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钚枨螅冸娬驹陂L(zhǎng)期持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不可避免地會(huì)存在各種類型的故障。一次設(shè)備的高壓放電，其實(shí)會(huì)使得各類絕緣設(shè)備受到電壓的沖擊而出現(xiàn)損壞問(wèn)題，這種故障過(guò)程中產(chǎn)生的高壓并不會(huì)使得絕緣體的整個(gè)結(jié)構(gòu)都遭到破壞，雖然不會(huì)對(duì)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(huì)逐步將設(shè)備的絕緣能力削弱。現(xiàn)有的設(shè)備檢驗(yàn)技術(shù)與方式，其檢測(cè)效率普遍比較低下，為了防止設(shè)備損壞，需要對(duì)相關(guān)問(wèn)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(shí)際上是間斷進(jìn)行的。根據(jù)現(xiàn)有記錄來(lái)看，它不會(huì)形成非常穩(wěn)定的放電通道，這種故障對(duì)設(shè)備的影響是長(zhǎng)期的，雖然不會(huì)帶來(lái)毀滅性損壞或一次性打擊，但是仍然會(huì)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(shí)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(méi)有形成穩(wěn)定的放電通道且危害性相對(duì)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(shí)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(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定安全的運(yùn)行會(huì)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(huì)使輸電線路的功率損耗出現(xiàn)增加，會(huì)對(duì)周圍進(jìn)行無(wú)線電傳輸?shù)母黝愋盘?hào)造成比較嚴(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(wèn)題，可以通過(guò)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(huì)被一步一步地慢慢破壞，這種放電沒(méi)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(huì)損害設(shè)備運(yùn)行[2]。

1.2 尖端放電

這種放電實(shí)際上是電暈放電的一種，一些電力設(shè)備不可避免地會(huì)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(huì)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(duì)于導(dǎo)體來(lái)說(shuō)，電荷的聚集情況與導(dǎo)體的物理結(jié)構(gòu)外形有關(guān)，對(duì)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(duì)于具有尖端的導(dǎo)體來(lái)說(shuō)，會(huì)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(huì)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(shí)發(fā)出的聲音。

對(duì)于高壓線來(lái)說(shuō)，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(wèn)題會(huì)持續(xù)地發(fā)生[3]。

1.3 表面放電

如果說(shuō)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(huì)發(fā)生相應(yīng)的表面放電問(wèn)題與現(xiàn)象。表面放電的發(fā)生，會(huì)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(wèn)題是比較容易出現(xiàn)和發(fā)生的，對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其供電的穩(wěn)定性與可靠性就會(huì)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(huì)對(duì)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?yàn)殡姾删奂诟采w在設(shè)備表面的導(dǎo)電物質(zhì)上，如果說(shuō)正負(fù)電荷持續(xù)在表面進(jìn)行聚集，后續(xù)有可能會(huì)因?yàn)閹щ婋姾闪康脑黾佣霈F(xiàn)擊穿問(wèn)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(shuō)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(lái)回跳動(dòng)和運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，經(jīng)過(guò)絕緣物體的時(shí)候會(huì)對(duì)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(cè)與預(yù)防

2.1 電檢測(cè)法

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

2.1.1 脈沖電流檢測(cè)法

脈沖電流檢測(cè)法實(shí)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(cè)標(biāo)準(zhǔn)，并且對(duì)在工頻條件下脈沖電流法的局部放電檢測(cè)進(jìn)行了相應(yīng)的規(guī)范。這種檢測(cè)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(cè)法。相比起指測(cè)法，平衡法有更強(qiáng)的抑制干擾能力，因此會(huì)得到較為廣泛的應(yīng)用，但其本身的靈敏度不如直測(cè)法。直測(cè)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(chǎng)的環(huán)境中，由于實(shí)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(huì)使用平衡法來(lái)完成相應(yīng)的檢測(cè)工作?？傮w來(lái)說(shuō)，脈沖檢測(cè)法實(shí)際上還是比較容易受到電磁干擾的[6]。

2.1.2 無(wú)線電干擾電壓法

無(wú)線電干擾電壓法依據(jù)在電暈放電的時(shí)候會(huì)發(fā)生短暫的電磁波現(xiàn)象，開展相應(yīng)的檢測(cè)工作，可以考慮借助具有無(wú)線電干擾能力的電壓表，對(duì)局部放電的情況進(jìn)行細(xì)致的檢測(cè)。這種檢測(cè)方法不僅能夠適用于對(duì)局部放電情況的判斷，還可以根據(jù)所檢測(cè)到的電磁信號(hào)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(chǎng)的應(yīng)用過(guò)程中，這種檢測(cè)方法的實(shí)用性比較良好。

2.1.3 超高頻局部放電監(jiān)測(cè)技術(shù)

