高壓開關(guān)柜局部放電檢測(cè)技術(shù)研究應(yīng)用

1、高壓開關(guān)柜局部放電檢測(cè)技術(shù)研究應(yīng)用一、概述高壓開關(guān)柜是使用極廣、數(shù)量最多的開關(guān)設(shè)備。開關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)對(duì)電力系統(tǒng)供電可靠性具有重大影響，故障的發(fā)生帶來的后果是十分嚴(yán)重的，其直接的危害是設(shè)備所保護(hù)的線路、設(shè)備受損，電量損失間接的危害則造成用戶大面積停電，影響正常的生活、生產(chǎn)甚至社會(huì)穩(wěn)定。目前電力系統(tǒng)中開關(guān)柜應(yīng)用越來越廣，開關(guān)柜現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方法的不足和投運(yùn)的開關(guān)柜出現(xiàn)的絕緣故障嚴(yán)重威脅著電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。局部放電檢測(cè)是反映開關(guān)柜絕緣狀況的有效手段，也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，對(duì)高壓開關(guān)柜進(jìn)行局放檢測(cè)與故障診斷，是實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)檢修的重要狀態(tài)信息量，是保證設(shè)備安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵，高壓開關(guān)柜中不僅電場(chǎng)作用引起絕緣劣

2、化，導(dǎo)致絕緣故障，而且機(jī)械力和熱的作用，或者和電場(chǎng)的共同作用，最終也會(huì)發(fā)展為絕緣性故障。最終影響供電質(zhì)量和供電可靠性。二、開關(guān)柜的主要缺陷高壓開關(guān)柜由于在設(shè)計(jì)、制造、安裝和運(yùn)行維護(hù)方面存在著不同程度的問題，因而事故率比較高。同時(shí)因污穢、絕緣薄弱、小動(dòng)物侵入等原因常引發(fā)事故，表現(xiàn)為外絕緣對(duì)地閃絡(luò)擊穿, 內(nèi)絕緣對(duì)地閃絡(luò)擊穿，相間絕緣閃絡(luò)擊穿，雷電過電壓閃絡(luò)擊穿，瓷瓶套管閃絡(luò)、污閃、擊穿、爆炸，CT 閃絡(luò)、擊穿、爆炸，瓷瓶斷裂等。在諸多性質(zhì)的開關(guān)柜事故中，絕緣事故多發(fā)生于10kV及以上電壓等級(jí)，造成的后果也很嚴(yán)重。特別是小車式開關(guān)柜，絕緣事故率更高，而且往往一臺(tái)出現(xiàn)事故，殃及鄰柜的現(xiàn)象更為突出。開關(guān)

3、柜絕緣事故原因分析主要有以下方面：1、爬距及空氣間隙不夠：爬距和空氣間隙不足是開關(guān)柜發(fā)生絕緣損壞事故的根本原因。特別是手車柜，為了縮短柜體尺寸，大幅度減小裝于柜內(nèi)的斷路器，隔離插頭相間或?qū)Φ鼐嚯x，卻未采取有效的保證絕緣強(qiáng)度的措施。2制造裝配質(zhì)量及工藝不良：制造質(zhì)量及裝配質(zhì)量對(duì)開關(guān)柜整體耐壓水平有很大的影響。開關(guān)柜內(nèi)的有些元件可以通過耐壓試驗(yàn)，但開關(guān)柜整體卻通不過，原因是裝配質(zhì)量差。如緊固螺絲不規(guī)則，擰緊后螺桿長(zhǎng)出螺母過多；有的支持瓷柱的緊固底板成“丁”型，在支持瓷柱處作特殊處理，這樣不僅縮短了絕緣距離，而且造成電場(chǎng)局部集中。3、接點(diǎn)容量不足或接觸不良，發(fā)熱導(dǎo)致開關(guān)柜故障：當(dāng)接點(diǎn)容量不足或接觸不

4、良時(shí)，該處局部溫度升高，嚴(yán)重時(shí)燒斷該處載流部，引起對(duì)地或相間閃弧，造成絕緣閃絡(luò)。4、環(huán)境條件的影響：開關(guān)柜運(yùn)行的環(huán)境條件是導(dǎo)致開關(guān)柜發(fā)生絕緣閃絡(luò)的主要原因，大氣污染不斷加劇，逐漸污染了電力設(shè)備的絕緣子、套管及母線。分析多年來污閃事故，總結(jié)出發(fā)生污閃的原因主要有二：第一（客觀存在的）是污穢和潮濕兩個(gè)因素同時(shí)存在于絕緣件的表面，產(chǎn)生污閃的可能性較大。第二（人為原因）是絕緣子串的泄漏距離偏小，不能適應(yīng)污穢和潮濕的環(huán)境。局部放電是指發(fā)生在電極之間但并未貫穿電極的放電，這些微弱的放電產(chǎn)生累積效應(yīng)會(huì)使絕緣的介電性能逐漸劣化、缺陷擴(kuò)大，最后導(dǎo)致整個(gè)絕緣擊穿。此外，大多數(shù)機(jī)械破壞也會(huì)導(dǎo)致局部放電的產(chǎn)生。局部放

