚴(yán)重的干擾。因此，高壓電纜線路要盡可能地減少，并且避免高壓電纜線路發(fā)生放電現(xiàn)象。線路上的問題，可以通過采取分裂導(dǎo)線的方式，在一定程度上進(jìn)行解決。

如果高壓電氣設(shè)備出現(xiàn)了電暈放電，設(shè)備的絕緣強(qiáng)度會被一步一步地慢慢破壞，這種放電沒有辦法使高壓電氣設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)直接被擊穿，但仍然會損害設(shè)備運(yùn)行[2]。

1.2 尖端放電

這種放電實際上是電暈放電的一種，一些電力設(shè)備不可避免地會存在一些毛刺，這種尖端放電就比較容易發(fā)生在導(dǎo)體有毛刺的部位和區(qū)域，會造成氣體的擊穿。尖端放電的產(chǎn)生原因?qū)嶋H上與導(dǎo)體表面形狀關(guān)系較大，對于導(dǎo)體來說，電荷的聚集情況與導(dǎo)體的物理結(jié)構(gòu)外形有關(guān)，對于弧度較低的導(dǎo)體表面甚至可以出現(xiàn)電荷為零的狀況。但是對于具有尖端的導(dǎo)體來說，會在其尖端部位富集打量著電荷，如果電荷密度足夠大，與空氣中游離的正負(fù)帶電離子進(jìn)行相應(yīng)的作用，會使得空氣出現(xiàn)被擊穿的現(xiàn)象，在放電電壓較大的情況下，甚至可以看到一些電火花，聽到放電時發(fā)出的聲音。

對于高壓線來說，他們的尖端部分是非常容易發(fā)生放電現(xiàn)象的，而這種放電一旦發(fā)生，由于高壓線的另外一端與電源相連，可以提供源源不斷的電荷，放電問題會持續(xù)地發(fā)生[3]。

1.3 表面放電

如果說絕緣體表面存在了一些污水或者灰塵等導(dǎo)電的物質(zhì)，難以避免地會發(fā)生相應(yīng)的表面放電問題與現(xiàn)象。表面放電的發(fā)生，會使得絕緣體本身所擁有的絕緣能力被較為嚴(yán)重地?fù)p傷與破壞，如果設(shè)備的絕緣性能受到損傷，后續(xù)造成的設(shè)備損壞問題是比較容易出現(xiàn)和發(fā)生的，對于整個電力系統(tǒng)來說，其供電的穩(wěn)定性與可靠性就會受到較為明顯的挑戰(zhàn)。如果設(shè)備出現(xiàn)了絕緣性能的降低，有可能會對設(shè)備操作人員等員工的人身安全造成威脅。

表面放電產(chǎn)生的原因是因為電荷聚集在覆蓋在設(shè)備表面的導(dǎo)電物質(zhì)上，如果說正負(fù)電荷持續(xù)在表面進(jìn)行聚集，后續(xù)有可能會因為帶電電荷量的增加而出現(xiàn)擊穿問題[4]。

1.4 顆粒放電

這一種放電現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生在設(shè)備的內(nèi)部，如果說有一些顆粒物存在封閉的設(shè)備可體之內(nèi)，這些顆粒在出現(xiàn)來回跳動和運(yùn)動的過程中，經(jīng)過絕緣物體的時候會對絕緣物體表面造成絕緣性能的損壞，出現(xiàn)放電的現(xiàn)象[5]。

2.檢測與預(yù)防

2.1 電檢測法

導(dǎo)體發(fā)生局部的放電，表面就會聚集大量的電荷，這些介質(zhì)經(jīng)過如空氣等其他介質(zhì)可以對另一個電極造成影響，使得另一個電極上出現(xiàn)電壓的波動現(xiàn)象，這種波動的持續(xù)時間非常短，如果是在變壓器的油電中出現(xiàn)的，它的放電時間甚至沒有辦法超過1ms，放電的過程同時伴隨著電磁信號的輻射。

2.1.1 脈沖電流檢測法

脈沖電流檢測法實際上在變電站中已經(jīng)被較為廣泛地應(yīng)用了，一些變電站也有相應(yīng)的檢測標(biāo)準(zhǔn)，并且對在工頻條件下脈沖電流法的局部放電檢測進(jìn)行了相應(yīng)的規(guī)范。這種檢測方法不僅適用于交流，還適用于直流環(huán)境。常用的方法可以分為兩種，第一種是平衡法，第二種是直測法。相比起指測法，平衡法有更強(qiáng)的抑制干擾能力，因此會得到較為廣泛的應(yīng)用，但其本身的靈敏度不如直測法。直測法的靈敏度雖然高，但是卻較為容易受到小波的干擾。在現(xiàn)場的環(huán)境中，由于實際電磁環(huán)境十分復(fù)雜，各類設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)復(fù)雜，通常會使用平衡法來完成相應(yīng)的檢測工作?？傮w來說，脈沖檢測法實際上還是比較容易受到電磁干擾的[6]。

