高压开关柜局部放电检测及典型局放缺陷分析

2022-11-21滕晓斐

科技创新与应用 2022年33期

滕晓斐

（国网江苏省电力有限公司无锡供电分公司，江苏无锡 214000）

高压开关柜是变电站内的重要组成部分，其内部发生局部放电严重影响设备安全可靠运行，在带电条件下对封闭的高压开关柜进行局部放电检测是反映其内部绝缘状态的有效手段。本文主要对特高频、暂态地电压与超声波检测技术的原理和优缺点进行介绍，为今后选取合理检测方法提供依据。

1 特高频类型检测方法的主要原理及其特征

一般来讲，在高压类型开关柜装置内部，如果出现了局部发生放电的情况，放电的脉冲在高压类型开关柜装置的传送过程中将会引起电磁谐振的现象，此时将会产生特高频率的电磁波信号，并且还会向周边区域进行辐射，高压类型开关柜装置通常情况下配备有利于观察的窗口，此观察用的窗口的材质是防爆类型的钢化玻璃。这种钢化玻璃属于一种透明状态的介质，其和高压类型开关柜装置的金属材质的外壳部分具有不同数值的折射率及反射率特征，因此电磁波能够透过观察窗口向外部的空间进行辐射。特高频率的检测方法就是依据局部位置出现放电现象之后，线路中激发出来的电磁波相关特征，把特高频率的传感器装置设置于高压类型开关柜装置的观察窗口位置，用于接收发散出来的电磁波信号的数据，并且对于此电磁波信号实施分析和研究的一类局部放电模式的测量方法，具体情况如图1所示。和其他类型的局部放电模式的测试方法相比较，特高频率的检测方法具有一定的优势和特点，主要表现为：抗干扰的能力相对比较强、测量结果的灵敏程度比较高、检测操作过程的执行效率高和缺陷位置的定位精度比较高等[1]。

2 有关特高频率方法执行的高压类型开关柜装置局部放电过程中的缺陷

2.1 电晕放电情况

一般情况下，高压类型开关柜装置的内部金属导体，因为打磨过程不完善可能会出现棱角造型、毛刺情况等金属材质的尖端类型的突起情况，金属材质的尖端因为具有比较小的曲率半径，可能会造成周边局部空间中的电场出现畸变情况，导致空气中的游离电子活性增强并且造成局部区域出现放电的情况。PRPD图谱的主要特征如下。

（1）在工频状态下参考信号中的波形正、负半个周期均存在局部放电类型的情况，不过相关的信号波形表现为不对称的形式，其中负半周期的放电信号的分布相比正半周期信号的分布更为密集，并且负半周期中的放电信号强度数值会略高于正半周期放电信号的强度数值。

（2）放电信号的分布特征表现得比较零散，具有较强的随机特性。

2.2 悬浮放电情况

如果高压类型开关柜中的高压型电力设备中某个金属材质的零件，因为受到电动力载荷的作用或者是自身主体结构上的其他因素的影响，而与高压部位的连接失效或是接地的效果失效，此时在位于高电压和低电压的电极间，根据耦合之后的阻抗可能出现的分压模式，进而会生成悬浮类型的电位，悬浮类型的电位体和高压类型的电极及接地极间，因为存在绝缘用的介质，此时会出现电场的集中现象，周边的区域可能出现局部的放电现象，局部的放电现象将会导致周边的介质被烧毁或者是过度的老化，因此悬浮类型的放电现象会给相关设备的绝缘效果带来严重的威胁。通常来讲，高压类型开关柜装置内部的悬浮类型放电问题具有如下的状况：首先，夹紧母线用的金属夹子和母线之间出现接触不良的情况，造成夹子和母线间生成悬浮类型的放电现象；其次，在穿心类型的电流互感器装置中，等电位的线路存在焊接不牢固的情况，使得其互感器装置的内壁发生脱落现象，造成等电位的线路和互感器装置的内壁间出现悬浮类型的放电现象；最后，工作站使用的变压器装置内部的铁心部位的接地情况不理想，造成铁心部件和大地间生成了悬浮类型的放电现象。高压类型的开关柜装置如图2所示。

2.3 绝缘沿面放电情况

一般情况下高压类型开关柜装置的内部，其电力系统设备的外部绝缘表面由于污染及受潮等因素的作用，造成绝缘体表面的局部位置出现电场畸变情况，此时可能导致绝缘表面发生放电的现象，这类放电情况再进一步发展将会造成外部绝缘材料发生一定程度的老化，如果情况严重的情况下，甚至会出现沿着绝缘面发生闪络的情况。通常情况下高压类型开关柜装置内部出现沿面类型的放电缺陷主要有如下几类情况：首先，电缆的接头或者避雷器装置的外部绝缘面发生污损或者受潮的情况，造成沿面区域的放电现象；其次，陶瓷材质的材料部位的绝缘子的表面上出现细小尺寸的裂纹，将会导致局部区域的放电现象；最后，互感器装置的二次接线部位接在了主绝缘体的表面之上，此时两者处于一次高压类型的绕组生成的高压电场的区域之中，导致了绝缘体的表面区域在二次接线的连接位置发生了沿面类型的放电现象[2]。

