郭夏杰

浙江天藍(lán)環(huán)保工程有限公司 浙江杭州 311202

1 局部放電現(xiàn)象產(chǎn)生的危害

第一，導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)備絕緣性減少、促進(jìn)老化；第二，導(dǎo)致不必要的電能被浪費(fèi)。因?yàn)楦邏洪_關(guān)有相當(dāng)高的電壓，有些介質(zhì)的擊穿場(chǎng)很強(qiáng)，這樣就容易對(duì)系統(tǒng)的不同類型的絕緣外皮產(chǎn)生不良影響，在這種高電壓下電流有很強(qiáng)的破壞力，而且在局部放電的作用下絕緣皮容易出現(xiàn)老化的情況，兩者呈正比關(guān)系。關(guān)于電能浪費(fèi)，多次的局部放電容易導(dǎo)致系統(tǒng)有更高的電能損耗，曾經(jīng)有研究人員調(diào)查某地10座大型商業(yè)建筑和民用建筑，最終的調(diào)查結(jié)果顯示如果局部放電非常嚴(yán)重，會(huì)容易造成電能損耗加大。因此，對(duì)于電力系統(tǒng)工作必須要注重局部放電問題。因?yàn)榫植糠烹娮陨砭哂幸欢ǖ碾[蔽性，所以分析高壓開關(guān)柜局部放電帶電檢測(cè)技術(shù)是非常有必要的。

2 開關(guān)柜局部放電檢測(cè)技術(shù)及發(fā)展前景

2.1 超聲波法

超聲局放檢測(cè)方法是較早采用的局放檢測(cè)方法之一，作為非侵入式的檢測(cè)方法，在特高頻檢測(cè)方法提出之前一直是電力設(shè)備主要的局放檢測(cè)方法。對(duì)于變壓器、開關(guān)柜，超聲作為檢測(cè)及輔助定位技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)設(shè)備局放源精確定位的關(guān)鍵。超聲波測(cè)試最顯著的優(yōu)點(diǎn)是沒有強(qiáng)大的電磁擾動(dòng)，超聲信號(hào)的局部放電時(shí)域和頻域特性的解析非常詳盡，檢測(cè)靈敏度和抗干擾能力更強(qiáng)。但國(guó)內(nèi)外超聲波檢測(cè)技術(shù)也存在許多不足，導(dǎo)致超聲波實(shí)時(shí)檢測(cè)有一些不可避免的缺陷，如：柜壁內(nèi)自由顆粒的碰撞也許會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響[1]；復(fù)雜的開關(guān)柜內(nèi)部的絕緣結(jié)構(gòu)會(huì)造成超聲波大大衰減，可能無(wú)法檢測(cè)到絕緣內(nèi)部的放電；超聲波檢測(cè)范圍非常有限，通常信號(hào)衰減較大，這將導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)工作量增加；超聲波檢測(cè)僅適用于顆粒，浮動(dòng)電位放電，對(duì)于其他類型放電（如絕緣內(nèi)部放電）較不靈敏等。

2.2 脈沖電流法

當(dāng)開關(guān)柜內(nèi)部的絕緣材料等發(fā)生局部放電過程時(shí)，必然會(huì)存在空間電荷的產(chǎn)生與復(fù)合，同時(shí)也會(huì)隨之產(chǎn)生相應(yīng)的較陡的脈沖電流信號(hào)，而以這個(gè)脈沖電流信號(hào)作為測(cè)量對(duì)象的局部放電檢測(cè)手段稱之為脈沖電流法。脈沖電流法是由英國(guó)電氣協(xié)會(huì)提出的，為了避免無(wú)線電的干擾，其采集的是局部放電頻譜中的數(shù)kHz到數(shù)百kHz的低頻率波段的部分。

