论文部分内容阅读
摘 要：高压开关柜是电网的重要组成部分，是整个配电网络的命脉及核心。受运行环境的影响，受潮、机械损伤、老化等因素将导致高压开关柜内部绝缘劣化的发生，产生局部放电现象。文章分析了高压开关柜局部放电发生的原因，并讨论集中局部放电的检测对策。
1 引言
高压开关柜作为电网的重要组成部分之一，由于在设计、制造、安装和运行中，受外界环境的影响将导致高压开关柜内部绝缘劣化的发生，出现局部放电现象问题，严重时将导致设备损毁及爆炸。局部放电本身具有随机性，很难预测其发生的时机，而且局部放电释放出的信号也具有偶然性，同时容易受到外界因素的影响，较难以把握其实际规律。
因此本文对开关柜局部放电原因进行分析，并制定检测对策，力求在较大程度上克服各类检测技术的大部分缺点，并能够充分发挥其综合优势，提高检测的准确性及实用性。
2 开关柜局部放电信号的激发
高压开关柜因制造工艺导致绝缘体中存在杂质、毛刺，或绝缘体本身存在曲率半径较小的结构或针尖状导体，电场将发生较大的畸变，当各绝缘部位所承受的电场强度不同，一旦某一区域所承受的电场强度高于其击穿场强时，该区域就会出现放电现象，但施加电压的两个导体之间并未成固定放电通道，即放电未击穿绝缘系统，该现象即为开关柜的局部放电现象。
3 局部放电的分类
局部放电一般可分为气隙放电、沿面放电、电晕放电和悬浮电位放电。
3.1气隙放电
最典型也是最常见的局部放电类型。
处于同一电场下，气隙所承受的绝缘场强与其介电常数成反比。气隙因承受不住高压电场产生的场强而击穿，此时贯穿两极的放电通道尚未完全形成，则产生了局部放电。
3.2沿面放电
户外的设备常见，密封性较好的设备少见的局部放电类型。
沿面放电，也可称为表面放电，对于输电线路和户外敞开站，运行环境比较恶劣，碰到潮湿的环境，容易产生沿着绝缘子、套管的沿面放电。开关柜中的沿面放电比较多，而GIS和主变相对较少发现，GIS耐压击穿定位过程中倒是发现了不少。
3.3电晕放电
剧烈程度跟针尖的曲率有关的局部放电类型。
电晕放电，也叫尖端放电和毛刺放电，電晕放电的剧烈程度跟针尖的曲率有关，越尖，放电越剧烈，但电晕放电危害不大，如果只是毛刺，在放电的时候会烧掉，如果是比较大的针尖，有可能会产生金属的粉末，就会有颗粒产生。
3.4 悬浮电位放电
电压高，场强集中，严重时导致绝缘丧失的局部放电类型。
悬浮电位由于电压高，场强集中，因电荷的累积效应，地电极与悬浮电极间的间隙可形成放电，有时会使周围固体介质烧坏或碳化，严重时导致绝缘丧失，引起事故的发生。
4 高压开关柜可能出现的局放类型
4.1 绝缘支柱表面放电
高压开关柜的柜体结构为半封闭式，内部存在较多的绝缘子与导电部位，若固体绝缘介质中含有杂质，造成局部电场的相对集中，则加大了固体绝缘介质沿面放电的发生概率。
4.2 绝缘介质的气隙放电
高压开关柜是多种电气设备的组合体，处于高压电场作用下，其电场分布因绝缘部件的介电常数不同而呈现不均状态。若气隙的击穿电压远低于外施作用电场的电压，则气隙间迅速形成放电通道，导致气隙局部放电的发生，引起绝缘击穿。
4.3导电体的悬浮电位放电
高压开关柜高低压电极之间产生一个对地电极称为“悬浮电位”。悬浮电位点会不断地积累电荷，当电荷积累到一定程度后，可能击穿空气放电，从而形成悬浮电位放电的现象。当其放电之后，由于电荷的积累有一个较长的过程，因此放电时间间隔较长，放电次数较少。开关柜内悬浮电位放电的部位多发生在连接部件处，如螺栓未紧固。
5 现有高压开关柜局部放电检测技术
高压开关柜局部放电的检测方法一般有暂态对地电压法、超声波检测法、特高频检测法。
暂态对地电压法对电晕放电、尖端放电和绝缘子内部放电比较敏感，检测效果较好；适用于半封闭式的设备。对绝缘子表面放电、沿面放电不敏感，检测效果不理想且不适用于GIS；信号传播中易发生畸变，影响局放定位。
超声波检测法抗电磁干扰能力强，检测效果好；对于尖端放电、沿面放电缺陷敏感；对于内部缺陷不敏感，受机械振动干扰较大，检测范围小，对缺陷的位置、取向和形状对检测结果有影响。