5、電對(duì)電氣設(shè)備絕緣會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的危害，主要表現(xiàn)在由于放電產(chǎn)生的局部發(fā)熱、帶電粒子的撞擊、化學(xué)活性生成物以及射線等因素對(duì)絕緣材料的損害。這種對(duì)絕緣的破壞作用是一個(gè)緩慢發(fā)展的過程，而且從局部開始，受多種因素影響，對(duì)運(yùn)行中的高壓電氣設(shè)備是一種隱患。三、局部放電在開關(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，不過施加電壓的兩個(gè)導(dǎo)體之間并未貫穿整個(gè)放電過程，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

6、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，可以通過局部放電的特性來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)。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

7、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、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題，導(dǎo)致絕緣介質(zhì)

8、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。不同類

9、型的局部放電的特征不一樣同一類型的局放在不同絕緣介質(zhì)中放電特征不一樣5、局部放電對(duì)絕緣產(chǎn)生的破壞作用可歸納為以下幾種基本形式。1、帶電質(zhì)點(diǎn)的轟擊 由電極注入的電子和放電過程電離的電子、正負(fù)離子，在電場(chǎng)作用下具有的能量可達(dá)l0eV以上，因此，當(dāng)這些帶電質(zhì)點(diǎn)撞擊到氣隙壁上時(shí)，就可能打斷絕緣體的化學(xué)鍵，而產(chǎn)生裂解，破壞絕緣體的分子結(jié)構(gòu)。因此，在帶電粒子作用下，介質(zhì)表面不斷腐蝕，形成凹坑并不斷加深，最后導(dǎo)致?lián)舸?、熱效應(yīng) 在放電點(diǎn)上，介質(zhì)發(fā)熱可達(dá)很高的溫度。解剖經(jīng)長(zhǎng)期放電而尚未擊穿的試品，可以看到絕緣材料在放電點(diǎn)上被燒焦炭化或熔化。溫度升高會(huì)產(chǎn)生熱裂解，或促進(jìn)氧化裂解，同時(shí)溫度提高會(huì)增大介質(zhì)的電導(dǎo)和

10、損耗，由此產(chǎn)生惡性循環(huán)，加速電熱老化過程，導(dǎo)致絕緣體破壞。3、化學(xué)生成物 在局部放電過程中會(huì)生成許多化學(xué)生成物，如臭氧，有水分時(shí)產(chǎn)生硝酸、亞硝酸、草酸等，這些生成物進(jìn)一步與絕緣材料起反應(yīng)，腐蝕絕緣體，使介電性能劣化。4、輻射效應(yīng) 局部放電會(huì)產(chǎn)生可見光、紫外線以及X射線和射線。紫外線能量較小，只會(huì)促使某些基團(tuán)分解，而X射線和射線的能量大，可能會(huì)促使主鍵斷裂，使高分子分解為單體。對(duì)于某些材料，上述射線會(huì)促使分子間的交聯(lián)，而使材料發(fā)脆。5、機(jī)械力的效應(yīng) 斷續(xù)爆破性的放電和放電產(chǎn)生的高壓力氣體，都會(huì)使絕緣體開裂，從而形成新的放電點(diǎn)在放電時(shí)產(chǎn)生的聲波，也會(huì)引起機(jī)械化學(xué)作用。如橡膠通過滾筒滾壓韌練，利用機(jī)

11、械力將分子鏈拉斷而降低分子量一樣，機(jī)械振動(dòng)波也會(huì)使高分子裂解為低分子。以上幾種破壞機(jī)理往往同時(shí)存在，對(duì)于不同材料和不同工作條件，可能以其中的某一種為主。顯然，工作場(chǎng)強(qiáng)高、氣隙大，帶電質(zhì)點(diǎn)的轟擊作用大；工作溫度高、材料的介質(zhì)損失大、材料耐熱性差，則熱效應(yīng)作用大；對(duì)于濕度大或有污染的情況下，放電產(chǎn)生的活性生成物的破壞就更為明顯；主要是前三種效應(yīng)，輻射效應(yīng)和機(jī)械應(yīng)力的效應(yīng)的影響相對(duì)比較小。四、高壓開關(guān)柜局放檢測(cè)的重要性以前相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間里，對(duì)開關(guān)柜檢修主要是通過DL/T 596電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程對(duì)開關(guān)柜所規(guī)定的項(xiàng)目和相應(yīng)的試驗(yàn)周期，定期在停電狀態(tài)下進(jìn)行絕緣性能的檢查性試驗(yàn)，預(yù)防性試驗(yàn)是一種計(jì)劃性

12、的維修方式。長(zhǎng)期的工作經(jīng)驗(yàn)表明，這樣一個(gè)維修體系有一定的局限性。1. 經(jīng)濟(jì)角度：定期試驗(yàn)和大修均需停電，造成很大的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失，增加工作安排的難度。而且存在失修和過修的情況。2. 技術(shù)角度：l 停電試驗(yàn)條件不同于設(shè)備運(yùn)行條件。運(yùn)行時(shí)還有諸如熱應(yīng)力等其它因素的影響，無法在離線時(shí)模擬，這樣很可能發(fā)現(xiàn)不了絕緣缺陷和潛在的故障l 絕緣的劣化和缺陷的發(fā)展具有統(tǒng)計(jì)性，絕緣劣化發(fā)展有快有慢，但總有一定的潛伏的發(fā)展時(shí)間，在此期間會(huì)發(fā)出反映絕緣狀態(tài)變化的各種信息。但預(yù)防性試驗(yàn)是定期進(jìn)行的，經(jīng)常不能及時(shí)準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)故障，第一是漏報(bào)，第二是誤報(bào)和早報(bào)。因此對(duì)高壓成套開關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行不停電檢測(cè)(傳統(tǒng)方法需停

