淺析局部放電理論及其檢測(cè)方法

馬春亮

摘 要：隨著城市電纜越來越多，電力電纜作為城市供電的重要方式也越來越受到人們的關(guān)注，電纜出現(xiàn)故障會(huì)影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此電纜事故的原因分析就很重要?，F(xiàn)行的方法中，局部放電是比較重要的一種方法。電纜的局部放電是檢測(cè)電纜是否存在缺陷的一種重要的方法，局部放電是電纜及其附件（包括電纜中間接頭及電纜終端）絕緣出現(xiàn)缺陷的主要表現(xiàn)之一，它既是造成絕緣缺陷劣化發(fā)展的主要原因，又是電纜終端狀態(tài)檢測(cè)的主要參量。該文簡(jiǎn)要分析了局部放電理論及發(fā)展機(jī)理，闡述了局部放電的在線檢測(cè)方法。

關(guān)鍵字：局部放電 超聲波 脈沖電流 在線檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TM855 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）11（c）-0067-01

隨著我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的飛速發(fā)展以及城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市電網(wǎng)的規(guī)模也隨之迅速發(fā)展。城市用電量的快速增長(zhǎng)致使需要大量鋪設(shè)輸電線路來滿足日益增長(zhǎng)的用電需求及提高供電的可靠性，因此利用局部放電檢測(cè)來判斷設(shè)備絕緣狀態(tài)的意義越來越重大。

1 局部放電理論

IEC 60270指出：“在電場(chǎng)作用下，絕緣系統(tǒng)中只有部分區(qū)域發(fā)生放電，而沒有貫穿施加電壓的導(dǎo)體之間，即尚未擊穿，這種現(xiàn)象稱為局部放電?！本植糠烹娛请娏υO(shè)備在運(yùn)行過程中，絕緣部分中由于絕緣空隙具有容性電壓以及空隙中的氣體與絕緣材料存在極大的電應(yīng)力差，在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下發(fā)生局部橋接，產(chǎn)生的微小電火花式的放電。局部放電在絕緣介質(zhì)內(nèi)部缺陷中產(chǎn)生重復(fù)性的擊穿和熄滅，在缺陷初期放電量很小且不會(huì)影響絕緣介質(zhì)的絕緣能力。但是隨著設(shè)備的長(zhǎng)期運(yùn)行，在這種局部不均勻的電場(chǎng)作用下，局部放電會(huì)漸漸增強(qiáng)并開始損壞絕緣介質(zhì)，大大縮短絕緣的使用壽命。

2 局部放電的機(jī)理

局部放電是一種機(jī)理非常復(fù)雜的放電現(xiàn)象，通常采用經(jīng)典的“三電容”模型來對(duì)其進(jìn)行產(chǎn)生機(jī)理上的基本分析。其等值電路如圖1。

3 局部放電在線檢測(cè)方法

前文中已經(jīng)提到，局部放電的檢測(cè)方法主要分為電氣檢測(cè)法和非電檢測(cè)法兩大類。不論是電氣檢測(cè)法還是非電檢測(cè)法，都是以伴隨局部放電發(fā)生而產(chǎn)生的現(xiàn)象為基礎(chǔ)的，進(jìn)而產(chǎn)生了眾多的檢測(cè)方法。

3.1 脈沖電流法

試品兩端在局部放電發(fā)生時(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬間的電壓變化，這會(huì)在檢測(cè)回路中激起一個(gè)高頻脈沖電流。脈沖電流法就是將此高頻脈沖電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成為電壓脈沖后，再通過其他測(cè)量?jī)x器測(cè)量其波形、相位及幅值，最后通過校準(zhǔn)環(huán)節(jié)得到其視在放電量。

這種方法雖然也被應(yīng)用于檢測(cè)電纜本體的局部放電，但是大量的經(jīng)驗(yàn)表明，這種方法應(yīng)用于電纜終端的局部放電檢測(cè)并不實(shí)用。

3.2 化學(xué)分析法

這種方法是利用氣相色譜儀來對(duì)絕緣介質(zhì)電化學(xué)分解所產(chǎn)生的氣體進(jìn)行色譜分析，從而判斷電氣設(shè)備內(nèi)部的缺陷是否存在，并進(jìn)一步判斷其缺陷類型。

