高壓開關(guān)柜局部放電檢測及典型局放缺陷分析

滕曉斐

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司無錫供電分公司，江蘇 無錫 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)生局部放電嚴重影響設(shè)備安全可靠運行，在帶電條件下對封閉的高壓開關(guān)柜進行局部放電檢測是反映其內(nèi)部絕緣狀態(tài)的有效手段。本文主要對特高頻、暫態(tài)地電壓與超聲波檢測技術(shù)的原理和優(yōu)缺點進行介紹，為今后選取合理檢測方法提供依據(jù)。

1 特高頻類型檢測方法的主要原理及其特征

一般來講，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)柜裝置的傳送過程中將會引起電磁諧振的現(xiàn)象，此時將會產(chǎn)生特高頻率的電磁波信號，并且還會向周邊區(qū)域進行輻射，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觀察窗口向外部的空間進行輻射。特高頻率的檢測方法就是依據(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)散出來的電磁波信號的數(shù)據(jù)，并且對于此電磁波信號實施分析和研究的一類局部放電模式的測量方法，具體情況如圖1所示。和其他類型的局部放電模式的測試方法相比較，特高頻率的檢測方法具有一定的優(yōu)勢和特點，主要表現(xiàn)為：抗干擾的能力相對比較強、測量結(jié)果的靈敏程度比較高、檢測操作過程的執(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，因為打磨過程不完善可能會出現(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)的尖端因為具有比較小的曲率半徑，可能會造成周邊局部空間中的電場出現(xiàn)畸變情況，導(dǎo)致空氣中的游離電子活性增強并且造成局部區(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)下參考信號中的波形正、負半個周期均存在局部放電類型的情況，不過相關(guān)的信號波形表現(xiàn)為不對稱的形式，其中負半周期的放電信號的分布相比正半周期信號的分布更為密集，并且負半周期中的放電信號強度數(shù)值會略高于正半周期放電信號的強度數(shù)值。

（2）放電信號的分布特征表現(xiàn)得比較零散，具有較強的隨機特性。

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)備中某個金屬材質(zhì)的零件，因為受到電動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，進而會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，因為存在絕緣用的介質(zhì)，此時會出現(xiàn)電場的集中現(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)象將會導(dǎo)致周邊的介質(zhì)被燒毀或者是過度的老化，因此懸浮類型的放電現(xiàn)象會給相關(guān)設(shè)備的絕緣效果帶來嚴重的威脅。通常來講，高壓類型開關(guān)柜裝置內(nèi)部的懸浮類型放電問題具有如下的狀況：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)電場畸變情況，此時可能導(dǎo)致絕緣表面發(fā)生放電的現(xiàn)象，這類放電情況再進一步發(fā)展將會造成外部絕緣材料發(fā)生一定程度的老化，如果情況嚴重的情況下，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)細小尺寸的裂紋，將會導(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，此時兩者處于一次高壓類型的繞組生成的高壓電場的區(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，其放電過程中出現(xiàn)的損壞可以分成沒有擊穿的狀態(tài)、間歇性擊穿的狀態(tài)及完全被擊穿的狀態(tài)這3個不同的類型和階段，局部放電的過程主要包含了沒有擊穿及間歇性擊穿這2種情況。這其中沒有擊穿的狀態(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，不過其綜合絕緣水平依舊保持了比較理想的狀態(tài)，這個時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)進行正常的使用了，這個時候如果能夠迅速去除放電的源頭并且及時更換出現(xiàn)絕緣問題的相關(guān)設(shè)備，則能夠有效預(yù)防事故問題的繼續(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，各項功能指標(biāo)可以說完全失效，因為電弧的放電情況是一類非常嚴重的放電情況，相關(guān)的設(shè)備如果到了此階段，高壓類型的開關(guān)柜裝置將會存在隨時可能發(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)柜裝置局部放電測試工作的可行性研究

