電力設(shè)備局部放電檢測原理分析

電力設(shè)備局部放電檢測原理分析

Summary：電力設(shè)備在絕緣材料完好時(shí)，其內(nèi)部會有一定的場強(qiáng)分布不均，若其絕緣材料存在缺陷，運(yùn)行后將加劇場強(qiáng)分布不均。分布不均的電場造成設(shè)備內(nèi)部存在電位差，在絕緣材料中部分區(qū)域引起電荷積累與釋放，就是局部放電的過程。局部放電初期只是電荷堆積，電荷堆積到局部放電點(diǎn)的場強(qiáng)超過介質(zhì)擊穿場強(qiáng)時(shí)，電力設(shè)備內(nèi)部的絕緣材料會發(fā)生擊穿放電，造成絕緣材料損壞。局部放電檢測是檢測這些早期放電伴隨的物理量，從而確定絕緣材料是否存在缺陷，防止早期的缺陷在局部放電的侵蝕下造成設(shè)備絕緣材料進(jìn)一步損壞。電力設(shè)備出現(xiàn)絕緣缺陷會產(chǎn)生局部放電進(jìn)而侵蝕絕緣材料，如不及時(shí)處理，將導(dǎo)致絕緣材料被擊穿，造成電力事故，有效的檢修方式可以保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。定期巡檢作為傳統(tǒng)的檢修方式，檢修時(shí)間較長，不利于電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。因此，研究實(shí)時(shí)在線監(jiān)測系統(tǒng)提高檢修效率具有重要意義。本文著重介紹了電力設(shè)備局部放電的檢測原理。Keys：局部放電；特高頻；檢測原理；引言隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國對電能的需求逐年增長，保障安全穩(wěn)定的供電成為了引人注目的重要一環(huán)。近年來，世界各地屢有出現(xiàn)大面積停電及電網(wǎng)瓦解事故，不僅造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失，還在一定程度上影響了人們正常生活，造成不良社會影響。電力事故時(shí)有發(fā)生，設(shè)計(jì)絕緣缺陷在線監(jiān)測系統(tǒng)，對電力設(shè)備絕緣狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測并上報(bào)設(shè)備工作狀態(tài)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備絕緣隱患，從而保障電力安全。變電站中包含變壓器、開關(guān)設(shè)備、高壓絕緣子等電氣設(shè)備，而氣體絕緣金屬封閉開關(guān)系統(tǒng)（GIS）中包含包括斷路器、互感器、避雷器、隔離開關(guān)及接地開關(guān)等電路元件，同時(shí)還涵蓋了母線、連接元件、出線終端等部分，簡言之，GIS是將除變壓器以外的所有一次設(shè)備全封閉在充滿了超過3個大氣壓強(qiáng)的六氟化硫氣體的接地的金屬外殼中，GIS的出現(xiàn)替代了許多傳統(tǒng)老式變電站的裸露導(dǎo)線與電氣設(shè)備連接的方式。電力設(shè)備的檢修技術(shù)要求很高，目前超聲波檢測在電力行業(yè)應(yīng)用廣泛，但超聲波抗干擾能力弱易受機(jī)械振動干擾，存在檢測效率低、檢修不準(zhǔn)確易報(bào)錯故障等問題。而特高頻信號具有抗機(jī)械振動干擾能力強(qiáng)、在封閉電力設(shè)備內(nèi)傳播速度快且衰減少等特點(diǎn)，因此特高頻法靈敏度高、檢測信息豐富可以基本無損再現(xiàn)局放信號，利用特高頻法對電氣設(shè)備進(jìn)行檢測將大大提高檢測的效率和精度。局部放電產(chǎn)生原理電力設(shè)備的檢修技術(shù)要求很高，目前超聲波檢測在電力行業(yè)應(yīng)用廣泛，但超聲波抗干擾能力弱易受機(jī)械振動干擾，存在檢測效率低、檢修不準(zhǔn)確易報(bào)錯故障等問題。而特高頻信號具有抗機(jī)械振動干擾能力強(qiáng)、在封閉電力設(shè)備內(nèi)傳播速度快且衰減少等特點(diǎn)，因此特高頻法靈敏度高、檢測信息豐富可以基本無損再現(xiàn)局放信號，利用特高頻法對電氣設(shè)備進(jìn)行檢測將大大提高檢測的效率和精度。由于生產(chǎn)制造、裝配運(yùn)輸、不良的設(shè)計(jì)設(shè)備長期運(yùn)行分合閘都可能導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部場強(qiáng)不均，因此對于長期運(yùn)行的電力設(shè)備來說局部放電是不可避免的，研究絕緣故障在線監(jiān)測系統(tǒng)可以盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備絕緣缺陷，及時(shí)對設(shè)備進(jìn)行檢修，可有效避免電力設(shè)備進(jìn)一步損壞。