在應(yīng)用脈沖電流法進(jìn)行局部放電檢測(cè)時(shí)，默認(rèn)將絕緣材料等效成一個(gè)集總參數(shù)結(jié)構(gòu)的對(duì)地電容，而在局部放電時(shí)會(huì)在這個(gè)等效電容上出現(xiàn)一個(gè)瞬的脈沖電流，在其兩端也會(huì)產(chǎn)生電壓變化，利用電容的耦合作用在檢測(cè)阻抗中會(huì)同樣產(chǎn)生脈沖電壓，分析該電壓即可獲得放電相位、放電量等一系列局部放電相關(guān)的信息[2]。這種測(cè)試方法對(duì)電流的反應(yīng)極其敏感，且可以通過給定的電荷量脈沖注入校正定量來計(jì)算出放電量。脈沖電流法的不足處是由于現(xiàn)場(chǎng)干擾較大，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差比較厲害，所以對(duì)脈沖電流法的檢測(cè)區(qū)域有較大限制。同時(shí)電流法測(cè)量間隔時(shí)間長(zhǎng)，頻率帶寬窄，能夠容納的數(shù)據(jù)較少。

2.3 暫態(tài)地電壓法

暫態(tài)地電壓檢測(cè)法是采集的電氣設(shè)備在局部放電時(shí)，在裝置的金屬表面對(duì)地出現(xiàn)的一個(gè)持續(xù)納秒級(jí)的暫態(tài)電壓脈沖信號(hào)。通過其讀數(shù)的大小來判斷局部放電的嚴(yán)重程度，并由電磁波的衰減特性來對(duì)設(shè)備內(nèi)部局部放電情況進(jìn)行檢測(cè)和定位。電容耦合式探測(cè)器可以對(duì)裝置金屬表面檢測(cè)，記錄瞬間電壓脈沖的幅值。經(jīng)過兩個(gè)電容耦合探測(cè)器的數(shù)據(jù)比較，可以由時(shí)差法計(jì)算出局部放電的準(zhǔn)確地點(diǎn)。John Reeves在上世紀(jì)七十年代發(fā)覺了這些電壓脈沖，并取名為暫態(tài)對(duì)地電壓。國(guó)內(nèi)對(duì)暫態(tài)地電壓檢測(cè)技術(shù)研究比較先進(jìn)的是西安交通大學(xué)，他們研究了不同電極模型下開關(guān)柜局部放電的放電特征[3]。但由于檢測(cè)位置經(jīng)常受限于開關(guān)柜的構(gòu)造以及縫隙等，暫態(tài)地電壓檢測(cè)法難以做到定位的精準(zhǔn)。

此外，雖然暫態(tài)地電壓法檢測(cè)技術(shù)可以檢查出開關(guān)柜體內(nèi)部的放電故障，但由于開關(guān)柜的數(shù)量多，種類繁雜，結(jié)構(gòu)繁瑣，并且通常緊湊型的設(shè)備不可以裝配固定的大型檢測(cè)設(shè)備。更重要的是，基于暫態(tài)地電壓法的局部放電監(jiān)測(cè)設(shè)備的成本太高，而開關(guān)柜設(shè)備的造價(jià)較低，兩者之間不成比例。因此，開關(guān)柜設(shè)備不能像變壓器等設(shè)備一樣在線監(jiān)測(cè)，只能通過帶電檢測(cè)的方法來進(jìn)行研究。因此，暫態(tài)地電壓法還需要一定的改進(jìn)，比如在檢測(cè)周期和數(shù)據(jù)分析處理方面必須深度地確定。

例如：某變電站開展高壓室開關(guān)柜局部放電檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)10kV開關(guān)柜F20、F21等7個(gè)開關(guān)柜TEV數(shù)值存在異常情況。對(duì)F21號(hào)等7個(gè)異常開關(guān)柜開展了UHF帶電測(cè)試。每個(gè)開關(guān)柜背面共4個(gè)可測(cè)試點(diǎn)，見圖1，包括開關(guān)柜背面中部開關(guān)室2個(gè)觀察窗A、B點(diǎn)，開關(guān)柜背面下部電纜室觀察窗C點(diǎn)和排風(fēng)孔D點(diǎn)。

圖1 TEV定位測(cè)試示意圖

總而言之，局部放電難免會(huì)損壞電力系統(tǒng)部件，也會(huì)造成不必要的電能消耗。當(dāng)前普遍運(yùn)用的檢測(cè)技術(shù)包括暫態(tài)地檢測(cè)和超聲波檢測(cè)。這些檢測(cè)技術(shù)的基本原理是不同的，在實(shí)際工作可以結(jié)合具體情況選擇適宜的檢測(cè)技術(shù)。這樣可以保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，也可以提高檢測(cè)效率。