2.1.2 無線電干擾電壓法

無線電干擾電壓法依據(jù)在電暈放電的時候會發(fā)生短暫的電磁波現(xiàn)象，開展相應(yīng)的檢測工作，可以考慮借助具有無線電干擾能力的電壓表，對局部放電的情況進(jìn)行細(xì)致的檢測。這種檢測方法不僅能夠適用于對局部放電情況的判斷，還可以根據(jù)所檢測到的電磁信號本身的強(qiáng)弱進(jìn)行故障定位，能夠?qū)植糠烹姀?qiáng)弱的程度進(jìn)行比較明確的判斷。在現(xiàn)場的應(yīng)用過程中，這種檢測方法的實用性比較良好。

2.1.3 超高頻局部放電監(jiān)測技術(shù)

目前來說，會用微帶天線作為傳感器完成相應(yīng)的傳感工作，超高頻局部放電監(jiān)測技術(shù)提出與應(yīng)用的時間較早。目前，在變壓器GPS等設(shè)備都有著較為普遍應(yīng)用的情況下，相關(guān)監(jiān)測人員利用這種方法可以對干擾時發(fā)生的噪聲差異進(jìn)行較為明確的分辨與判斷。實際的超高頻監(jiān)測法可以分為超高頻窄帶監(jiān)測法和寬帶檢測法兩種，具體的差異主要是由帶寬帶來的。在局部放電的過程中會有較強(qiáng)的噪聲信號，借助這一原理可以將局部放電時所出現(xiàn)的電磁信號進(jìn)行還原，這也是超高頻檢測法的技術(shù)原理與依據(jù)[6]。

2.1.4 介質(zhì)損耗法

介質(zhì)損耗法是另一種檢測方法，放電的時候會帶來絕緣強(qiáng)度與能力的降低，這個原因?qū)嶋H上與放電時消耗的能量有著較為密切的聯(lián)系，完成對放電時消耗功率情況的測量，是可以促進(jìn)相關(guān)檢測技術(shù)進(jìn)步的，介質(zhì)損耗法就是根據(jù)這一原理開展的檢測方式。目前來說，這一檢測與分析方法僅僅能夠?qū)υO(shè)備是否發(fā)生了局部放電的情況進(jìn)行了分析與判斷，它的實際應(yīng)用范圍還沒有得到較好推廣，這一技術(shù)還需要進(jìn)一步提升與發(fā)展。

根據(jù)上述內(nèi)容，我們可以了解到電檢測法中的脈沖電流檢測法應(yīng)用實際上是最為廣泛的，這種技術(shù)最為成熟，共檢測的靈敏度能夠符合現(xiàn)有情況的具體需要，將脈沖電流法與高頻檢測進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)合，現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)可以做到對局部放電時的波形進(jìn)行還原[7]。

2.2 測法開展相應(yīng)的檢測工作

2.2.1 聲測法

聲測法的開展主要依靠的是在局部放電發(fā)生的過程中電介質(zhì)被擊穿會發(fā)出一些聲音。這種聲音通常時間很短，通過將聲音信號進(jìn)行監(jiān)測，轉(zhuǎn)化為電信號，我們就可以非常好地對設(shè)備的局部放電情況進(jìn)行監(jiān)測與分析。如果說電解質(zhì)是由內(nèi)的液態(tài)物質(zhì)，可以選用液態(tài)水傳感器，如果電解質(zhì)是固體狀態(tài)，可以用聲吶傳感器。總體來說，借助這些傳感器能夠完成對聲音信號的實時監(jiān)控，再經(jīng)過與現(xiàn)有信息技術(shù)的結(jié)合就可以遠(yuǎn)程監(jiān)測局部放電情況。

在進(jìn)行檢測傳感器的選擇過程中，需要格外慎重，傳感器必須要能夠保證足夠的頻帶。如果說選取的傳感器頻帶過于小，在對現(xiàn)場環(huán)境聲音情況進(jìn)行檢測與采集的時候，就非常容易對監(jiān)測的準(zhǔn)確性造成不良影響和干擾。另外，不可以使得傳感器本身的尺寸比聲波的長度大太多，這樣會對生測法的精度造成影響，但是如果尺寸選擇的過小也有可能會使得靈敏度達(dá)不到使用要求。因此，如何進(jìn)行聲音傳感器的選取是聲測法開展與進(jìn)行過程中非常需要注意的重點(diǎn)方面，具體的選用要與現(xiàn)場的實際環(huán)境與情況進(jìn)行積極的結(jié)合與分析，做到傳感器使用和選取合理。

