35kV電壓等級(jí)下配電線路局部放電檢測(cè)技術(shù)研究

特變電工昭和（山東）電纜附件有限公司 王 振 劉 彬

隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，高壓配電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)保障電力供應(yīng)具有重要意義。局部放電作為電力系統(tǒng)中的一種常見現(xiàn)象，會(huì)對(duì)配電線路的安全和穩(wěn)定產(chǎn)生嚴(yán)重影響。本文針對(duì)35kV電壓等級(jí)下配電線路局部放電檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行研究，旨在提高配電線路的運(yùn)行安全和可靠性。

1 配電線路局部放電概述

1.1 局部放電的定義和形成機(jī)理

局部放電是指在電氣設(shè)備的絕緣系統(tǒng)中，由于局部電場(chǎng)強(qiáng)度過高而導(dǎo)致的微弱放電現(xiàn)象。局部放電的形成機(jī)理主要包括電場(chǎng)集中、氣體放電、液體介質(zhì)放電和表面放電等[1]。

電場(chǎng)集中通常是由于絕緣系統(tǒng)中存在幾何形狀不均勻、材料導(dǎo)電性不均勻或者局部缺陷等因素導(dǎo)致局部電場(chǎng)強(qiáng)度增加，從而形成局部放電。幾何形狀不均勻可能出現(xiàn)在設(shè)備設(shè)計(jì)、制造和安裝過程中，如尖銳邊緣、凹陷等。材料導(dǎo)電性不均勻可能源于絕緣材料的非均質(zhì)性、氣泡和雜質(zhì)等，這些都可能導(dǎo)致局部電場(chǎng)強(qiáng)度的增加。

氣體放電主要發(fā)生在設(shè)備內(nèi)部的氣隙和氣泡中，通常與絕緣材料的制造工藝、設(shè)備的組裝質(zhì)量和設(shè)備內(nèi)部的溫度、壓力等因素密切相關(guān)。局部高電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)導(dǎo)致氣體電離放電，進(jìn)而引發(fā)局部放電。在氣體放電過程中，充填設(shè)備內(nèi)部的氣體可能會(huì)形成自由電子、離子和激發(fā)態(tài)分子等不同的電離產(chǎn)物，這些產(chǎn)物可能對(duì)絕緣材料和設(shè)備結(jié)構(gòu)造成進(jìn)一步的損害。

液體介質(zhì)放電（如油浸式變壓器中的絕緣油）中，由于油品質(zhì)量、油中雜質(zhì)和油中氣泡等原因，可能出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象。液體介質(zhì)放電通常表現(xiàn)為微弱的光電和聲學(xué)信號(hào)，容易受環(huán)境噪聲干擾。因此，在液體介質(zhì)放電檢測(cè)中，需要對(duì)絕緣油進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，確保其純凈度。

表面放電主要發(fā)生在絕緣設(shè)備的表面，如絕緣子、套管、開關(guān)設(shè)備等。表面放電通常由于設(shè)備表面污穢、潮濕或存在缺陷等原因?qū)е?。具體來說設(shè)備表面污穢可能來自環(huán)境中的灰塵、污水、鹽分、酸雨等，這些污物可能導(dǎo)致設(shè)備表面導(dǎo)電性增強(qiáng)，從而引起表面放電。潮濕條件下，絕緣設(shè)備表面的水分可能形成導(dǎo)電通道，降低設(shè)備表面的絕緣性能，容易引發(fā)表面放電。

1.2 局部放電在配電線路中的危害和影響

局部放電對(duì)配電線路的危害主要表現(xiàn)在：加速絕緣材料老化，降低設(shè)備壽命，增加設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)，影響供電穩(wěn)定性，降低供電可靠性等方面。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

加速絕緣材料老化：局部放電會(huì)產(chǎn)生高能量的微弱放電，這些放電會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)，導(dǎo)致絕緣材料的老化。絕緣材料老化后，其性能逐漸下降，容易出現(xiàn)絕緣擊穿等現(xiàn)象[2]。

降低設(shè)備壽命：局部放電導(dǎo)致絕緣材料老化，設(shè)備壽命隨之降低。設(shè)備更換周期縮短，設(shè)備維護(hù)成本增加，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。

增加設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)：局部放電可能引發(fā)部分絕緣擊穿，甚至導(dǎo)致設(shè)備故障。設(shè)備故障不僅影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，還可能引發(fā)火災(zāi)、爆炸等安全事故。

影響供電穩(wěn)定性：局部放電會(huì)導(dǎo)致設(shè)備參數(shù)變化，進(jìn)而影響配電線路的參數(shù)分布，進(jìn)一步影響供電穩(wěn)定性。供電穩(wěn)定性降低可能導(dǎo)致電壓波動(dòng)、電流不平衡等問題，進(jìn)而影響用戶用電質(zhì)量。

