開關柜局部放電的種類和檢測方法

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開關柜局部放電的種類和檢測方法

在開關柜絕緣系統中，各部位的電場強度存在差異，某個區域的電場強度一旦達到其擊穿場強時，該區域就會出現放電現象，不過施加電壓的兩個導體之間并未貫穿整個放電過程，即放電未擊穿絕緣系統，這種現象即為局部放電。絕緣介質中電場分布、絕緣的電氣物理性能等決定了發生局部放電的條件，一般情況下高電場強度、低電氣強度的條件下容易出現局部放電。雖然局部放電通常不會貫通性的擊穿絕緣，但是卻可能局部損壞電介質，如果長期存在局部放電的現象，則基于特定的條件下會降低絕緣介質的電氣強度。由此可見，局部放電屬于電氣設備中的隱患，其破壞過程體現出緩慢性、長期性的特點。通常局部放電的特性可以較好的印證絕緣缺陷，可以通過局部放電的特性來分析絕緣的局部損壞程度。很大程度上對各種局部放電特性進行綜合測量，可以對產品的絕緣水平進行客觀的評價。

一、局部放電的種類特點

1.電暈放電

通常在氣體包圍的高壓導體周圍會出現電暈放電，比如高壓輸電線路或者高壓變壓器等，這些高壓電氣設備的高壓接線端子暴露在空氣中，因此發生電暈放電的機率相對較大。電暈放電體現出的是典型的、極不均勻電場的特征，也是極不均勻電場下特有的自持放電形式。很多外界因素均會對電暈起始電壓產生影響，比如電極的形狀、外加電壓、氣體密度、極間距離以及空的濕度與流動速度等等。

2.沿面放電

通常在絕緣介質表面會出現沿面放電的現象。這種局部放電的形式屬于特殊的氣體放電現象，電力電纜、電機繞組、絕緣套管的端部等位置比較常見沿面放電。一旦介質內部電場的強度低于電極邊緣氣隙的電場強度，而且介質沿面擊穿電壓相對較低，沿面放電就會發生在絕緣介質的表面。通常電壓波形、電場的分布、空氣質量、介質的表面狀態、氣候條件等均會對沿面放電電壓產生影響，所以沿面放電體現出不穩定的特點。

3.內部放電

固體絕緣介質內部比較常見內部放電。在生產加工絕緣介質時難免存在材料與工藝缺陷的問題，導致絕緣介質內部出現內部缺陷，比如摻人少量的空氣或者雜質等。一旦絕緣受到高壓作用，內部缺陷就有發生局部擊穿或者重復性擊穿的可能。通常介質自身的特性、氣隙大小、缺陷的位置與形狀、氣隙氣體的種類等會對內部放電的發生條件產生影響。

4.懸浮電位放電

這種局部放電的形式是指高壓設備中某個導體部件存在結構設計缺陷，或者其它原因導致接觸不良斷開，最終造成該部件位于高壓電極與低壓電極之間并根據其位置的阻抗比獲得分壓發生放電，針對該導體部件上對地電位稱其為懸浮電位。導體具有懸浮電位時，通常其附近的場強會比較集中，而且會破壞四周絕緣介質的形成。一般在電氣設備內高電位的金屬部件或者處于地電位的金屬部件上容易發生懸浮電位放電。

二、開關柜局部放電檢測方法

針對開關柜而言，其局部放電檢測方法包括以下幾種：

1.地電波檢測

在高壓開關柜絕緣層中發生局部放電時會產生電磁波，而開關柜的金屬外殼會將這種電磁波屏蔽掉一大部分，不過仍有小部分會通過金屬殼體的接縫或者氣體絕緣開關襯墊傳播出去，而且還會產生一個地電波通過設備金屬殼體外表面傳向地下。地電波的范圍通常在幾毫伏直至幾伏中間，而且上升時間內有幾個納秒。可以將探頭設置于工作狀態中的開關柜的外表面，對局部放電活動進行檢測。

2.超聲波檢測

其實超聲波檢測屬于機械振動波的一種，基于能量的角度而言，局部放電的過程即為能量瞬時爆發的過程，電能通過聲能、光能、熱能以及電磁能的形式釋放出去，電氣擊穿發生在空氣間隙，瞬間就可以完成放電，此時電能也會在一瞬間轉化為熱能，放電中心的氣體受到熱能的作用會發生膨脹，通過聲波向外傳播，傳播區域內氣體被加熱后形成一個等溫區，其溫度超出環境溫度;等到這些氣體冷卻后開始收縮，則會產生后續波，后續波的頻率以及強度均比較低，包含各種頻率分量，有很寬的頻帶，超聲波的頻率大于20kHz。因為局部放電的區域相對較小，所以局放聲源即為點聲源。

3.超高頻檢測法

時間變化過程中，局部放電所產生的電磁振動會產生電磁波，在固氣與氣體介質中，局部放電脈沖會發生非常豐富的電磁波超高頻分量，最高可達數GHz。實際應用過程中，局放信號的檢測可以利用兩個探頭來進行，將探頭檢測到信號的時間順序作為判斷依據，放電源的距離較近，就會被先檢測到;探頭位置不斷變化，可以將放電源的大致位置逐步判斷出來。或者通過多個探頭，將探頭檢測局放信號的時間差列方程組，可以求出放電源的三維空間坐標，最終確定放電源。該方法的靈敏度相對較高，且具備較強的抗干擾能力，而且開關柜上通常有接縫或者小玻璃窗，可以不用考慮該方法在完全密封條件下很難檢測的要求。

4.綜合檢測技術

其實無論哪種檢測方法均有一定的局限性，無法將開關柜的運行狀態客觀、全面、真實的反映出來，還會出現誤判的可能。由于放電類型能量的釋放形式不同、各種檢測方法的實用性與靈敏度也存在差異，所以在對開關柜局部放電檢測過程中，要將上述檢測手段綜合應用，以地電波檢測為主、超聲波檢測及超高頻檢測為輔來進行。

5.局部放電分析技術

具體而言，常用的局部放電分析技術包括以下幾種：第一，橫向分析法，即對同個開關室中開關柜的檢測結果做出橫向比較，如果其中一個開關柜的檢測結果大于現場背景值以及其它開關柜的測試結果，則可以確定該設備可能存在缺陷;第二，趨勢分析法，分析同一個開關柜在不同時間的檢測結果，進行縱向比較判斷開關柜的運行趨勢。根據特定的周期檢測開關室中的開關柜，保留每次的檢測結果，后續就可以根據檢測結果對設備局部放電狀態變化的趨勢進行分析;第三，閾值比較，即提供判斷閾值，將其與開關柜的檢測結果做出比較，分析結果判斷開關柜的運行狀態。可以根據以下根據做出判斷：開關室內背景值與測試值都在20dB以下時，開關設備正常，下月再次進行巡檢;開關室內背景值在20dB以下，而某些開關柜的測試值在20～30dB，對該開關柜加強關注，縮短檢測周期，觀察檢測幅值的變化趨勢;;如果開關室內背景值在20dB以下，而某些開關柜的測試值大于30dB，該開關柜有局部放電現象，應使用定位技術對放電點進行定位。

總之，局部放電體現出一定的復雜性，通常在絕緣內部擊穿場強相對較低的部位容易發生局部放電，而且絕緣介質內部的電場分布、絕緣的電氣性能均對發生局部放電的條件起著決定性作用。而在實際檢測過程中，要選擇合理、適用的檢測方法與分析方法，及時排除故障，保證開關柜處于良好的運行狀態。

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