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開關(guān)柜局部放電的種類和檢測(cè)方法
在開關(guān)柜絕緣系統(tǒng)中，各部位的電場(chǎng)強(qiáng)度存在差異，某個(gè)區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度一旦達(dá)到其擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，該區(qū)域就會(huì)出現(xiàn)放電現(xiàn)象，不過(guò)施加電壓的兩個(gè)導(dǎo)體之間并未貫穿整個(gè)放電過(guò)程，即放電未擊穿絕緣系統(tǒng)，這種現(xiàn)象即為局部放電。絕緣介質(zhì)中電場(chǎng)分布、絕緣的電氣物理性能等決定了發(fā)生局部放電的條件，一般情況下高電場(chǎng)強(qiáng)度、低電氣強(qiáng)度的條件下容易出現(xiàn)局部放電。雖然局部放電通常不會(huì)貫通性的擊穿絕緣，但是卻可能局部損壞電介質(zhì)，如果長(zhǎng)期存在局部放電的現(xiàn)象，則基于特定的條件下會(huì)降低絕緣介質(zhì)的電氣強(qiáng)度。由此可見，局部放電屬于電氣設(shè)備中的隱患，其破壞過(guò)程體現(xiàn)出緩慢性、長(zhǎng)期性的特點(diǎn)。通常局部放電的特性可以較好的印證絕緣缺陷，可以通過(guò)局部放電的特性來(lái)分析絕緣的局部損壞程度。很大程度上對(duì)各種局部放電特性進(jìn)行綜合測(cè)量，可以對(duì)產(chǎn)品的絕緣水平進(jìn)行客觀的評(píng)價(jià)。
一、局部放電的種類特點(diǎn)
1.電暈放電
通常在氣體包圍的高壓導(dǎo)體周圍會(huì)出現(xiàn)電暈放電，比如高壓輸電線路或者高壓變壓器等，這些高壓電氣設(shè)備的高壓接線端子暴露在空氣中，因此發(fā)生電暈放電的機(jī)率相對(duì)較大。電暈放電體現(xiàn)出的是典型的、極不均勻電場(chǎng)的特征，也是極不均勻電場(chǎng)下特有的自持放電形式。很多外界因素均會(huì)對(duì)電暈起始電壓產(chǎn)生影響，比如電極的形狀、外加電壓、氣體密度、極間距離以及空的濕度與流動(dòng)速度等等。
2.沿面放電
通常在絕緣介質(zhì)表面會(huì)出現(xiàn)沿面放電的現(xiàn)象。這種局部放電的形式屬于特殊的氣體放電現(xiàn)象，電力電纜、電機(jī)繞組、絕緣套管的端部等位置比較常見沿面放電。一旦介質(zhì)內(nèi)部電場(chǎng)的強(qiáng)度低于電極邊緣氣隙的電場(chǎng)強(qiáng)度，而且介質(zhì)沿面擊穿電壓相對(duì)較低，沿面放電就會(huì)發(fā)生在絕緣介質(zhì)的表面。通常電壓波形、電場(chǎng)的分布、空氣質(zhì)量、介質(zhì)的表面狀態(tài)、氣候條件等均會(huì)對(duì)沿面放電電壓產(chǎn)生影響，所以沿面放電體現(xiàn)出不穩(wěn)定的特點(diǎn)。
3.內(nèi)部放電
固體絕緣介質(zhì)內(nèi)部比較常見內(nèi)部放電。在生產(chǎn)加工絕緣介質(zhì)時(shí)難免存在材料與工藝缺陷的問(wèn)題，導(dǎo)致絕緣介質(zhì)內(nèi)部出現(xiàn)內(nèi)部缺陷，比如摻人少量的空氣或者雜質(zhì)等。一旦絕緣受到高壓作用，內(nèi)部缺陷就有發(fā)生局部擊穿或者重復(fù)性擊穿的可能。通常介質(zhì)自身的特性、氣隙大小、缺陷的位置與形狀、氣隙氣體的種類等會(huì)對(duì)內(nèi)部放電的發(fā)生條件產(chǎn)生影響。
4.懸浮電位放電
這種局部放電的形式是指高壓設(shè)備中某個(gè)導(dǎo)體部件存在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷，或者其它原因?qū)е陆佑|不良斷開，最終造成該部件位于高壓電極與低壓電極之間并根據(jù)其位置的阻抗比獲得分壓發(fā)生放電，針對(duì)該導(dǎo)體部件上對(duì)地電位稱其為懸浮電位。導(dǎo)體具有懸浮電位時(shí)，通常其附近的場(chǎng)強(qiáng)會(huì)比較集中，而且會(huì)破壞四周絕緣介質(zhì)的形成。一般在電氣設(shè)備內(nèi)高電位的金屬部件或者處于地電位的金屬部件上容易發(fā)生懸浮電位放電。
二、開關(guān)柜局部放電檢測(cè)方法
針對(duì)開關(guān)柜而言，其局部放電檢測(cè)方法包括以下幾種：
1.地電波檢測(cè)
在高壓開關(guān)柜絕緣層中發(fā)生局部放電時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁波，而開關(guān)柜的金屬外殼會(huì)將這種電磁波屏蔽掉一大部分，不過(guò)仍有小部分會(huì)通過(guò)金屬殼體的接縫或者氣體絕緣開關(guān)襯墊傳播出去，而且還會(huì)產(chǎn)生一個(gè)地電波通過(guò)設(shè)備金屬殼體外表面?zhèn)飨虻叵隆５仉姴ǖ姆秶ǔＴ趲缀练敝翈追虚g，而且上升時(shí)間內(nèi)有幾個(gè)納秒。可以將探頭設(shè)置于工作狀態(tài)中的開關(guān)柜的外表面，對(duì)局部放電活動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)。
2.超聲波檢測(cè)