降低供電可靠性：局部放電可能導(dǎo)致設(shè)備故障，從而引發(fā)電力系統(tǒng)的瞬時(shí)停電或長(zhǎng)時(shí)間停電。此外，局部放電可能引發(fā)繼電保護(hù)動(dòng)作，導(dǎo)致部分用戶停電。這些因素都會(huì)降低供電可靠性，影響電力系統(tǒng)正常運(yùn)行。

綜上所述，局部放電在配電線路中會(huì)產(chǎn)生諸多不利影響，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理局部放電問題對(duì)于提高配電線路運(yùn)行安全和可靠性具有重要意義。通過采用合適的局部放電檢測(cè)技術(shù)，可以有效地識(shí)別和定位局部放電現(xiàn)象，從而采取措施降低局部放電對(duì)配電線路的危害。

2 35kV電壓等級(jí)下配電線路局部放電檢測(cè)技術(shù)研究

針對(duì)35kV電壓等級(jí)下的局部放電檢測(cè)，本文主要探討電壓法、超聲波法和高頻電流法等檢測(cè)技術(shù)的原理和應(yīng)用。

一是電壓法。在35kV電壓等級(jí)下的局部放電檢測(cè)中，電壓法作為一種簡(jiǎn)單且實(shí)用的技術(shù)，具有較高的應(yīng)用價(jià)值[3]。電壓法通過測(cè)量局部放電產(chǎn)生的微弱脈沖電壓信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。這種方法對(duì)于檢測(cè)線路中的局部放電現(xiàn)象具有較高的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。

電壓法的檢測(cè)原理是基于捕捉局部放電產(chǎn)生的脈沖電壓信號(hào)。當(dāng)局部放電發(fā)生時(shí)，絕緣材料內(nèi)部或表面會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)的電荷重分布。這種電荷重分布導(dǎo)致局部電場(chǎng)發(fā)生改變，進(jìn)而產(chǎn)生脈沖電壓信號(hào)。這些信號(hào)具有短時(shí)間寬度和快速上升邊沿的特點(diǎn)，可以反映局部放電的強(qiáng)度和特性。

在實(shí)際檢測(cè)過程中，首先需要選擇合適的電壓傳感器并將其安裝在待測(cè)線路上。電壓傳感器的選擇需要考慮其類型、靈敏度、頻響應(yīng)范圍和抗干擾能力等因素。一般來說，傳感器可選擇電容式耦合傳感器或電阻式耦合傳感器，靈敏度應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景選擇，頻響應(yīng)范圍通常在幾十kHz至幾百M(fèi)Hz之間，抗干擾能力要求較高，以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的檢測(cè)環(huán)境。

二是超聲波法。超聲波法是一種利用局部放電產(chǎn)生的超聲波信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的方法。這種信號(hào)具有較高的空間定位能力，有助于迅速定位故障點(diǎn)。超聲波法的檢測(cè)原理主要是捕捉局部放電過程中產(chǎn)生的高頻超聲波信號(hào)[4]。當(dāng)局部放電發(fā)生時(shí)，放電過程中的能量釋放導(dǎo)致局部氣體壓力波動(dòng)，進(jìn)而在絕緣材料內(nèi)部或表面產(chǎn)生超聲波信號(hào)。然后通過使用高靈敏度的超聲波傳感器來檢測(cè)這些信號(hào)，將信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行處理和分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)局部放電的檢測(cè)。

檢測(cè)過程中采集到的超聲波信號(hào)需經(jīng)過信號(hào)處理和分析，以提高檢測(cè)準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。信號(hào)處理過程中需要考慮濾波、去噪、特征提取等方法，以降低背景噪聲對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響并提高信號(hào)的可辨識(shí)度。此外，對(duì)于超聲波信號(hào)的分析，可以采用時(shí)域、頻域和時(shí)頻域等多種分析方法，以提取局部放電的特征信息。

圖1 超聲波法檢測(cè)原理圖

三是高頻電流法。高頻電流法通過檢測(cè)局部放電產(chǎn)生的高頻電流信號(hào)來識(shí)別和定位故障。這種方法對(duì)于檢測(cè)線路中的局部放電現(xiàn)象具有較高的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。

高頻電流法的檢測(cè)原理是捕捉局部放電產(chǎn)生的高頻電流信號(hào)。當(dāng)局部放電發(fā)生時(shí)，放電過程中的能量釋放導(dǎo)致局部電荷迅速流動(dòng)，進(jìn)而在絕緣材料內(nèi)部或表面產(chǎn)生高頻電流信號(hào)。這些高頻信號(hào)往往具有較大的頻率范圍，可以提供有關(guān)局部放電活動(dòng)的豐富信息[5]。