特高频信号容易受到外界干扰的影响，如发生雷电时，会产生特高频的电磁波，对其产生很大的干扰。电磁波在密闭的金属箱体内可以被屏蔽，从而减弱其信号，导致检测不灵的情况发生。
6 高压开关柜局部放电检测对策
步骤（1）首先使用AE及UHF对信号进行判断。进入高压室，使用耳机进行超声波检测，同时利用UHF幅值法和电磁波信号传播的方向性进行信号普测。利用两者所采集的信号判断是否为干扰信号，并采取针对性措施降低干扰。
步骤（2）依据步骤1对现场信号进行判断，若信号位于高压室外，则开关柜运行良好；若信号位于高压室内，则利用TEV和UHF对每一面开关柜进行检测，检测位置包括前中、前下、后上、后中、后下，根据检测的结果可以初步判断出局部放电信号的大体位置。
步骤（3）在步骤2所检测出的开关柜附近，使用UHF的时差法进行精准定位，分别从横向、纵向和轴向3个方向上进行定位，确定局部放电信号的具体位置，根据所测得的PRPS图谱，分析2个传感器上采集信号的工频相关性，判断局部放电的类型。假设X代表传感器1与放电点的距离，速度是光速c，两个传感器的距离为L，通过示波器可以得出时差t2-t1，则：
，
步骤（4）对步骤3中AE与UHF所测得的局放信号进行综合分析。以特高频信号和各个超声波信号之间的时间差作为故障点到各超声波传感器的时间，以等值声速乘以传播时间就得到故障点到达超声波传感器的距离，以此来判断局部放电的位置。
由特高频及超声传感器检测到的局部放电脉冲信号是否一一对应，对两者检测到局放信号进行同源性判定。
7 结语
国内电力企业必须加强高压开关柜局部放电的原因分析和研究，并采用综合性的检测对策，缩短检测时间并精准定位，有效避免干扰信号对检测结果造成的误判，可实现局放部位的精准定位，具有工程实用性。
参考文献
[1] 刘嘉林，董明，安珊，等. 电力变压器局部放电带电检测及定位技术综述[J]. 绝缘材料，2015（8）：1-7.
[2] 肖天为，张强，黄炎光，等. 特高频方法用于套管局部放电检测的可行性研究[J]. 电网技术，2015，39（6）：1719-1724.
1 引言
高压开关柜作为电网的重要组成部分之一，由于在设计、制造、安装和运行中，受外界环境的影响将导致高压开关柜内部绝缘劣化的发生，出现局部放电现象问题，严重时将导致设备损毁及爆炸。局部放电本身具有随机性，很难预测其发生的时机，而且局部放电释放出的信号也具有偶然性，同时容易受到外界因素的影响，较难以把握其实际规律。
因此本文对开关柜局部放电原因进行分析，并制定检测对策，力求在较大程度上克服各类检测技术的大部分缺点，并能够充分发挥其综合优势，提高检测的准确性及实用性。
2 开关柜局部放电信号的激发
高压开关柜因制造工艺导致绝缘体中存在杂质、毛刺，或绝缘体本身存在曲率半径较小的结构或针尖状导体，电场将发生较大的畸变，当各绝缘部位所承受的电场强度不同，一旦某一区域所承受的电场强度高于其击穿场强时，该区域就会出现放电现象，但施加电压的两个导体之间并未成固定放电通道，即放电未击穿绝缘系统，该现象即为开关柜的局部放电现象。
3 局部放电的分类
局部放电一般可分为气隙放电、沿面放电、电晕放电和悬浮电位放电。
3.1气隙放电
最典型也是最常见的局部放电类型。
处于同一电场下，气隙所承受的绝缘场强与其介电常数成反比。气隙因承受不住高压电场产生的场强而击穿，此时贯穿两极的放电通道尚未完全形成，则产生了局部放电。
3.2沿面放电
户外的设备常见，密封性较好的设备少见的局部放电类型。
沿面放电，也可称为表面放电，对于输电线路和户外敞开站，运行环境比较恶劣，碰到潮湿的环境，容易产生沿着绝缘子、套管的沿面放电。开关柜中的沿面放电比较多，而GIS和主变相对较少发现，GIS耐压击穿定位过程中倒是发现了不少。
3.3电晕放电
剧烈程度跟针尖的曲率有关的局部放电类型。