13、電)具有如下重大意義：1. 避免開關(guān)柜突發(fā)事故：開關(guān)柜絕緣故障帶電檢測(cè)，能夠在開關(guān)柜正常運(yùn)行的條件下檢測(cè)其絕緣狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)早期的絕緣缺陷，避免重大絕緣事故；2. 實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜絕緣的狀態(tài)維修：借助開關(guān)柜絕緣故障帶電檢測(cè)，可以有的放矢地進(jìn)行開關(guān)柜維護(hù)，避免盲目的停電維修；3. 提高開關(guān)柜檢修質(zhì)量：開關(guān)柜在完成現(xiàn)場(chǎng)安裝和現(xiàn)場(chǎng)檢修后，均需要進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)試驗(yàn)。開關(guān)柜絕緣故障帶電檢測(cè)能夠克服現(xiàn)場(chǎng)條件下試驗(yàn)所受的限制，提供一個(gè)新的檢測(cè)手段，對(duì)于保證開關(guān)柜檢修質(zhì)量具有重要意義；4. 提高開關(guān)柜檢修效率：絕緣故障帶電檢測(cè)的定位功能，能夠彌補(bǔ)常規(guī)檢測(cè)方法不能定位的不足，極大地方便故障點(diǎn)和干擾源的查找，避免反復(fù)的

14、停電拆卸和檢修，提高試驗(yàn)檢修效率；5. 提高供電可靠性：現(xiàn)代電力系統(tǒng)對(duì)供電可靠性的要求越來越高，通過絕緣故障帶電檢測(cè)可以保證供電可靠性, 確保電力用戶用電的時(shí)效性, 滿足電力用戶的供電需求；五、開關(guān)柜局部放電檢測(cè)方法1、局放的能量形式局部放電是一種脈沖放電，局部放電的過程除了伴隨著電荷的轉(zhuǎn)移和電能的損耗之外， 還會(huì)產(chǎn)生電磁輻射、超聲、發(fā)光、發(fā)熱以及出現(xiàn)新的生成物等。因此針對(duì)這些現(xiàn)象, 局部放電檢測(cè)的基本方法有電測(cè)法、聲測(cè)法、光測(cè)法和化學(xué)檢測(cè)法等。其中電測(cè)法、聲測(cè)法使用較多，但實(shí)際應(yīng)用效果往往不夠理想，主要原因是現(xiàn)場(chǎng)噪聲干擾太大，以至很難區(qū)分真正的局部放電信號(hào)，而有效地排除干擾是提高局部放電檢測(cè)

15、裝置檢測(cè)效果的重要保證。l 電（TEV、UHF、HFCT傳感器） l 光（某些特定位置放電能夠通過觀察窗看到） l 熱（紅外，由于開關(guān)柜的全封閉結(jié)構(gòu)，檢測(cè)效果有限） l 聲（超聲傳感器） l 氣體（臭氧等，能夠嗅到） 2、 檢測(cè)技術(shù)目前采用的開關(guān)柜局放檢測(cè)技術(shù)直接法：視在放電量檢測(cè)間接法：TEV、超聲波、超高頻、聲電聯(lián)合檢測(cè)直接法也是相對(duì)的，因?yàn)橹冈谠嚻穬啥俗⑷胍欢姾闪?，使試品端電壓的變化量和局部放電時(shí)端電壓變化量相同。此時(shí)注入的電荷量即稱為局部放電的視在放電量，以皮庫(kù)(PC)表示。實(shí)際上，視在放電量與試品實(shí)際點(diǎn)的放電皿并不相等，后者不能直接測(cè)得。試品放電引起的電流脈沖在測(cè)量阻抗端子上所產(chǎn)生

16、的電壓波形可能不同于注入脈沖引起的波形，但通?？梢哉J(rèn)為這兩個(gè)儀器上讀到的響應(yīng)值相等。GB/T 7354-2003 局部放電測(cè)量DL/T 417-2006 電力設(shè)備局部放電現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量導(dǎo)則IEC60270-2000 高壓測(cè)試 暫態(tài)地電壓和超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)均屬于間接法局部放電檢測(cè)技術(shù)的范疇，其信號(hào)波動(dòng)范圍大，隨機(jī)性強(qiáng)，而且檢測(cè)結(jié)果與放電源的位置和傳播途徑存在復(fù)雜的關(guān)聯(lián)關(guān)系，因此難以按照IEC60270標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行標(biāo)定。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓開關(guān)柜局部放電嚴(yán)重程度的帶電檢測(cè)，并考慮間接法檢測(cè)的實(shí)際特點(diǎn)和檢測(cè)設(shè)備設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，其指標(biāo)體系經(jīng)常采用無線電電子學(xué)的測(cè)量單位，最經(jīng)常使用的單位主要有dBmV、dBu