在實(shí)際檢測(cè)中，一般采用高頻電流傳感器來捕捉這些微弱的信號(hào)，然后連接數(shù)據(jù)采集設(shè)備并啟動(dòng)檢測(cè)。采集到的高頻電流信號(hào)經(jīng)過處理和分析后，根據(jù)分析結(jié)果對(duì)局部放電狀況進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估過程中需要結(jié)合設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、歷史數(shù)據(jù)和檢測(cè)環(huán)境等因素，以得出準(zhǔn)確的局部放電診斷結(jié)果。

綜上所述，三種檢測(cè)方法都能夠有效地識(shí)別和定位故障點(diǎn)，具有較好的檢測(cè)效果和實(shí)用性。同時(shí)，在檢測(cè)過程中，都需要考慮諸如傳感器選型、數(shù)據(jù)采集設(shè)備性能、信號(hào)處理技術(shù)等方面的影響。為提高檢測(cè)效果，應(yīng)選擇具有高靈敏度、寬頻響應(yīng)范圍和抗干擾能力的傳感器。此外，數(shù)據(jù)采集設(shè)備應(yīng)具有高采樣率、寬動(dòng)態(tài)范圍和較高信噪比等性能。在設(shè)備正常運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行檢測(cè)，有助于更準(zhǔn)確地識(shí)別局部放電現(xiàn)象。

不同檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)分析。在35kV電壓等級(jí)下的局部放電檢測(cè)技術(shù)中，電壓法、超聲波法和高頻電流法各具優(yōu)缺點(diǎn)。本部分將對(duì)這三種方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析，以便為選擇合適的局部放電檢測(cè)技術(shù)提供參考依據(jù)。

首先，電壓法。假設(shè)在一個(gè)35kV配電線路中存在一處局部放電現(xiàn)象，如果采用電壓法進(jìn)行檢測(cè)，可以直接通過測(cè)量局部放電產(chǎn)生的微弱脈沖電壓信號(hào)來確定其發(fā)生位置。然而，由于該方法對(duì)環(huán)境噪聲敏感，例如在開關(guān)柜旁有高壓電纜時(shí)，高壓電纜產(chǎn)生的電磁干擾可能會(huì)影響檢測(cè)準(zhǔn)確性。此外，電壓法需要高靈敏度的傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，例如傳感器的靈敏度需要達(dá)到0.1μV/mV，成本較高。

其次，超聲波法。在相同的35kV配電線路場(chǎng)景中，超聲波法可以通過局部放電產(chǎn)生的超聲波信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。優(yōu)點(diǎn)在于具有良好的抗干擾性能，例如當(dāng)附近有其他設(shè)備運(yùn)行時(shí)，超聲波法仍然能夠保持較高的檢測(cè)準(zhǔn)確性。同時(shí)，其定位精度可達(dá)到幾厘米，便于確定局部放電的位置。但由于超聲波在空氣中傳播距離有限，例如距離超過10m時(shí)，信號(hào)可能衰減較快，從而影響檢測(cè)效果。

最后，高頻電流法。在同樣的場(chǎng)景中，高頻電流法可以通過測(cè)量局部放電產(chǎn)生的高頻電流信號(hào)來進(jìn)行檢測(cè)。該方法具有較好的抗干擾性能，例如在存在大量電磁干擾源的場(chǎng)合，高頻電流法仍能保持較高的檢測(cè)準(zhǔn)確性。此外，其響應(yīng)速度較快，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。然而，高頻電流法對(duì)傳感器性能要求較高，例如需要使用寬帶響應(yīng)的羅氏線圈等傳感器，成本相對(duì)較高。同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，局部放電信號(hào)可能受到衰減影響，例如在長(zhǎng)距離傳輸線路上，信號(hào)衰減可能降低檢測(cè)效果。

綜上所述，35kV電壓等級(jí)下的局部放電檢測(cè)技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)。在選擇合適的檢測(cè)技術(shù)時(shí)，應(yīng)綜合考慮設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、檢測(cè)環(huán)境以及檢測(cè)需求等因素。通過合理選用檢測(cè)技術(shù)，可以提高配電線路局部放電檢測(cè)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，從而確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

表1 各檢測(cè)方法對(duì)比

3 結(jié)語

本文針對(duì)35kV電壓等級(jí)下配電線路局部放電檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了研究，介紹了局部放電的概念、形成機(jī)理以及危害，分析了不同檢測(cè)技術(shù)的原理和優(yōu)缺點(diǎn)。通過研究發(fā)現(xiàn)，35kV電壓等級(jí)下的配電線路局部放電檢測(cè)技術(shù)手段已經(jīng)很豐富，但仍須進(jìn)一步優(yōu)化和完善。今后的研究應(yīng)著重于提高檢測(cè)準(zhǔn)確性、降低設(shè)備成本以及簡(jiǎn)化信號(hào)處理等方面，以提升配電線路的運(yùn)行安全和可靠性。