聲測法實際上也包括著超聲波檢測法的應(yīng)用，這種方法與其他的電檢測法相比擁有更為良好的環(huán)境實用性，尤其是對于變電站內(nèi)一次設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜的環(huán)境進(jìn)行局部放電檢測與分析。這種檢測方法還擁有更好的故障源定位能力，可以在較為復(fù)雜的設(shè)備結(jié)構(gòu)中做到更為精準(zhǔn)的確定局部放電位置。但是這種方法沒有辦法很好地做到對放電信號強(qiáng)弱大小的具體監(jiān)測與控制，因此，還需要考慮結(jié)合其他監(jiān)測方法[8]。

2.2.2 光測法

光測法也是另外一種比較常見的方法，但是這種方法在變電站實際上并沒有得到較為廣泛的應(yīng)用，通常來說，會將這一技術(shù)在傳統(tǒng)一次電力設(shè)備的變壓器上進(jìn)行使用。

目前，光測法已經(jīng)得到了進(jìn)一步發(fā)展，可以與聲測法進(jìn)行結(jié)合，及應(yīng)用現(xiàn)有的聲光混合法進(jìn)行局部放電的檢測工作。對于一次設(shè)備變壓器進(jìn)行檢測時需要用到光纖傳感器，通過將傳感器浸入到變壓器的油中，如果發(fā)生了局部放電，就會出現(xiàn)機(jī)械應(yīng)力的變化，這些機(jī)械應(yīng)力會使得傳感器發(fā)生一定的形變，光波信號也會跟隨著出現(xiàn)變動，由此能夠完成對故障的定位工作。

2.2.3 化學(xué)檢測法

化學(xué)檢測法的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟了，也是比較傳統(tǒng)的檢測方法之一。在設(shè)備或變壓器內(nèi)部出現(xiàn)局部放電的時候，設(shè)備內(nèi)部例如油脂這樣的物質(zhì)會發(fā)生相應(yīng)的分解，這也是化學(xué)檢測法開展的重點(diǎn)依據(jù)。這一種方法是除去超聲波檢測閥以外的另一種常用的檢測方法。

但是與電量檢測法相比，非電量檢測法的靈敏度還有所欠缺，通常超聲波檢測法可以進(jìn)行故障的定位，化學(xué)檢測法對空氣或液體作為電解質(zhì)的環(huán)境與情況進(jìn)行局部放電檢測[8]。

2.3 其他檢測法

還有一些其他的檢測方法也可以完成局部放電的檢測工作。

2.3.1 油面位置劃線檢測

它的實際工作原理是根據(jù)儲油柜內(nèi)的油位變化而進(jìn)行的，在出現(xiàn)溫度變化的過程中，油位是會發(fā)生一定波動的。在油中，如果發(fā)生局部的放電，其實是會因為能量的增加而發(fā)生溫度升高。根據(jù)這一原理可以考慮在油面上設(shè)置浮球，再結(jié)合相應(yīng)的傳動機(jī)械結(jié)構(gòu)帶動指針出現(xiàn)一定的角度變化，由此，從儀表盤就可以看到，油位的實際變化情況將這些信號轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)信號進(jìn)行輸出，完成相應(yīng)的局部放電檢測。

2.3.2 氣體繼電器在線監(jiān)測

對于變壓器而言，可以采用這一方法完成相應(yīng)的監(jiān)測工作，變壓器內(nèi)部在發(fā)生局部放電時會產(chǎn)生一些氣體，氣體繼電器就可以借助控制回路對可能發(fā)生的危害進(jìn)行一定程度上的預(yù)防，如果監(jiān)測到相應(yīng)的氣體變化，該元件可以將變壓器自動切除，并及時向控制中心發(fā)出信號[9]。

2.3.3 避雷器運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測

在變電站的建設(shè)過程中，必須安裝和設(shè)置一些避雷裝置，避雷裝置是保證整個變電氣安全穩(wěn)定運(yùn)行的重點(diǎn)設(shè)備之一。通過對泄漏電流的局部放電情況進(jìn)行監(jiān)測可以做到對避雷器實際工作狀態(tài)與情況的分析。通過對比聯(lián)系兩端電壓情況的檢測來分析是否存在局部放電故障問題[10]。

3.結(jié)語

通過對局部放電原因和類型的分析可以對局部放電發(fā)生的原理與情況有更為深刻的認(rèn)識，借助現(xiàn)有的監(jiān)測技術(shù)做到更好地對局部放電進(jìn)行監(jiān)測，及時對各種問題進(jìn)行排除，更好地預(yù)防局部放電故障的發(fā)生。