17、V和dBm。但在實(shí)踐過程中，dBmV與dBuV有時(shí)全部簡(jiǎn)寫為dB。地電波檢測(cè) 3100MHz當(dāng)開關(guān)設(shè)備發(fā)生局部放電現(xiàn)象時(shí)，帶電粒子會(huì)快速地由帶電體向接地的非帶電體快速遷移，如設(shè)備的柜體，并在非帶電體上產(chǎn)生高頻電流行波，且以光速向各個(gè)方向快速傳播。受集膚效應(yīng)的影響，電流行波往往僅集中在金屬柜體的內(nèi)表面，而不會(huì)直接穿透金屬柜體。但是，當(dāng)電流行波遇到不連續(xù)的金屬斷開或絕緣連接處時(shí)，電流行波會(huì)由金屬柜體的內(nèi)表面轉(zhuǎn)移到外表面，并以電磁波形式向自由空間傳播，且在金屬柜體外表面產(chǎn)生暫態(tài)地電壓(Transient Earth Voltage)，地電波的范圍通常在1毫伏直至1伏中間，而且上升時(shí)間內(nèi)有幾個(gè)納秒?？?/p>

18、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)。（電容耦合式TEV傳感器）暫態(tài)地電壓傳感器本質(zhì)上是一個(gè)金屬盤，前面覆蓋有PVC材料。PVC材料的作用一是充當(dāng)絕緣材料，二是對(duì)傳感器起到保護(hù)和支撐作用。測(cè)量時(shí)，暫態(tài)地電壓傳感器緊密接觸在開關(guān)柜金屬柜體上面，裸露的金屬柜體可看作平板電容器的一個(gè)極板，而暫態(tài)地電壓傳感器則可看作平板電容器的另一個(gè)極板，中間的填充物則為PVC材料。對(duì)于由金屬柜體、PVC材料和暫態(tài)地電壓傳感器構(gòu)成的平板電容器來說，金屬柜體表面出現(xiàn)的任何電荷變化均會(huì)在暫態(tài)地電壓傳感器的金屬盤上感應(yīng)出同樣數(shù)量的電荷變化，并形成一定的感應(yīng)電信號(hào)。該信號(hào)輸入到檢測(cè)設(shè)備內(nèi)部并經(jīng)檢測(cè)

19、阻抗轉(zhuǎn)換為與放電強(qiáng)度成正比的高頻電壓信號(hào)。經(jīng)檢測(cè)設(shè)備處理后，則可得到開關(guān)柜局部放電的放電強(qiáng)度、重復(fù)率等特征參數(shù)。由于其檢測(cè)原理為電容耦合式，所以檢測(cè)時(shí)，TEV傳感器一定要與柜體緊密接觸，才能夠有效的檢測(cè)局放信號(hào)。公式07超聲波檢測(cè) >20kHz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，局部放電的過程即為能量瞬時(shí)爆發(fā)的過程，電能通過聲能、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

20、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。 超聲波傳感器分成兩種，一種為接觸式（壓電式）超聲波傳感器(AE)，一種為開放式（敞開式）超聲波傳感器(Ultrasonic)，接觸式傳感器是將傳感器貼在電力設(shè)備表面，檢測(cè)局放產(chǎn)生的超聲波信號(hào)在電力設(shè)備表面金屬板中傳播所感應(yīng)的振動(dòng)現(xiàn)象，主要用于GIS、變壓器、電纜等密封性電力設(shè)備的局放檢測(cè)，但這種檢測(cè)方式容易受到外界聲音及電力設(shè)備運(yùn)行過程中自身振動(dòng)的干擾；而開放式超聲波傳感器是檢測(cè)放電產(chǎn)生的超聲波信號(hào)在空氣中傳播時(shí)的振動(dòng)現(xiàn)象

21、，用于檢測(cè)電力設(shè)備與傳感器間有空氣通道（如開關(guān)柜及戶外的電力設(shè)備）的局放檢測(cè)，這種檢測(cè)技術(shù)能夠利用外差技術(shù)將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成人耳可聽到的聲音信號(hào)，通過局放的特征聲音，能夠更好的判斷局放存在（不受干擾影響）和定位。敞開式超聲傳感器結(jié)構(gòu)圖12超聲波傳感器通過檢測(cè)放電所產(chǎn)生的超聲波信號(hào)，利用外差法將被接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)人耳可判別、可聽見的聲音信號(hào)，并將放電所產(chǎn)生的超聲波大小以聲壓的形式顯示出來，使用者通過分析耳機(jī)中傳來的放電聲音以及顯示屏上聲壓的大小來判斷設(shè)備是否存在放電現(xiàn)象。外差法原理就像是收音機(jī)，可將信號(hào)準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換成聲音，讓人們?nèi)菀椎乇嬲J(rèn)及了解。傳感器接收到超聲波信號(hào)，經(jīng)過主機(jī)選頻后，選出要接