3 局部放电检测工作执行的必要性

通常在高压类型开关柜装置中的设备，其放电过程中出现的损坏可以分成没有击穿的状态、间歇性击穿的状态及完全被击穿的状态这3个不同的类型和阶段，局部放电的过程主要包含了没有击穿及间歇性击穿这2种情况。这其中没有击穿的状态主要包括了辉光类型的放电、电晕类型的放电和刷状类型的放电等模式，在此种状态之下电气设备尽管出现了一定程度上的放电情况，不过其综合绝缘水平依旧保持了比较理想的状态，这个时候如果能够迅速地去除放电的源头就能够有效防止相关设备受到更大的损坏。间歇类型的击穿状态一般指火花类型的放电情况，在这个状态之下相关电气设备的绝缘能力已经出现了比较明显的劣化，已经不能再继续进行正常的使用了，这个时候如果能够迅速去除放电的源头并且及时更换出现绝缘问题的相关设备，则能够有效预防事故问题的继续恶化。完全类型的击穿状态通常指的是电弧放电的情况，在此状态之下相关电气设备已经被完全损坏，各项功能指标可以说完全失效，因为电弧的放电情况是一类非常严重的放电情况，相关的设备如果到了此阶段，高压类型的开关柜装置将会存在随时可能发生爆炸的巨大隐患，必须引起高度的重视。

4 局部放电测试方法的可行性和放电量指标关系研究

4.1 高压开关柜装置局部放电测试工作的可行性研究

一般来说，高压类型开关柜在其运行的过程中，因为产品的综合质量及工作环境各项因素，可能造成某个位置绝缘能力发生明显的下降。如果高压类型开关柜内部的电场情况出现畸变的情况，这类区域将会由于绝缘效果不能有效符合相应规定而出现局部放电的情况。发生局部放电的过程将会伴随有声、光和电等层面的显著变化，并且随之还会出现一定程度的电磁波信号及机械波信号，因此只要对这个过程中出现的机械波及电磁波，加上相应的声、光和电等方面的信息数据实施详尽的检测和捕捉，就能够对高压类型的开关柜装置的局部放电的位置信息及问题出现的严重程度等情况进行有效的评估和判断，进而为相关设备状态的检修工作提供可靠的判断依据。

4.2 局部放电数值和放电电量之间关系研究

当前的情况下，高压类型开关柜装置的局部放电现象的检测方法能够测出的局部放电数值和实际情况下的放电电量并没有建立相对严谨的定量联系，仅仅可以实行定性类型的描述。在日常检测与维修的实际操作过程中，现场工作人员通常使用根据比较类型方法的操作模式来实施局部放电水平的研究和分析工作。当变电站处于正常运行状态的时候，开关室内的局部放电数值一般会处于20 dB之内，假如局部放电的数值处于20～50 dB，就表明系统中可能发生了局部放电数值过大的情况。不过因为某些局部放电过大的状态可能是因为开关柜装置自身所携带的负载数值过大而产生的，为此对这种状态必须实施重点关注和辨别，一般情况下的具体做法为：如果发现此类问题，需要强化定期的检测工作。假如局部放电的数值大于50 dB，则表明此时的系统中，此开关室内部存在着放电的情况，此时就应该使用局部放电的定位方法对这个局部放电的具体区域实施定位，待具体位置确定之后立即进行相应的维修和处理[3]。

5 局部放电的测试方法及现场测试过程

5.1 背景局部放电测试方法

通常在进行局部放电测试的时候，相关工程技术人员为了针对局部放电水平实施有效的评估，必须对开关室内部的空气及金属部位的局部放电数值实施测量。对于空气实施局部放电数值测试的操作方法是在开关室的内部悬空状态设置一小块金属的板材，将局部放电测试用相关仪器的探头以垂直并且紧贴在金属板材相关位置的方式来实施测试工作，通过测试之后，相应开关站内部空气里的局部放电水平数值达到了38 dB。对于金属材质局部放电的测试方式是选择开关室内部某个处于接地状态的金属部件，把局部放电测试仪装置的探头以垂直并且紧贴在接地金属部件表面的模式来实施测试操作，通过测试得出此开关室内部的金属材质的局部放电水平数值是55 dB。因为此开关室内部各个位置的局部放电水平数值很可能存在一定差别，因此需要针对多个点位实施空气中的局部放电及金属材质上局部放电现象的测量操作，随后对于多个点位的测量数据选取平均数值之后即得到最终结果。根据相应测量数据的结果可以知道，此开关室内部局部放电背景数值相对偏高，初步可以判定其存在局部放电的状况。

5.2 暂态地电压数值的检测操作方法

暂态地电压测试方法属于开关柜内部的局部放电测试方法中最为常见的一种测试方式，其主要目的是针对开关室中的各个高压开关柜装置局部放电数值实施测试，经过对比之后来定位放电点的大概区域。这种方法的主要原理是在高压开关柜内部出现局部放电情况的时候，高压开关柜装置的表面会出现能够在金属中快速传播的高频类型的电流波，此时高压开关柜装置金属材料的接缝处，此种电流波就能以电磁波的状态向外部辐射，如果对于此电磁波信号的强度数值实施适当测量，就能够获得局部放电的具体数值。

5.3 超声波信号的检测操作方法

因为超声波类型的信号在高压开关柜内部的传播距离比较近，因此只有在放电点位的附近区域才能够检测到相应的超声波类型的信号，因此技术人员能够应用这个特点来对出现局部放电的高压开关柜装置实施复测操作，这样能更准确地了解到出现局部放电的高压开关柜装置的具体位置。例如对于某个编号的高压开关柜装置及周边高压开关柜装置实施检测后发现此高压开关柜位置的超声波相关信号中既包含50 Hz又包括了100 Hz的分量，其局部放电的有效数值为8.5 Hz，整个周期中的最大数值达到了31.5 mV，可以看出其数值明显大于其周边的高压开关柜装置，再综合暂态地电压数值的结果，已经基本上确定此高压开关柜装置即为发生局部放电的高压开关柜装置。