其實(shí)超聲波檢測(cè)屬于機(jī)械振動(dòng)波的一種，基于能量的角度而言，局部放電的過(guò)程即為能量瞬時(shí)爆發(fā)的過(guò)程，電能通過(guò)聲能、光能、熱能以及電磁能的形式釋放出去，電氣擊穿發(fā)生在空氣間隙，瞬間就可以完成放電，此時(shí)電能也會(huì)在一瞬間轉(zhuǎn)化為熱能，放電中心的氣體受到熱能的作用會(huì)發(fā)生膨脹，通過(guò)聲波向外傳播，傳播區(qū)域內(nèi)氣體被加熱后形成一個(gè)等溫區(qū)，其溫度超出環(huán)境溫度;等到這些氣體冷卻后開始收縮，則會(huì)產(chǎn)生后續(xù)波，后續(xù)波的頻率以及強(qiáng)度均比較低，包含各種頻率分量，有很寬的頻帶，超聲波的頻率大于20kHz。因?yàn)榫植糠烹姷膮^(qū)域相對(duì)較小，所以局放聲源即為點(diǎn)聲源。
3.超高頻檢測(cè)法
時(shí)間變化過(guò)程中，局部放電所產(chǎn)生的電磁振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生電磁波，在固氣與氣體介質(zhì)中，局部放電脈沖會(huì)發(fā)生非常豐富的電磁波超高頻分量，最高可達(dá)數(shù)GHz。實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，局放信號(hào)的檢測(cè)可以利用兩個(gè)探頭來(lái)進(jìn)行，將探頭檢測(cè)到信號(hào)的時(shí)間順序作為判斷依據(jù)，放電源的距離較近，就會(huì)被先檢測(cè)到;探頭位置不斷變化，可以將放電源的大致位置逐步判斷出來(lái)。或者通過(guò)多個(gè)探頭，將探頭檢測(cè)局放信號(hào)的時(shí)間差列方程組，可以求出放電源的三維空間坐標(biāo)，最終確定放電源。該方法的靈敏度相對(duì)較高，且具備較強(qiáng)的抗干擾能力，而且開關(guān)柜上通常有接縫或者小玻璃窗，可以不用考慮該方法在完全密封條件下很難檢測(cè)的要求。
4.綜合檢測(cè)技術(shù)
其實(shí)無(wú)論哪種檢測(cè)方法均有一定的局限性，無(wú)法將開關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)客觀、全面、真實(shí)的反映出來(lái)，還會(huì)出現(xiàn)誤判的可能。由于放電類型能量的釋放形式不同、各種檢測(cè)方法的實(shí)用性與靈敏度也存在差異，所以在對(duì)開關(guān)柜局部放電檢測(cè)過(guò)程中，要將上述檢測(cè)手段綜合應(yīng)用，以地電波檢測(cè)為主、超聲波檢測(cè)及超高頻檢測(cè)為輔來(lái)進(jìn)行。
5.局部放電分析技術(shù)
具體而言，常用的局部放電分析技術(shù)包括以下幾種：第一，橫向分析法，即對(duì)同個(gè)開關(guān)室中開關(guān)柜的檢測(cè)結(jié)果做出橫向比較，如果其中一個(gè)開關(guān)柜的檢測(cè)結(jié)果大于現(xiàn)場(chǎng)背景值以及其它開關(guān)柜的測(cè)試結(jié)果，則可以確定該設(shè)備可能存在缺陷;第二，趨勢(shì)分析法，分析同一個(gè)開關(guān)柜在不同時(shí)間的檢測(cè)結(jié)果，進(jìn)行縱向比較判斷開關(guān)柜的運(yùn)行趨勢(shì)。根據(jù)特定的周期檢測(cè)開關(guān)室中的開關(guān)柜，保留每次的檢測(cè)結(jié)果，后續(xù)就可以根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)設(shè)備局部放電狀態(tài)變化的趨勢(shì)進(jìn)行分析;第三，閾值比較，即提供判斷閾值，將其與開關(guān)柜的檢測(cè)結(jié)果做出比較，分析結(jié)果判斷開關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)。可以根據(jù)以下根據(jù)做出判斷：開關(guān)室內(nèi)背景值與測(cè)試值都在20dB以下時(shí)，開關(guān)設(shè)備正常，下月再次進(jìn)行巡檢;開關(guān)室內(nèi)背景值在20dB以下，而某些開關(guān)柜的測(cè)試值在20～30dB，對(duì)該開關(guān)柜加強(qiáng)關(guān)注，縮短檢測(cè)周期，觀察檢測(cè)幅值的變化趨勢(shì);;如果開關(guān)室內(nèi)背景值在20dB以下，而某些開關(guān)柜的測(cè)試值大于30dB，該開關(guān)柜有局部放電現(xiàn)象，應(yīng)使用定位技術(shù)對(duì)放電點(diǎn)進(jìn)行定位。
總之，局部放電體現(xiàn)出一定的復(fù)雜性，通常在絕緣內(nèi)部擊穿場(chǎng)強(qiáng)相對(duì)較低的部位容易發(fā)生局部放電，而且絕緣介質(zhì)內(nèi)部的電場(chǎng)分布、絕緣的電氣性能均對(duì)發(fā)生局部放電的條件起著決定性作用。而在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，要選擇合理、適用的檢測(cè)方法與分析方法，及時(shí)排除故障，保證開關(guān)柜處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。
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