22、收的超聲波信號(hào)。同時(shí)，在主機(jī)中，有一個(gè)本地振蕩器，產(chǎn)生一個(gè)跟接收頻率差不多的本振信號(hào)，它跟接收信號(hào)混頻，產(chǎn)生差頻，這個(gè)差頻就是中頻信號(hào)。中頻信號(hào)再經(jīng)過中頻選頻放大，然后再檢波，就得到了原來的音頻信號(hào)。音頻信號(hào)通過功率放大之后，就可送至耳機(jī)發(fā)聲了。 特高頻檢測(cè)法 0.3300GHz電力設(shè)備絕緣體具有很高的絕緣強(qiáng)度，其放電信號(hào)的上升沿及持續(xù)時(shí)間極短，一般小于1ns。典型局部放電信號(hào)的頻譜可從低頻到數(shù)百M(fèi)Hz甚至3GHz以上。放電脈沖波不僅以橫向電磁波（TEM波）的形式傳播，而且還會(huì)以橫向電場(chǎng)波（TE波）和橫向磁場(chǎng)波（TM波）的方式傳播。局部放電產(chǎn)生的超高頻信號(hào)可以有效地沿波導(dǎo)傳播。超高頻法的基本原

23、理是通過UHF傳感器對(duì)電力設(shè)備局放產(chǎn)生的超高頻（）信號(hào)進(jìn)行檢測(cè) ，從而判斷設(shè)備局部放電狀況，實(shí)現(xiàn)絕緣狀態(tài)的判斷，而由于現(xiàn)場(chǎng)干擾主要集中于頻段以下，因此UHF法能有效的避開干擾信號(hào)，具有較高的靈敏度和搞干擾能力，可實(shí)現(xiàn)局放帶電檢測(cè)、定位、故障類型判斷等優(yōu)點(diǎn)。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)無論哪種檢測(cè)方法均有一定的局限性，無法將開關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)客觀、全面、真實(shí)的反映出來，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

24、部放電檢測(cè)過程中，要將上述檢測(cè)手段綜合應(yīng)用。六、局放缺陷模擬及特征研究上海電力公司在2012年專門制作了不同類型局放的模擬缺陷，并使用不同檢測(cè)方式，分析各模型產(chǎn)生局放的特征信號(hào)，實(shí)驗(yàn)接線圖如PPT所示，系統(tǒng)包括無局放高壓電源、開關(guān)柜、TEV、UHF和超聲檢測(cè)裝置（傳感器+放大器）、數(shù)字式局放儀檢測(cè)系統(tǒng)、高速數(shù)字示波器等。開關(guān)柜中典型的局放類型包括：1、金屬尖端放電：金屬部件加工的毛刺，殼體內(nèi)部的金屬異物；2、懸浮電極放電：主要包括松動(dòng)部件的懸浮電位放電，非移動(dòng)金屬顆粒和設(shè)備部件之間的放電；3、自由金屬顆粒放電，金屬顆粒和開關(guān)柜部件之間的放電；4、絕緣件內(nèi)部氣隙放電，絕緣件內(nèi)部空隙、異物和裂縫等

25、；針尖開關(guān)柜針尖電暈?zāi)Ｐ偷姆烹婋妷簽?kV，放電量為5065pC。局部放電相位集中在270度附近，且放電次數(shù)較多。電暈放電的TEV信號(hào)主要頻率分量分布在10 MHz以下，在5 MHz與8.5 MHz附近有較高頻率分量。針尖電暈?zāi)Ｐ蚑EV信號(hào)的頻域特點(diǎn)是：在5 MHz附近的頻率分量較豐富。電暈放電的UHF信號(hào)頻率分量分布在100 MHz250MHz，由于UHF信號(hào)的檢測(cè)頻率一般大于300MHz，因此在這個(gè)頻段的檢測(cè)靈敏度較低，信號(hào)幅值也較低。電暈放電的AE信號(hào)頻率分量分布在10 KHz100KHz。在22KHz、27KHz、38KHz和58KHz附近有較高的頻率分量。由于工頻周期內(nèi)電暈放電的次數(shù)

26、多，而超聲信號(hào)的跨度較長(zhǎng)，因此會(huì)產(chǎn)生放電信號(hào)之間的混疊，影響信號(hào)的辨識(shí)度。懸浮開關(guān)柜懸浮放電模型的放電電壓為3.5kV，放電量為280320pC。局部放電相位在1,3象限，且兩象限放電對(duì)稱。懸浮放電的TEV信號(hào)頻率分量分布在30 MHz以下，在6.0 MHz，7.4MHz，18.4MHz與20.4 MHz附近有較高頻率分量。懸浮電極模型TEV信號(hào)的頻域特點(diǎn)是：20 MHz附近的頻率分量較豐富。懸浮放電的UHF信號(hào)頻率分量分布在200 MHz900MHz，且主要集中在300400MHz，信號(hào)幅值較大最大幅值超過1V。懸浮放電的AE信號(hào)頻率分量分布在20 KHz160KHz，且主要的頻率分量集中在

