对开关柜局部放电原因及其处理分析

对开关柜局部放电原因及其处理分析

作者：刘羽赵习超

来源：《科学与技术》2014年第03期

摘要：本文首先对开关柜局部放电进行概述，对局部放电的种类特点进行总结，对局部放电检测技术进行分析，对局部放电分析技术进行探讨，以期对于我国电力系统设备技术水平的提高，起到一定的促进作用。

关键词：开关柜；局部放电；原因；处理；检测；

1、引言

现阶段，我国电力系统对于电能的质量提出越来越高的要求，不仅要确保供电稳定可靠，而且供电的安全性也是重要要求。电力系统中，金属封闭开关设备得到广泛应用，因此开关柜运行的是否稳定可靠是重中之重，电气设备在运行的过程中由于受到高温、电压、振动以及其他化学作用，将会使得其绝缘性能降低，会产生局部放电现象，同时又会加速绝缘的恶化情况，会给电力系统造成较大的经济损失。因此，对电力系统开关柜局部放电原因及其处理方法进行分析和探讨，具有重要意义。然而，对开关柜局部放电现象进行检测的效率还不是很高，需要提高对状态数据的管理方法。本文对有关开关柜局部放电原因及其处理进行分析和探讨，不足之处，敬请指正。

2、开关柜局部放电综述

开关柜的绝缘系统中，每一个部位的电厂强度都有所不同，假如某一个区域电场强度过大，达到或超过击穿场强，那么就会导致这片区域出现放电现象，然而施加电压的导体之间没有出现放电过程，也就是说放电没有击穿绝缘系统，我们把这种现象称之为局部放电。在绝缘介质中，电场分布、绝缘电气物理性能会对局部放电的现象产生一定的影响，往往是高电场强度和低电气强度的条件下容易出现局部放电现象，尽管局部放电不会贯通性击穿绝缘，但是肯定会对电介质产生影响。因此，局部放电是电气系统中的安全隐患，破坏的具体过程呈现出一定的特点，长期而又缓慢，往往局部放电的特点和绝缘特性是成正比进行的，从局部放电的特点可以对绝缘的损坏程度进行分析，反之也可以利用绝缘损坏程度对局部放电特性进行测量。

3、局部放电的种类特点

3.1 电晕放电

一般而言，往往是高压导体和周围气体会出现电晕放电的现象。举例说明，高压输电线路等设备的高压接线端暴漏在外，因此会导致电晕放电的概率变大。实际上，电晕放电呈现出不均匀电场的特点，在这个不均匀电场下会产生持续性放电现象，许多外界因素也会对其产生一定的影响，包括电级的形状、气体密度以及外界湿度等。

3.2 沿面放电

沿面放电是在绝缘介质的表面产生的一种现象，这是一种较为特殊的气体放电现象，常见于电力电缆、绝缘套管的端部以及电机绕组等地方。如果固体绝缘介质的内部电场强度低于电极边缘气隙的电场强度，同时固体绝缘介质沿面击穿电压不是很大，则会在绝缘介质的表面产生沿面放电的现象。沿面放电也会受到外界因素的影响，包括电压波形、电场分布、介质状态以及气候条件等，会导致沿面放电不稳定。

3.3 内部放电

内部放电现象主要存在于固体绝缘介质的内部，在对绝缘介质进行生产和加工时，不可避免的会出现材料和工艺等的设计缺陷，造成绝缘介质的内部存在质量缺陷，比如说在绝缘材料中掺杂空气及其他杂质等。在绝缘介质受到高压作用的同时，其内部存在缺陷会直接导致局部地区被击穿的可能性。一般而言，由于介质本身的特点，比如气隙大小、缺陷情况以及气隙气体种类等，会对放电情况产生不同的影响。

3.4 悬浮电位放电

悬浮电位放电形式主要是由于高压设备中其中一个导体部件存在一定的设计缺陷，或是某个地方接触不良，导致该部件位于高压电极和低压电极之间，按照其位置的阻抗比获得分压发生放电，因此导体部件上对地电位为悬浮电位，如果导体存在这种电位，则能说明附近场强集中存在，会对绝缘介质造成一定的损伤。一般而言，电气设备内部高电位部件较为容易出现悬浮电位放电的现象。