电晕放电，也叫尖端放电和毛刺放电，電晕放电的剧烈程度跟针尖的曲率有关，越尖，放电越剧烈，但电晕放电危害不大，如果只是毛刺，在放电的时候会烧掉，如果是比较大的针尖，有可能会产生金属的粉末，就会有颗粒产生。
3.4 悬浮电位放电
电压高，场强集中，严重时导致绝缘丧失的局部放电类型。
悬浮电位由于电压高，场强集中，因电荷的累积效应，地电极与悬浮电极间的间隙可形成放电，有时会使周围固体介质烧坏或碳化，严重时导致绝缘丧失，引起事故的发生。
4 高压开关柜可能出现的局放类型
4.1 绝缘支柱表面放电
高压开关柜的柜体结构为半封闭式，内部存在较多的绝缘子与导电部位，若固体绝缘介质中含有杂质，造成局部电场的相对集中，则加大了固体绝缘介质沿面放电的发生概率。
4.2 绝缘介质的气隙放电
高压开关柜是多种电气设备的组合体，处于高压电场作用下，其电场分布因绝缘部件的介电常数不同而呈现不均状态。若气隙的击穿电压远低于外施作用电场的电压，则气隙间迅速形成放电通道，导致气隙局部放电的发生，引起绝缘击穿。
4.3导电体的悬浮电位放电
高压开关柜高低压电极之间产生一个对地电极称为“悬浮电位”。悬浮电位点会不断地积累电荷，当电荷积累到一定程度后，可能击穿空气放电，从而形成悬浮电位放电的现象。当其放电之后，由于电荷的积累有一个较长的过程，因此放电时间间隔较长，放电次数较少。开关柜内悬浮电位放电的部位多发生在连接部件处，如螺栓未紧固。
5 现有高压开关柜局部放电检测技术
高压开关柜局部放电的检测方法一般有暂态对地电压法、超声波检测法、特高频检测法。
暂态对地电压法对电晕放电、尖端放电和绝缘子内部放电比较敏感，检测效果较好；适用于半封闭式的设备。对绝缘子表面放电、沿面放电不敏感，检测效果不理想且不适用于GIS；信号传播中易发生畸变，影响局放定位。
超声波检测法抗电磁干扰能力强，检测效果好；对于尖端放电、沿面放电缺陷敏感；对于内部缺陷不敏感，受机械振动干扰较大，检测范围小，对缺陷的位置、取向和形状对检测结果有影响。
特高频信号容易受到外界干扰的影响，如发生雷电时，会产生特高频的电磁波，对其产生很大的干扰。电磁波在密闭的金属箱体内可以被屏蔽，从而减弱其信号，导致检测不灵的情况发生。
6 高压开关柜局部放电检测对策
步骤（1）首先使用AE及UHF对信号进行判断。进入高压室，使用耳机进行超声波检测，同时利用UHF幅值法和电磁波信号传播的方向性进行信号普测。利用两者所采集的信号判断是否为干扰信号，并采取针对性措施降低干扰。
步骤（2）依据步骤1对现场信号进行判断，若信号位于高压室外，则开关柜运行良好；若信号位于高压室内，则利用TEV和UHF对每一面开关柜进行检测，检测位置包括前中、前下、后上、后中、后下，根据检测的结果可以初步判断出局部放电信号的大体位置。
步骤（3）在步骤2所检测出的开关柜附近，使用UHF的时差法进行精准定位，分别从横向、纵向和轴向3个方向上进行定位，确定局部放电信号的具体位置，根据所测得的PRPS图谱，分析2个传感器上采集信号的工频相关性，判断局部放电的类型。假设X代表传感器1与放电点的距离，速度是光速c，两个传感器的距离为L，通过示波器可以得出时差t2-t1，则：
，
步骤（4）对步骤3中AE与UHF所测得的局放信号进行综合分析。以特高频信号和各个超声波信号之间的时间差作为故障点到各超声波传感器的时间，以等值声速乘以传播时间就得到故障点到达超声波传感器的距离，以此来判断局部放电的位置。
由特高频及超声传感器检测到的局部放电脉冲信号是否一一对应，对两者检测到局放信号进行同源性判定。
7 结语
国内电力企业必须加强高压开关柜局部放电的原因分析和研究，并采用综合性的检测对策，缩短检测时间并精准定位，有效避免干扰信号对检测结果造成的误判，可实现局放部位的精准定位，具有工程实用性。
参考文献
[1] 刘嘉林，董明，安珊，等. 电力变压器局部放电带电检测及定位技术综述[J]. 绝缘材料，2015（8）：1-7.
[2] 肖天为，张强，黄炎光，等. 特高频方法用于套管局部放电检测的可行性研究[J]. 电网技术，2015，39（6）：1719-1724.