27、7090KHz。顆粒開關(guān)柜金屬微粒模型的放電電壓為3.5kV，放電量為1225pC。金屬微粒局部放電相位不存在規(guī)律性，且放電較不穩(wěn)定。金屬微粒放電的TEV信號(hào)頻率分量集中在20 MHz以下，在19 MHz附近有很高的頻率分量。與其余三個(gè)模型相比，微粒模型的TEV時(shí)域信號(hào)衰減得慢，頻域集中分布在19 MHz處。金屬微粒的UHF信號(hào)頻率分量分布在200 MHz900MHz，且在350MHz和900MHz附近有很大的頻率分量，頻率分量較為集中。金屬微粒的AE信號(hào)頻率分量分布在20 KHz120KHz，且主要的頻率分量集中在90110KHz，信號(hào)幅值較大最大幅值超過1V。絕緣開關(guān)柜絕緣氣隙模型的放電電

28、壓為2kV，放電量為55300pC。局部放電相位分布在各象限，放電在正負(fù)半周具有一定的對(duì)稱性。氣隙放電的TEV信號(hào)頻率分量主要集中在10 MHz以下，在8.6 MHz和附近有較高的頻率分量。氣隙放電的UHF信號(hào)頻率分量分布在150 MHz1500MHz，且在300400MHz和600MHz附近有很大的頻率分量，信號(hào)幅值超過1V。氣隙放電的AE信號(hào)頻率分量分布在20 KHz120KHz，主要的頻率分量集中在30KHz，信號(hào)幅值很?。ㄐ∮?0mV）。七、局放檢測(cè)設(shè)備手持式局部放電檢測(cè)儀局部放電檢測(cè)定位儀簡(jiǎn)單介紹八、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及局放檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)手持式現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試1 背景測(cè)試 空氣、金屬目的手持開關(guān)柜局部放

29、電檢測(cè)儀器測(cè)試時(shí)使用TEV傳感器和超聲波傳感器對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行局放檢測(cè)。在對(duì)開關(guān)柜進(jìn)行地電波局部放電檢測(cè)開始前，應(yīng)先測(cè)試系統(tǒng)的背景噪聲水平。空氣背景值測(cè)試點(diǎn)應(yīng)該選取距離開關(guān)柜1米以上的測(cè)點(diǎn)，金屬背景值應(yīng)該在金屬門、金屬柵等非開關(guān)柜設(shè)備的金屬制品表面檢測(cè)，在開關(guān)室不同的位置檢測(cè)不同點(diǎn)的背景值，也可以在需要測(cè)試背景值的地方測(cè)試背景值。局部放電檢測(cè)點(diǎn)為在例行局部放電檢測(cè)時(shí)應(yīng)在電力設(shè)備上放置傳感器的位置。檢測(cè)點(diǎn)因不同的電力設(shè)備而不同，它們是根據(jù)電力設(shè)備的結(jié)構(gòu)來確定的。測(cè)試開關(guān)柜局部放電過程中應(yīng)先在確定各電力設(shè)備所處的位置，主要檢測(cè)母排（連接處、穿墻套管，支撐絕緣件）、斷路器，CT、PT、電纜接頭等設(shè)備的

30、局部放電情況，這些設(shè)備大部分位于開關(guān)柜前面板中部及下部，后面板上部、中部及下部。我們應(yīng)在開關(guān)柜上述位置進(jìn)行局部放電檢測(cè)。地電波檢測(cè)過程中各傳感器采用非嵌入式檢測(cè)，地電波傳感器只與被測(cè)設(shè)備的外表面接觸，檢測(cè)過程中不影響設(shè)備的正常運(yùn)行。檢測(cè)過程中應(yīng)確保傳感器與開關(guān)柜金屬面板緊密接觸，傳感器應(yīng)盡量靠近觀察窗、通風(fēng)百葉等局放信號(hào)易泄漏部位的金屬面板上。如果出現(xiàn)檢測(cè)數(shù)值較大的情況，建議測(cè)量三次以上以確定測(cè)試結(jié)果。超聲波檢測(cè)過程中，應(yīng)將超聲波傳感器沿著開關(guān)柜上的縫隙掃描進(jìn)行檢測(cè)，傳感器與開關(guān)設(shè)備間一定要有空氣通道，用來保證超聲波信號(hào)可以傳播出來。檢測(cè)過程中要注意真實(shí)的局部放電所產(chǎn)生的超聲波信號(hào)可以從耳機(jī)中

31、聽到放電破裂的聲音（咝咝響）。記錄時(shí)應(yīng)該記錄該開關(guān)柜縫隙掃描測(cè)試中超聲波穩(wěn)定的最大值。開關(guān)柜局放有無的判斷通過比較地電波檢測(cè)數(shù)據(jù)判斷局放的有無。某個(gè)開關(guān)柜上的檢測(cè)結(jié)果應(yīng)與其它同類型的開關(guān)柜所檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，或與開關(guān)柜本身以前的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。如果檢測(cè)的數(shù)據(jù)比其它同型號(hào)開關(guān)柜大，或者比以前的結(jié)果大，就說明該開關(guān)柜存在放電活動(dòng)，進(jìn)而推斷故障的可能性。根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)以及現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，得出以下判斷數(shù)據(jù)供檢測(cè)人員使用：地電波檢測(cè)結(jié)果異常的幾種情況說明測(cè)試值<10dB無故障10<測(cè)試值<20dB關(guān)注、縮短檢測(cè)周期測(cè)試值>20dB聲電聯(lián)合檢測(cè)，判斷信號(hào)源背景穩(wěn)定情況下測(cè)試值背