4、局部放电检测技术

针对于开关柜局部放电的原因，利用局部放电检测技术，对故障发生的部位进行检测。一般而言，检测技术分为电测法和非电测法两种，其中电测法主要是利用电波进行检测，具有灵敏度高和使用简便的特点；非电测法是利用超声波检测法，一般应用于局部放电部位进行定位检测。

4.1 地电波检测

开关柜局部放电部位一般出现在高压开关柜绝缘层中，此时会有电磁波出现，其中一部分电磁波会被金属外壳屏蔽，剩余的部分会从气体绝缘开关或者缝隙处传播出去，与此同时也会产生一个地电波，会从设备的壳体处传到地下，地电波的存在时间不长，甚至只有几纳秒。因此，可以采取开关柜工作的时候，把检测探头摆放在外壳附近，对开关柜的内部的局部放电情况进行检测。

4.2 超声波检测

开关柜局部放电可以利用超声波检测的方法，实际上是利用了机械振动的原理，从能量理论进行分析，局部放电时能量在局部发生爆发，主要形式无外乎声能、光能、热能以及电磁能等，容易在空气间隙出现电气击穿的现象，这就是一整个放电的流程，电能完成了对热能的转换，造成放电中心气体受热膨胀，然后膨胀的气体以声波的形式进行传播，在传播过程中对周边的气体进行加热，从而形成一片范围的等温区，等温区的温度和周边环境温度相比而言要高一些，待一段时间后气体慢慢冷却，然后收缩，最终得到较低频率和强度的后续波，其中含有一定分量的频率，具有较宽的频带，大约范围在10Hz到10MHz之间，频率大于20kHz是超声波，局部放电的区域不大，因此局部放电声源可以当做是点声源。

4.3 综合检测技术

现阶段，地电波检测技术和超声波检测技术被广泛应用于我国电力系统局部放电检测，然而作为独立的检测技术应用，两种检测技术都存在局限性，无法客观的反映其真实状况，甚至是出现错误的判断。实际上，放电类型不同，能量释放形式也有所区别，此两种检测方法各有优劣，在实用性和灵敏度方面都有所差异。所以，应当针对放电类型的特点采用不同的检测方法，而且不能简单的只采用其中一种检测方法，将二者结合起来将具有更大的应用范围。基于此，结合开关柜局部放电检测技术的特点，以地电波检测技术为主，以超声波检测技术为辅，有效的将地电波检测和超声波检测技术相结合在一起具有广阔的应用前景。

5、局部放电分析技术

开关柜局部放电分析技术具有以下几个种类：首先，横向分析法，也就是针对同一个开关柜，利用不同的检测方法进行检测，对所得结果进行横向比较，如果其中一个检测结果远大于现场背景值，以及和其他测试结果相差非常大，则可以说明设备存在一定的问题。其次，趋势分析法，主要是针对同一个开关柜，检测时间不同得出的检测结果也不同，那么对其进行纵向对比，能够得出开关柜的运行趋势，按照一定的周期对结果进行检测，对所得设备局部放电情况进行趋势分析。最后，阀值比较，也就是能够给出判断阀值，并将其和所得检测结果进行比较，进而对开关柜的运行情况进行判断。可以按照以下的根据进行结果的判断，如果开关室内背景值和测试值不大于20dB，那么可以说明开关设备是没有问题的，是比较正常的，可以在下一个时间节点进行再次巡检；如果开关室内背景值不大于20dB，而其他开关柜测试值在20和30dB之间，那么应当对此设备进行关注，以此促进检测周期的缩短，并对检测幅值的变化趋势进行观察；如果开关室内背景值不大于20dB，然而其他开关柜测试值要大于30dB，那么可以证明此设备存在局部放电的情况，应当采取故障检测技术对放电点进行定位。

6、结论

综上所述，开关柜局部放电现象是较为复杂的情况，往往发生在绝缘内部击穿场强较低的地方，而且介质内的电场分布、电气性能等会对放电条件有一定的影响。因此，在进行放电部位的检测过程中，尽量选择恰当合理的方法，便于故障能够及早排除，确保开关柜和用电设备处于良好的运行状况。