雷志勇 王偉

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)與科技的不斷發(fā)展，已經(jīng)成為了當(dāng)前我們國(guó)家非常重視的問(wèn)題之一。在當(dāng)前商業(yè)開(kāi)關(guān)柜領(lǐng)域中對(duì)于局部放電源的特征展開(kāi)分析，將暫態(tài)對(duì)地電壓和超聲波技術(shù)對(duì)于開(kāi)關(guān)柜存在的不足展開(kāi)分析和檢測(cè)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠發(fā)現(xiàn)，具有不同缺陷的脈沖相位圖各自有著獨(dú)有的特征。放電能量存在差異，同一典型的分布圖自然也是如此。本篇文章將闡述本次實(shí)驗(yàn)需要使用的裝置和設(shè)備，探討具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并對(duì)于相關(guān)分析提出一些合理的見(jiàn)解。

關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)柜；局部放電；暫態(tài)對(duì)地電壓檢測(cè)法；超聲波檢測(cè)法

1 引言

從現(xiàn)階段發(fā)展而言，開(kāi)關(guān)柜是能夠向廣大局部提供日用電力的基礎(chǔ)設(shè)備，以其可靠性高、體積小等在各個(gè)小區(qū)的電力系統(tǒng)中得到了廣泛普及。其運(yùn)行可靠性直接關(guān)系到供電質(zhì)量和供電可靠程度。在長(zhǎng)期運(yùn)行的過(guò)程中，開(kāi)關(guān)柜中絕緣的部分會(huì)逐漸發(fā)生老化，導(dǎo)致自身絕緣強(qiáng)度逐漸下降，進(jìn)而出現(xiàn)電力故障。為此，工作人員必須在開(kāi)關(guān)柜發(fā)生電力事故之前，對(duì)其展開(kāi)全面研究，做好相應(yīng)的診斷工作，，及時(shí)檢測(cè)潛在絕緣故障，從而提升開(kāi)關(guān)柜使用的穩(wěn)定性已成為電力監(jiān)管部門(mén)日益關(guān)心并及亟待解決的問(wèn)題。

2 實(shí)驗(yàn)裝置和設(shè)備

本次實(shí)驗(yàn)選擇的是KYN36A-13開(kāi)關(guān)柜，依靠模擬局部放電的方式，在開(kāi)關(guān)柜的母線室之中產(chǎn)生不同類(lèi)型的局部放電。本次實(shí)驗(yàn)選擇的電源是無(wú)局部放電的變壓器，其額定電壓通常為400V、高壓能夠達(dá)到160kV，頻率則為60Hz，局部的放電量完全不超過(guò)6pC。通常而言，該模型主要包括三種，分別是針板電極、懸浮金屬以及絕緣空穴。另外，該實(shí)驗(yàn)中選擇的地點(diǎn)電波傳感器是最為常見(jiàn)的設(shè)備，帶寬數(shù)據(jù)為4～160MHz，而中心頻帶的數(shù)據(jù)則為50kHz[1]。