32、景值>10dB聲電聯(lián)合檢測(cè)，判斷信號(hào)源本次測(cè)試值上一周期測(cè)試值>10dB 在數(shù)據(jù)錄入電腦后由程序自動(dòng)判別超聲波檢測(cè)在原理上是聲音的檢測(cè)技術(shù)，判斷應(yīng)以耳機(jī)中檢測(cè)到的聲音信號(hào)為主，檢測(cè)數(shù)值為輔，因?yàn)榭諝庵械钠渌曇粜盘?hào)會(huì)引起檢測(cè)儀器幅值的變化，但不會(huì)有放電特有的特征聲音（咝咝聲）。超聲波檢測(cè)結(jié)果異常情況說明測(cè)試值6dB且有明顯放電聲音明顯聲音信號(hào)可以通過耳機(jī)監(jiān)聽當(dāng)設(shè)備中可能存在有害放電，應(yīng)該通過簡(jiǎn)單的測(cè)試嘗試進(jìn)行干擾排除， 未能排除干擾，則應(yīng)該采用地電波定位或者聲電聯(lián)合定位分析。缺陷類型判別可以通過分析聲電聯(lián)合測(cè)試中的聲電圖譜得到。數(shù)據(jù)記錄（數(shù)據(jù)、照片）在變電站進(jìn)行開關(guān)柜局部放電檢測(cè)時(shí)

33、應(yīng)記錄如下數(shù)據(jù)，以便作進(jìn)一步分析：l 變電站信息：電站名稱、設(shè)備名稱、電壓等級(jí)、天氣狀況、氣溫及濕度、背景噪聲；l 檢測(cè)工作信息：檢測(cè)時(shí)間、檢測(cè)人員及審核人員；l 各測(cè)量點(diǎn)測(cè)試讀數(shù)。其它位置的測(cè)試如有條件，應(yīng)對(duì)開關(guān)柜進(jìn)線穿墻套管、母線橋架等處進(jìn)行局放測(cè)試。局部放電定位儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試局放測(cè)試過程中的干擾及干擾的排除目前高壓電力設(shè)備局放檢測(cè)技術(shù)主要有地電波和超高頻檢測(cè)技術(shù)（電磁幅射）；超聲波檢測(cè)技術(shù)（超聲原理）；HFCT檢測(cè)技術(shù)（電流原理）。地電波（TEV）和超高頻（UHF）檢測(cè)技術(shù)主要是通過檢測(cè)局放產(chǎn)生的電磁信號(hào)，從而判斷局放是否存在，由于高壓開關(guān)設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，電磁波在其中以波導(dǎo)的方式傳播，有利于

34、局部放電信號(hào)的檢測(cè)，因而這兩種傳感器在局部放電在線檢測(cè)中占有極為重要的地位，其靈敏度也比較高。由于不同運(yùn)行環(huán)境、不同絕緣介質(zhì)、不同類型的局放現(xiàn)象，其產(chǎn)生的電磁波頻帶范圍難以確定，而地電波頻帶范圍為3-100MHz，超高頻頻帶范圍為，所以，如果某一類型局放產(chǎn)生的電磁信號(hào)的頻率不在兩種傳感器的檢測(cè)范圍內(nèi)，這兩種傳感器是檢測(cè)不到（現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)部分表面放電不能被這兩種傳感器所檢測(cè)到），但可以通過其它傳感器進(jìn)行彌補(bǔ)，如超聲傳感器。另外，變電站環(huán)境中其它原因產(chǎn)生的電磁信號(hào)（如移動(dòng)通訊信號(hào)，廣播信號(hào)、各種旋轉(zhuǎn)電機(jī)，電子圍欄、軌道交通、照明燈、SF6測(cè)漏裝置、電表柜、二次回路、空調(diào)等），如果在兩種傳感器

35、的頻帶范圍內(nèi)，會(huì)對(duì)局放檢測(cè)結(jié)果造成干擾。此時(shí)判斷干擾的來源直接影響判斷局放是否存在的結(jié)果。超聲波傳感器是檢測(cè)放電產(chǎn)生的超聲波信號(hào)在空氣中傳播時(shí)的振動(dòng)現(xiàn)象，這種檢測(cè)技術(shù)同樣受外界聲信號(hào)的影響，但如果儀器配備有外差技術(shù)能將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成人耳可聽到的聲音信號(hào)，通過局放的特征聲音，能夠更好的判斷局放存在（不受干擾影響）和定位，但對(duì)人耳的依賴性較強(qiáng)。同樣的，由于聲信號(hào)衰減較大及聲音傳播方向的，非接觸式傳感器不僅要離放電點(diǎn)較近，且要與聲音傳播方向一致，才能有效的檢測(cè)到放電信號(hào)。根據(jù)目前局放測(cè)試的經(jīng)驗(yàn)，大部分的局放產(chǎn)生的信號(hào)，應(yīng)該至少有超高頻、地電波、超聲或高頻電流信號(hào)中的兩種，暫時(shí)未發(fā)現(xiàn)只的單一信號(hào)的局