在GIS金屬導(dǎo)體的表面、內(nèi)部絕緣材料的表面和其內(nèi)部都可能發(fā)生局部放電。用氣隙缺陷作為原理性分析，氣隙缺陷如圖2-1所示。圖2-1氣隙缺陷原理圖圖2.1是氣隙的等效模型；x是與氣隙串聯(lián)的絕緣介質(zhì)；g是除a和x的其他部分。D是兩個電極間的距離，d是氣隙厚度，U是兩個電極間的電壓，通過該模型可以等效出氣隙三電容模型，其等效電路圖如圖2-2所示。圖2-2氣隙三電容等效電路其中Ua是氣隙對應(yīng)的電壓，Ux二是與氣隙缺陷串聯(lián)部分對應(yīng)的電壓。GIS內(nèi)部在發(fā)生氣隙局部放電時(shí)，氣隙內(nèi)場強(qiáng)要大于氣隙外即絕緣介質(zhì)場強(qiáng)。氣隙缺陷其實(shí)是絕緣介質(zhì)中存在空隙，空隙內(nèi)部都是空氣因此其介電常數(shù)是1，而絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)遠(yuǎn)大于1，中，氣隙的場強(qiáng)要高于與之串聯(lián)的介質(zhì)場強(qiáng)，此外絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)要比氣體大得多，在相同大小下其擊穿電壓更大，同理氣體的擊穿場強(qiáng)更小，因此氣隙缺陷更易發(fā)生擊穿放電。油隙放電與氣隙放電相似，發(fā)生在用油作為絕緣介質(zhì)的電力設(shè)備中，都是因?yàn)榻^緣材料中存在間隙，只不過因?yàn)榻^緣油作為介質(zhì)填充，絕緣材料中不再出現(xiàn)氣隙缺陷，但隨之而來的是油隙絕緣缺陷出現(xiàn)。油隙的介電常數(shù)與氣體相比更大，但相對于絕緣材料更小，油隙的擊穿電壓相對絕緣材料更低，而油隙缺陷中的場強(qiáng)更高，因此，油隙先發(fā)生局部放電，機(jī)理與氣隙缺陷的類似，但是要在比氣隙高得多的電壓下才會發(fā)生油隙缺陷放電。即使GIS中不存在氣隙或者油隙，其內(nèi)部也可能會發(fā)生局部放電，GIS內(nèi)部絕緣材料存在極不均勻的電場分布，會導(dǎo)致電場強(qiáng)度遠(yuǎn)高于其它區(qū)域的絕緣介質(zhì)發(fā)生局部放電。局部放電類型3.1懸浮放電懸浮放電可能是設(shè)計(jì)缺陷或者觸頭接觸不良引起的，金屬元件處于高壓和低壓之間，由部件阻抗分壓，對地產(chǎn)生一個電位。當(dāng)導(dǎo)體具有懸浮勢時(shí)，其附近的場強(qiáng)通常集中，破壞周圍絕緣介質(zhì)。懸浮放電場強(qiáng)集中，會破壞懸浮放電點(diǎn)周圍的絕緣材料，是一種脈沖放電。與氣隙放電相似的是懸浮放電也在外加電壓上升期間極板間電荷堆積，產(chǎn)生局部放電。懸浮放電與氣隙不同的是，氣隙兩端與其串聯(lián)的是絕緣材料，而懸浮電極是金屬材料，發(fā)生局部放電后極板的電荷會在短時(shí)間內(nèi)全部釋放掉，因此放電量很大，幅值很大且均勻。對于懸浮缺陷來說，其放電幅值比較高，且放電比較穩(wěn)定，正、負(fù)半周均有放電信號。3.2顆粒放電顆粒缺陷主要是GIS內(nèi)部存在金屬粉塵，一般是生產(chǎn)裝配未進(jìn)行規(guī)范操作引入的，也可能是設(shè)備長期運(yùn)行其內(nèi)部進(jìn)行合閘分閘等機(jī)械操作摩擦產(chǎn)生的金屬粉末。GIS加電后在電場和自身重力的雙重作用下，在GIS內(nèi)部進(jìn)行移動甚至跳動。金屬顆粒在電場中帶正電移動和堆積的過程又會反作用GIS內(nèi)電場，在顆粒落下接觸到GIS腔體的那一刻，顆粒會將自身所帶電荷釋放，使得腔體內(nèi)電場發(fā)生畸變。經(jīng)過一段時(shí)間的累積GIS內(nèi)部的SF6氣體將會電離從而形成局部放電。氣室內(nèi)的金屬顆粒在強(qiáng)電場的作用下可能造成絕緣介質(zhì)沿面閃絡(luò)，嚴(yán)重時(shí)會造成絕緣擊穿。結(jié)束語電力設(shè)備出現(xiàn)絕緣缺陷會產(chǎn)生局部放電進(jìn)而侵蝕絕緣材料，如不及時(shí)處理，將導(dǎo)致絕緣材料被擊穿，造成電力事故，有效的檢修方式可以保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。本文從局部放電的形成入手，簡述局部放電產(chǎn)生原因：電場分布極度不均造成局部放電；詳述了常見的典型缺陷局放類型，包括顆粒和懸??；簡述不同缺陷產(chǎn)生的放電特征，根據(jù)PRPD圖譜識別缺陷類型。本文主要為今后的研究做理論鋪墊，Reference周倩.組合電器局部放電超高頻信號數(shù)學(xué)模型構(gòu)建和模式識別研究[D].重慶大學(xué),2