3 實(shí)驗(yàn)分析和結(jié)果

3.1 針板模型下放電檢測(cè)研究

針板模型中針電極的主要材料為鉻，而平板電極的主要材料為紫桐。針電極的直徑通常為3mm，而尖端半徑則為3μm，實(shí)際電極的間距則為12mm。

針板電極中的局部放電現(xiàn)象首先會(huì)在外部電壓的負(fù)半周期附近出現(xiàn)，在進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)之后，整個(gè)放電脈沖的相位在實(shí)際統(tǒng)計(jì)圖中將會(huì)近似為一根橫線。伴隨實(shí)驗(yàn)電壓不斷上升，放電量也在持續(xù)增加，放電相位也會(huì)變得更寬。當(dāng)外部附加的實(shí)驗(yàn)電壓達(dá)到一定數(shù)值的時(shí)候，正版周期附近將會(huì)有局部放電的情況發(fā)生。這其中，正半周期的放電頻率非常稀疏，整體放電的強(qiáng)度很大；而負(fù)半周期的放電頻率非常密集，整體放電的強(qiáng)度相對(duì)較小。正是由于金屬電機(jī)處在負(fù)極狀態(tài)的時(shí)候，很容易產(chǎn)生電子，同時(shí)由于正離子與陰極發(fā)生碰撞，從而造成二次電子發(fā)射，造成電機(jī)周?chē)鷼怏w放電壓過(guò)低的情況發(fā)生，從而出現(xiàn)了放電次數(shù)過(guò)多而整體放電量卻相對(duì)偏小的情況發(fā)生。因此在一些不對(duì)稱(chēng)的系統(tǒng)之中，其產(chǎn)生的波形同樣也是不對(duì)稱(chēng)的形態(tài)。隨著外部電壓不斷升高，針板電極的局部放電在系統(tǒng)圖形中將會(huì)呈現(xiàn)出英文字母“M”形狀，而整體放電基本上全部集中于而形態(tài)的兩端位置，負(fù)半周期附近的放電次數(shù)明顯下降[2]。

在進(jìn)行針板電極局部檢測(cè)的時(shí)候可以發(fā)現(xiàn)，超聲波放電檢測(cè)的技術(shù)實(shí)際放電量非常小，基本上只有42.1pC，此時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，效果最為明顯。地電波法必須做到放電劇烈，且實(shí)際放電量達(dá)到一定數(shù)值之后才能更好地進(jìn)行檢測(cè)。究其原因主要因?yàn)獒槹宸烹姷膶?shí)際能量相對(duì)比較低，所有輻射信號(hào)基本上都集中于1MHz以下，如果放電十分劇烈，則有少部分能夠達(dá)到10MHz以上。最為常見(jiàn)的便是TEV傳感器，其檢測(cè)頻帶通常都在3到150MHz之間，頻帶實(shí)際交疊的程度較低，使得針板檢測(cè)的靈敏度同樣非常有限，缺乏足夠的有效性。

在針板放電模型之中，外部電壓達(dá)到8.7kV的時(shí)候，依靠TEV方法以及超聲波方法都能夠?qū)植糠烹娦盘?hào)進(jìn)行檢測(cè)。然而，TEV所使用的傳感器和超聲傳感器的檢測(cè)原理完全不同，其獲得的結(jié)果也有著非常大的差別。TEV主要針對(duì)金屬外殼部分的對(duì)地電流進(jìn)行檢測(cè)，超聲波則主要針對(duì)局部放電的時(shí)候產(chǎn)生的聲波。

3.2 懸浮電極模型下放電檢測(cè)研究

懸浮電極主要是在一些高壓導(dǎo)體旁邊分布的一條鋼針，其長(zhǎng)度通常在4cm左右。而懸浮電極和高壓電極之間的距離基本上為2mm左右。

懸浮電極在進(jìn)行局部放電的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)在正半周期和負(fù)半周期的位置同時(shí)出現(xiàn)，實(shí)際放電的相位相對(duì)比較寬，整體放電的強(qiáng)度較為稀疏。而將其投到相位圖中后，會(huì)發(fā)現(xiàn)有3條放電脈沖出現(xiàn)，并形成一條線。這條線則主要表示固定放電，基于高壓電極和位置關(guān)系，當(dāng)外部電壓達(dá)到一定數(shù)值之后，能夠形成多個(gè)放電通道。本次實(shí)驗(yàn)選用金屬的材料為鎢針，其表面位置并沒(méi)有提前進(jìn)行拋光處理，因此自然會(huì)有一定的毛刺存在。此外，盡管懸浮針的尖曲率最高，然而針體和電極的軸線之間保持為平行狀態(tài)，以此便為后期多個(gè)位置同時(shí)進(jìn)行放電提供了良好的基礎(chǔ)。懸浮電極的實(shí)際放電量會(huì)隨著外部電壓的提高而有一定的增加，局部放電的具體相位也有一定的增寬。不僅如此，局部放電時(shí)非常劇烈，因此在前兩條脈沖分布產(chǎn)生的線條中也出現(xiàn)了一定的放電脈沖，并且十分混亂，沒(méi)有任何規(guī)律。