36、放現(xiàn)象。局放檢測(cè)過程中的干擾排除，主要是排除基于電磁幅射原理的干擾信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試過程中，一般采用以下幾種手段來實(shí)現(xiàn)干擾的排除：1、錯(cuò)開時(shí)間或關(guān)閉干擾源對(duì)部分干擾源（如移動(dòng)通訊信號(hào)，廣播信號(hào)、軌道交通等），選擇其信號(hào)較小時(shí)，進(jìn)行局放檢測(cè)，可以在效的避免該干擾信號(hào)；在檢測(cè)過程中如發(fā)現(xiàn)存在可以關(guān)閉的干擾源（如各種旋轉(zhuǎn)電機(jī)，電子圍欄、照明燈、SF6測(cè)漏裝置、空調(diào)等），可以將干擾源關(guān)閉，避免影響檢測(cè)結(jié)果。2、選擇合適的濾波器對(duì)部分固定頻率的干擾信號(hào)，可以加裝合適的濾波器，過濾該干擾信號(hào)，以免影響局放檢測(cè)結(jié)果。3、分析檢測(cè)信號(hào)的工頻相關(guān)性分析檢測(cè)信號(hào)的工頻相關(guān)性，能夠有效判斷該信號(hào)是否與工頻信號(hào)相關(guān)，如果

37、相關(guān)，則該信號(hào)是在工頻的環(huán)境下發(fā)出的信號(hào)，很有可能是局放信號(hào)，但也可能是來源于電力系統(tǒng)中的干擾，如燈、空調(diào)、電表柜、二次回路，但如果沒有工頻相關(guān)性，則大多來源于干擾信號(hào)。4、定位法排除干擾信號(hào)當(dāng)檢測(cè)到有脈沖信號(hào)時(shí)，可初步判斷信號(hào)的工頻相關(guān)性，但還需要進(jìn)一步對(duì)信號(hào)源進(jìn)行定位分析，可先采取時(shí)差法對(duì)信號(hào)進(jìn)行粗略定位分析，從而確認(rèn)信號(hào)來自設(shè)備內(nèi)部的局部放電信號(hào)還是外部的干擾信號(hào)。具體步驟為：l 首先判斷潛在干擾源的位置，將一個(gè)傳感器放置于被測(cè)設(shè)備的前方，接收被測(cè)設(shè)備方向傳播過來的信號(hào)；另一個(gè)傳感器放置于潛在干擾源的位置，接收干擾信號(hào)。l 分析脈沖信號(hào)波形特性，將檢測(cè)到的信號(hào)展開分析，判斷最先接收到信號(hào)

38、的傳感器；l 將兩傳感器接收信號(hào)的時(shí)差與兩傳感器的距離相比較，判斷確定干擾信號(hào)的準(zhǔn)確性（時(shí)差1ns約30cm的距離）；l 如有必要，可將兩個(gè)傳感器位置互換，進(jìn)一步確定檢測(cè)信號(hào)的來源。局放的定位及定相當(dāng)確認(rèn)傳感器檢測(cè)到的信號(hào)來自設(shè)備內(nèi)部后，采用時(shí)差定位法對(duì)信號(hào)的位置進(jìn)行進(jìn)一步的定位分析。將兩個(gè)傳感器放置于設(shè)備表面，分析兩個(gè)傳感器接收信號(hào)的時(shí)差，判斷局放的具體位置，通常可將信號(hào)定位在放電源的1米范圍內(nèi)。可用以下方法進(jìn)行定位：1、時(shí)差法傳感器1傳感器2L：兩傳感器距離，可用卷尺量出Xt1L-Xt2時(shí)差法定位圖設(shè)放電點(diǎn)離傳感器1距離為X，速度為光速c，時(shí)差t2-t1可通過示波器得出，則：；通過該公式和

39、卷尺可以得出X的位置。2、平分面法l 在空間中移動(dòng)兩個(gè)傳感器的位置，使局放源到達(dá)兩個(gè)傳感器的位置一致，此時(shí)可以確定放電點(diǎn)位于兩傳感器的垂直平分面上（定面）。l 在該平分面移動(dòng)兩個(gè)傳感器的位置，使局放源到達(dá)兩個(gè)傳感器的位置一致，此時(shí)可以確定放電點(diǎn)位于兩傳感器的垂直平分線上（定線）l 在該平分線上移動(dòng)兩個(gè)傳感器的位置，使局放源到達(dá)兩個(gè)傳感器的位置一致，此時(shí)可以確定該垂直平分線上的某點(diǎn)（定點(diǎn)）平分面法定位圖為確定發(fā)生局部放電的具體相別，可采用HFCT法對(duì)鄰近的三相出線電纜的接地線（或本體）進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)。由于缺陷相的電流信號(hào)與另外兩相的電流信號(hào)相比具有幅值大、相位相反的特點(diǎn)，可以方便地確定發(fā)生局部放電的缺陷相。局放定相數(shù)據(jù)圖如上圖所示，綠色通道信號(hào)傳感器幅值最大，具與其它兩通道檢測(cè)信號(hào)的相位相反，故判斷局放點(diǎn)位于綠色通道傳感器所檢測(cè)的相位。局放類型的判斷局放類型可通過檢測(cè)信號(hào)的工頻