目前來(lái)說(shuō)，會(huì)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(cè)技術(shù)提出與應(yīng)用的時(shí)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(cè)人員利用這種方法可以對(duì)干擾時(shí)發(fā)生的噪聲差異進(jìn)行較為明確的分辨與判斷。實(shí)際的超高頻監(jiān)測(cè)法可以分為超高頻窄帶監(jiān)測(cè)法和寬帶檢測(cè)法兩種，具體的差異主要是由帶寬帶來(lái)的。在局部放電的過(guò)程中會(huì)有較強(qiáng)的噪聲信號(hào)，借助這一原理可以將局部放電時(shí)所出現(xiàn)的電磁信號(hào)進(jìn)行還原，這也是超高頻檢測(cè)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(cè)方法，放電的時(shí)候會(huì)帶來(lái)絕緣強(qiáng)度與能力的降低，這個(gè)原因?qū)嶋H上與放電時(shí)消耗的能量有著較為密切的聯(lián)系，完成對(duì)放電時(shí)消耗功率情況的測(cè)量，是可以促進(jìn)相關(guān)檢測(cè)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(cè)方式。目前來(lái)說(shuō)，這一檢測(cè)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(shí)際應(yīng)用范圍還沒(méi)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(cè)法中的脈沖電流檢測(cè)法應(yīng)用實(shí)際上是最為廣泛的，這種技術(shù)最為成熟，共檢測(cè)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(cè)進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)合，現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)可以做到對(duì)局部放電時(shí)的波形進(jìn)行還原[7]。

2.2 測(cè)法開展相應(yīng)的檢測(cè)工作

2.2.1 聲測(cè)法

聲測(cè)法的開展主要依靠的是在局部放電發(fā)生的過(guò)程中電介質(zhì)被擊穿會(huì)發(fā)出一些聲音。這種聲音通常時(shí)間很短，通過(guò)將聲音信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，我們就可以非常好地對(duì)設(shè)備的局部放電情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析。如果說(shuō)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?？傮w來(lái)說(shuō)，借助這些傳感器能夠完成對(duì)聲音信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，再經(jīng)過(guò)與現(xiàn)有信息技術(shù)的結(jié)合就可以遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)局部放電情況。

在進(jìn)行檢測(cè)傳感器的選擇過(guò)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(shuō)選取的傳感器頻帶過(guò)于小，在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境聲音情況進(jìn)行檢測(cè)與采集的時(shí)候，就非常容易對(duì)監(jiān)測(cè)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(zhǎng)度大太多，這樣會(huì)對(duì)生測(cè)法的精度造成影響，但是如果尺寸選擇的過(guò)小也有可能會(huì)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(cè)法開展與進(jìn)行過(guò)程中非常需要注意的重點(diǎn)方面，具體的選用要與現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)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(cè)法實(shí)際上也包括著超聲波檢測(cè)法的應(yīng)用，這種方法與其他的電檢測(cè)法相比擁有更為良好的環(huán)境實(shí)用性，尤其是對(duì)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(cè)與分析。這種檢測(cè)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(méi)有辦法很好地做到對(duì)放電信號(hào)強(qiáng)弱大小的具體監(jiān)測(cè)與控制，因此，還需要考慮結(jié)合其他監(jiān)測(cè)方法[8]。

2.2.2 光測(cè)法

光測(cè)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(shí)際上并沒(méi)有得到較為廣泛的應(yīng)用，通常來(lái)說(shuō)，會(huì)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(cè)法已經(jīng)得到了進(jìn)一步發(fā)展，可以與聲測(cè)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(cè)工作。對(duì)于一次設(shè)備變壓器進(jìn)行檢測(cè)時(shí)需要用到光纖傳感器，通過(guò)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(huì)出現(xiàn)機(jī)械應(yīng)力的變化，這些機(jī)械應(yīng)力會(huì)使得傳感器發(fā)生一定的形變，光波信號(hào)也會(huì)跟隨著出現(xiàn)變動(dòng)，由此能夠完成對(duì)故障的定位工作。

2.2.3 化學(xué)檢測(cè)法

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

但是與電量檢測(cè)法相比，非電量檢測(cè)法的靈敏度還有所欠缺，通常超聲波檢測(cè)法可以進(jìn)行故障的定位，化學(xué)檢測(cè)法對(duì)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(cè)[8]。

2.3 其他檢測(cè)法

還有一些其他的檢測(cè)方法也可以完成局部放電的檢測(cè)工作。

2.3.1 油面位置劃線檢測(cè)

它的實(shí)際工作原理是根據(jù)儲(chǔ)油柜內(nèi)的油位變化而進(jìn)行的，在出現(xiàn)溫度變化的過(guò)程中，油位是會(huì)發(fā)生一定波動(dòng)的。在油中，如果發(fā)生局部的放電，其實(shí)是會(huì)因?yàn)槟芰康脑黾佣l(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(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)帶動(dòng)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(shí)際變化情況將這些信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行輸出，完成相應(yīng)的局部放電檢測(cè)。

2.3.2 氣體繼電器在線監(jiān)測(cè)

對(duì)于變壓器而言，可以采用這一方法完成相應(yīng)的監(jiān)測(cè)工作，變壓器內(nèi)部在發(fā)生局部放電時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些氣體，氣體繼電器就可以借助控制回路對(duì)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(cè)到相應(yīng)的氣體變化，該元件可以將變壓器自動(dòng)切除，并及時(shí)向控制中心發(fā)出信號(hào)[9]。

2.3.3 避雷器運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)

在變電站的建設(shè)過(guò)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(gè)變電氣安全穩(wěn)定運(yùn)行的重點(diǎn)設(shè)備之一。通過(guò)對(duì)泄漏電流的局部放電情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)可以做到對(duì)避雷器實(shí)際工作狀態(tài)與情況的分析。通過(guò)對(duì)比聯(lián)系兩端電壓情況的檢測(cè)來(lái)分析是否存在局部放電故障問(wèn)題[10]。

3.結(jié)語(yǔ)

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