在局部放電發(fā)生時(shí)，變壓器油、SF6等絕緣介質(zhì)會(huì)分解產(chǎn)生多種類型的其他氣體，這些氣體的濃度上升容易被置于絕緣介質(zhì)內(nèi)部的傳感器檢測(cè)到。因此，這種方法在變壓器內(nèi)部的局部放電檢測(cè)中得到了較為廣泛的應(yīng)用。

隨著近年來電氣設(shè)備的絕緣介質(zhì)逐漸向氣體絕緣介質(zhì)（主要是SF6）過渡與發(fā)展，這種方法開始出現(xiàn)弊端。當(dāng)設(shè)備的體積隨著電壓等級(jí)的升高而逐漸增大時(shí)，單次局部放電所產(chǎn)生氣體很快被氣體絕緣介質(zhì)稀釋，這種傳感器將不再那么靈敏。只有當(dāng)內(nèi)部雜質(zhì)氣體濃度上升到一個(gè)比較高的程度時(shí)，內(nèi)部缺陷才有可能被檢測(cè)出來。

3.3 光測(cè)法

局部放電的光檢測(cè)法一般是指熒光光學(xué)檢測(cè)法，其利用熒光光纖對(duì)局部放電所產(chǎn)生的熒光進(jìn)行檢測(cè)。

由于光信號(hào)不受空間電磁干擾的影響，而且信號(hào)在光纖中的傳輸衰減極少，所以這種方法具有較高的靈敏度。光測(cè)法實(shí)際上是檢測(cè)裝置內(nèi)部的發(fā)光點(diǎn)，所以它便于對(duì)局部放電進(jìn)行定位。

但是，由于采用光測(cè)法要在設(shè)備內(nèi)部布置光纖線路，而電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)一般都比較復(fù)雜，所以這種方法目前還難以向工業(yè)上推廣。

3.4 超聲波法

在電纜終端內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)，會(huì)激發(fā)介質(zhì)產(chǎn)生高頻彈性振動(dòng)，從而產(chǎn)生超聲波。通過使用超聲波傳感器對(duì)這些超聲波信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而確定局部放電的大小并完成其定位，是局部放電超聲波檢測(cè)法能夠完成的工作。

近年來，隨著新型聲電換能材料的出現(xiàn)，超聲傳感器的信噪比得到較大程度的提高，配合適當(dāng)?shù)男盘?hào)放大單元，可以得到較為理想的檢測(cè)靈敏度。

超聲波法主要具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）非電氣、非接觸測(cè)量；

（2）可遠(yuǎn)距離測(cè)量；

（3）可以避免電磁干擾的影響；

（4）可以方便地定位；

（5）可實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)；

（6）在線檢測(cè)與離線檢測(cè)的結(jié)果相同。

但是，目前使用超聲波法進(jìn)行局部放電檢測(cè)也同樣面臨著眾多的技術(shù)難點(diǎn)。例如，局部放電的超聲波產(chǎn)生機(jī)理較為復(fù)雜，超聲波的振動(dòng)幅值與視在放電量之間的關(guān)系不明確，導(dǎo)致局部放電的校準(zhǔn)存在困難。

超聲波波形與放電類型的對(duì)應(yīng)關(guān)系有待研究，目前還無法使用超聲波信號(hào)對(duì)局部放電的放電類型進(jìn)行模式識(shí)別。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，超聲波法主要作為一種局部放電檢測(cè)的輔助方法。

3.5 超高頻法

由于超高頻頻段的電磁信號(hào)隨距離的衰減程度非常高，故傳感器的靈敏度受距離的影響比較大。同時(shí)，電氣設(shè)備內(nèi)部發(fā)生的局部放電向外圍空間傳播時(shí)需要通過復(fù)雜的絕緣結(jié)構(gòu)，可能發(fā)生多次折反射，也可能被設(shè)備的金屬外殼所屏蔽，因此，采用這種方法進(jìn)行局部放電檢測(cè)還存在很多困難。目前超高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)多處于實(shí)驗(yàn)室階段。

參考文獻(xiàn)

[1] 李燕青.超聲波法檢測(cè)電力變壓器局部放電的研究[D].保定：華北電力大學(xué)，2003.

[2] 魏念榮，張旭東，曹海翔，等.用熒光光纖技術(shù)檢測(cè)局部放電信號(hào)傳感器的研究[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2002，42（3）：329-332.

[3] 王慶.變壓器局部放電超聲信號(hào)傳播規(guī)律及定位方法的研究[D].保定：華北電力大學(xué)，2003.endprint