一般來說，高壓類型開關(guān)柜在其運行的過程中，因為產(chǎn)品的綜合質(zhì)量及工作環(huán)境各項因素，可能造成某個位置絕緣能力發(fā)生明顯的下降。如果高壓類型開關(guān)柜內(nèi)部的電場情況出現(xiàn)畸變的情況，這類區(qū)域?qū)捎诮^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)生局部放電的過程將會伴隨有聲、光和電等層面的顯著變化，并且隨之還會出現(xiàn)一定程度的電磁波信號及機械波信號，因此只要對這個過程中出現(xiàn)的機械波及電磁波，加上相應(yīng)的聲、光和電等方面的信息數(shù)據(jù)實施詳盡的檢測和捕捉，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題出現(xiàn)的嚴重程度等情況進行有效的評估和判斷，進而為相關(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)象的檢測方法能夠測出的局部放電數(shù)值和實際情況下的放電電量并沒有建立相對嚴謹?shù)亩柯?lián)系，僅僅可以實行定性類型的描述。在日常檢測與維修的實際操作過程中，現(xiàn)場工作人員通常使用根據(jù)比較類型方法的操作模式來實施局部放電水平的研究和分析工作。當(dāng)變電站處于正常運行狀態(tài)的時候，開關(guān)室內(nèi)的局部放電數(shù)值一般會處于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)值過大的情況。不過因為某些局部放電過大的狀態(tài)可能是因為開關(guān)柜裝置自身所攜帶的負載數(shù)值過大而產(chǎn)生的，為此對這種狀態(tài)必須實施重點關(guān)注和辨別，一般情況下的具體做法為：如果發(fā)現(xiàn)此類問題，需要強化定期的檢測工作。假如局部放電的數(shù)值大于50 dB，則表明此時的系統(tǒng)中，此開關(guān)室內(nèi)部存在著放電的情況，此時就應(yīng)該使用局部放電的定位方法對這個局部放電的具體區(qū)域?qū)嵤┒ㄎ唬唧w位置確定之后立即進行相應(yīng)的維修和處理[3]。

5 局部放電的測試方法及現(xiàn)場測試過程

5.1 背景局部放電測試方法

通常在進行局部放電測試的時候，相關(guān)工程技術(shù)人員為了針對局部放電水平實施有效的評估，必須對開關(guān)室內(nèi)部的空氣及金屬部位的局部放電數(shù)值實施測量。對于空氣實施局部放電數(shù)值測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)位置的方式來實施測試工作，通過測試之后，相應(yīng)開關(guān)站內(nèi)部空氣里的局部放電水平數(shù)值達到了38 dB。對于金屬材質(zhì)局部放電的測試方式是選擇開關(guān)室內(nèi)部某個處于接地狀態(tài)的金屬部件，把局部放電測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實施測試操作，通過測試得出此開關(guān)室內(nèi)部的金屬材質(zhì)的局部放電水平數(shù)值是55 dB。因為此開關(guān)室內(nèi)部各個位置的局部放電水平數(shù)值很可能存在一定差別，因此需要針對多個點位實施空氣中的局部放電及金屬材質(zhì)上局部放電現(xiàn)象的測量操作，隨后對于多個點位的測量數(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)值的檢測操作方法

暫態(tài)地電壓測試方法屬于開關(guān)柜內(nèi)部的局部放電測試方法中最為常見的一種測試方式，其主要目的是針對開關(guān)室中的各個高壓開關(guān)柜裝置局部放電數(shù)值實施測試，經(jīng)過對比之后來定位放電點的大概區(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)局部放電情況的時候，高壓開關(guān)柜裝置的表面會出現(xiàn)能夠在金屬中快速傳播的高頻類型的電流波，此時高壓開關(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，如果對于此電磁波信號的強度數(shù)值實施適當(dāng)測量，就能夠獲得局部放電的具體數(shù)值。

5.3 超聲波信號的檢測操作方法

因為超聲波類型的信號在高壓開關(guān)柜內(nèi)部的傳播距離比較近，因此只有在放電點位的附近區(qū)域才能夠檢測到相應(yīng)的超聲波類型的信號，因此技術(shù)人員能夠應(yīng)用這個特點來對出現(xiàn)局部放電的高壓開關(guān)柜裝置實施復(fù)測操作，這樣能更準確地了解到出現(xiàn)局部放電的高壓開關(guān)柜裝置的具體位置。例如對于某個編號的高壓開關(guān)柜裝置及周邊高壓開關(guān)柜裝置實施檢測后發(fā)現(xiàn)此高壓開關(guān)柜位置的超聲波相關(guān)信號中既包含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，整個周期中的最大數(shù)值達到了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 特高頻率的檢測及定位過程

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)生局部放電的點位是在某個編號的高壓開關(guān)柜裝置之內(nèi)，為進行精確點位的檢測，必須應(yīng)用特高頻率檢測方法。特高頻率的信號，其主要特點是能透過金屬板，檢測過程中應(yīng)用特高頻率的傳感器裝置，離放電點比較近的傳感器裝置將先捕捉到信號。對于2

6 結(jié)束語

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