高壓開關柜局部放電帶電檢測技術的應用

李智勇，周 華

（河南省高壓電器研究所有限公司，河南 平頂山 467000）

0 引 言

在開關設備中高壓開關柜是最普遍使用的。開關柜運行維護的實際情況關乎到局部區(qū)域是否安全穩(wěn)定供電。相對脈沖電流法等傳統(tǒng)檢測法，局部放電帶電檢測法屬于間接性檢測法,是通過檢測局部放電伴生現象而實現檢測放電現象的檢測方法。目前，電力系統(tǒng)中針對開關柜局部放電帶電檢測方法主要有暫態(tài)地電位和超聲波檢測兩種運用較多。為了在停電試驗周期內發(fā)現一些絕緣缺陷，通過帶電檢測對高壓開關柜內設備的運行狀態(tài)進行評估。這也便于后續(xù)采取預防措施，避免突發(fā)停電事故。自從開展變電站高壓開關柜帶電檢測以來，在實際工作中已經十分成熟地使用超聲波法、暫態(tài)對地電壓法（即TEV法）、紅外線溫度檢測法等方法。所以，將高壓開關柜試驗工作的重點從“定期檢修”轉移到“狀態(tài)檢修”是切實可行的。

1 局部放電現象及其主要危害

1.1 局部放電現象

一般局部放電現象主要是指在強度充足的電場作用下，電力設備絕緣介質局部范圍內發(fā)生的放電情況[1]。 結合現階段的研究結果來看，局部放電容易在固體絕緣空穴或者液體絕緣氣泡等邊緣位置出現，很多都主要集中在氣隙位置。

1.2 局部放電現象產生的危害

局部放電產生的危害具體表現在如下2點：第一，導致系統(tǒng)設備絕緣性減少、促進老化；第二，導致不必要的電能被浪費[2]。因為高壓開關有相當高的電壓，有些介質的擊穿場很強，這樣就容易對系統(tǒng)的不同類型的絕緣外皮產生不良影響，在這種高電壓下電流有很強的破壞力，而且在局部放電的作用下絕緣皮容易出現老化的情況，兩者呈正比關系。關于電能浪費，多次的局部放電容易導致系統(tǒng)有更高的電能損耗，曾經有研究人員調查某地10座大型商業(yè)建筑和民用建筑，最終的調查結果顯示如果局部放電非常嚴重，會容易造成電能損耗加大。因此，對于電力系統(tǒng)工作，必須要注重局部放電問題。因為局部放電自身具有一定的隱蔽性，所以分析高壓開關柜局部放電帶電檢測技術是非常有必要的。

2 高壓開關柜局部放電帶電檢測的優(yōu)勢

近年來，隨著供電安全性和穩(wěn)定性要求的不斷提高，高壓開關柜局部放電帶電檢測顯得至關重要。當前，我國電力生產管理的主要方法是高壓開關柜的局放檢測，其可以迅速找到柜內的問題，隨時了解設備的實際運行情況。相對于傳統(tǒng)的停電檢測方式，高壓開關柜局部放電帶電檢測的優(yōu)勢具體表現在如下兩點。第一，經濟優(yōu)勢。無論是定期的例行檢修還是試驗，都必須要在停電的基礎上開展，這樣就勢必會出現由于停電而產生的經濟損失，并且容易出現過修或者失修的問題。但是如果采用高壓開關柜局部放電帶電檢測技術，就可以在很大程度上防止這種情況出現。第二，技術優(yōu)勢。通常，就利辛實驗條件來講，停電和設備運行中存在很大的差異[3]。運行過程中設備容易受到多種因素的影響，如應力因素以及電磁場因素等，這些都是不能在停電的狀態(tài)下可以模擬的。在停電條件下開展的實驗往往都不能準確找到絕緣缺陷。缺陷潛伏發(fā)展都需要一個過程，在這個期間進行帶電檢測，可以將絕緣狀態(tài)下所有信息情況都全面反映出來。但是例行試驗的前提條件是必須要在停電情況下進行，通常都無法迅速正確的找到故障。如果在檢測設備實際運行情況時采用局部放電帶電檢測技術，可以更加方便的了解設備實際使用情況。

3 高壓開關柜局部放電帶電檢測技術的基本原理

與傳統(tǒng)檢測法相比，局部放電帶電檢測法是一種間接性檢測方法，其是利用檢測局部放電伴生情況而達到檢測放電目的的檢測方式?，F階段，電力系統(tǒng)中高壓開關柜局部放電帶電檢測技術主要包括兩種，一種是暫態(tài)地電位檢測，另一種是超聲波檢測。

3.1 暫態(tài)地電位檢測的基本原理

一旦開關柜出現局部放電的情況，放電形成的帶電粒子就會迅速從帶電體向接地的非帶電體轉移，而且在非帶電體中形成高頻電流行波，這時電流行波迅速擴散到每個方向。因為集膚效應，電流行波只是集中在開關柜金屬內的表面，通常不會將金屬柜體直接穿透。然而如果在電流行波傳統(tǒng)中存在金屬斷開或者絕緣連接位置時，電流行波就會立刻從金屬柜體內表面向外表面轉移，還通過電磁波的形式傳播到自由空間中，而且在金屬柜體表面往往會形成暫態(tài)地電壓。地電波范圍最好控制在1 mV～1 V，能夠在檢測中采用專業(yè)的暫態(tài)地電壓傳感器[4]。此外，暫態(tài)電壓檢測傳感器和耦合電容傳感器是非常相似的，如果使用傳感器對迅速變化的暫態(tài)地電壓進行檢測，這樣就可以向檢測設備處理單元傳送檢測信號，經過正確的運算處理而獲取局部放電量。

3.2 超聲波檢測的基本原理

就電力設備來講，在放電中難免會出現聲波。站在能量的角度分析，放電是能量瞬時間爆發(fā)的過程，也是電能以電磁能以及聲能等多種形式釋放的過程。在空氣間隙中如果出現電氣擊穿的情況，放電瞬時就會有效完成，其電能向熱能瞬時轉化，造成放電中心氣體出現膨脹的情況，該瞬時膨脹的結果往往都是通過聲波的形式進行傳播，隨著聲波傳播過程中，聲音頻率越高，其衰減也會越來越快。因此，當高壓開關柜發(fā)生放電時，其產生的超聲波信號會從開關柜的接縫處或空氣間隙傳播出來，然后通過傳感器測量超聲波信號的聲壓，可以根據聲音的衰減情況來推測出放電的強弱和位置[5]。

放電形成的聲波的頻譜都是相當寬的，最小是幾十赫茲，最大有幾兆赫茲，如果信號頻率小于20 kHz，人們的耳朵就可以聽到，反之，如果信號頻率高于20 kHz， 就屬于超聲波信號，這時需要使用超聲波傳感器才可以順利接收。結合放電釋放的聲能和能量之間的關系，將局部放電釋放能量的變化用超聲波信號聲壓變化表示，通過對超聲波信號的聲壓進行準確測量，這樣就能夠推測出放電的實際強弱。這就是超聲波信號檢測高壓開關柜局部放電的基本原理。

4 結 論

局部放電難免會損壞電力系統(tǒng)部件，也會造成不必要的電能消耗。當前普遍運用的檢測技術包括暫態(tài)地檢測和超聲波檢測。這些檢測技術的基本原理是不同的，在實際工作可以結合具體情況選擇適宜的檢測技術。這樣可以保證檢測結果的準確性，也可以提高檢測效率。