除此之外，當(dāng)外部電壓達(dá)到12.17kV的時(shí)候，TEV傳感器和超聲波傳感器都能夠獲得信號(hào)，由此可以看出二者效果均十分突出[3]。

3.3 空穴模型下放電檢測(cè)研究

空穴放電模型主要由兩塊直徑為90毫米，厚度為3毫米的玻璃板組成。之后再將直徑為90毫米，厚度為2毫米、通孔直徑為12毫米的玻璃板放置于中間，做好固定之后，以此對(duì)每部放電的氣隙進(jìn)行模擬。絕緣板之間通常利用一層有機(jī)玻璃膠進(jìn)行粘合。

在不同等級(jí)電壓的影響下，局部放電特征有著較大的區(qū)別。放電量會(huì)雖則外部電壓的提高而逐漸加大，具有非常強(qiáng)的放電強(qiáng)度，且正負(fù)半周的實(shí)際放電量與具體放電次數(shù)十分接近。究其原因主要是放電模型本身兩個(gè)電極在物理結(jié)構(gòu)層面保持對(duì)稱(chēng)，從而使得周?chē)碾妶?chǎng)強(qiáng)度大致相同，產(chǎn)生的放電概率也沒(méi)有太大的區(qū)別。因此，相對(duì)應(yīng)的放電脈沖也基本上保持對(duì)稱(chēng)分布，在正負(fù)兩半波的波形也大致相同。放電相位和外部電壓相位會(huì)發(fā)生一定程度的偏移，空穴放電模型的分散性非常強(qiáng)，系統(tǒng)中呈現(xiàn)出的圖形也不再是傳統(tǒng)的橫線，會(huì)表現(xiàn)為“土堆”形狀。整體放電幅值的變化非常大，但是卻集中于一定相位內(nèi)。

外部電壓達(dá)到9.6kV的時(shí)候，TEV傳感器仍然能夠檢測(cè)出具體想信號(hào)么人超聲波卻無(wú)法檢測(cè)出。主要是由于有機(jī)玻璃的存在，使得超聲波的信號(hào)出現(xiàn)了一定的衰減。信號(hào)經(jīng)過(guò)絕緣材料的傳播之后，幾乎被完全吸收，因此無(wú)法有效傳到外部。因此，模型外部并沒(méi)有局部超聲波信號(hào)存在，從而無(wú)法檢測(cè)。從具體相位分布能夠發(fā)現(xiàn)，其表現(xiàn)幾乎與噪音無(wú)異。

通過(guò)對(duì)于檢測(cè)信號(hào)的波形進(jìn)行分析，從中可以看出，TEV傳感器獲得的信號(hào)基本上處于幾十到上百的范圍內(nèi)，獲得的信號(hào)頻率也基本上維持在40kHz上下。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)于不同放電脈沖進(jìn)行分析，其產(chǎn)生的相位分布圖也有著較大的差別。因此可以明白，具有不同缺陷類(lèi)型的TEV檢測(cè)信號(hào)的頻譜有著較大的差異，其產(chǎn)生的效果也完全不同。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孔令明，肖云東，劉娟，等.開(kāi)關(guān)柜局部放電帶電檢測(cè)定位技術(shù)的應(yīng)用與研究[J].山東電力技術(shù)，2016（6）：5～8.

[2] 章濤，王俊波，李國(guó)偉.10kV開(kāi)關(guān)柜局部放電檢測(cè)技術(shù)研究與運(yùn)用[J].高壓電器，2015（10）：100～104.

[3] 孔令明，肖云東，劉娟等.開(kāi)關(guān)柜局部放電帶電檢測(cè)定位技術(shù)的應(yīng)用與研究[C].山東電機(jī)工程學(xué)會(huì)2011年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.2017：5～8.