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開關(guān)柜局部放電原因分析與處理

  開關(guān)柜運(yùn)行過程中,絕緣材料會(huì)受到高溫、高壓、油污、化學(xué)物質(zhì)、振動(dòng)等各方面的作用,絕緣性能不斷惡化,加快了局部放電的速度,反過來局部放電又對絕緣的惡化起到推動(dòng)作用。因此檢測開關(guān)柜的局部放電可以有效預(yù)防故障。

  在開關(guān)柜絕緣系統(tǒng)中,各部位的電場強(qiáng)度存在差異,某個(gè)區(qū)域的電場強(qiáng)度一旦達(dá)到其擊穿場強(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。很大程度上對各種局部放電特性進(jìn)行綜合測量,可以對產(chǎn)品的絕緣水平進(jìn)行客觀的評價(jià)。

  2局部放電的種類特點(diǎn)

  2.1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)率相對較大。電暈放電體現(xiàn)出的是典型的、極不均勻電場的特征,也是極不均勻電場下特有的自持放電形式。很多外界因素均會(huì)對電暈起始電壓產(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。

  2.2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)部電場的強(qiáng)度低于電極邊緣氣隙的電場強(qiáng)度,而且介質(zhì)沿面擊穿電壓相對較低,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)。

  2-3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)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)對內(nèi)部放電的發(fā)生條件產(chǎn)生影響。

  2.4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,針對該導(dǎo)體部件上對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。

  3開關(guān)柜局部放電檢測方法

  針對開關(guān)柜而言,其局部放電檢測方法包括以下幾種:

  3.1地電波檢測

  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,不過仍有小部分會(huì)通過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)地電波通過設(shè)備金屬殼體外表面?zhèn)飨虻叵?。地電波的范圍通常在幾毫伏直至幾伏中間,而且上升時(shí)間內(nèi)有幾個(gè)納秒??梢詫⑻筋^設(shè)置于工作狀態(tài)中的開關(guān)柜的外表面,對局部放電活動(dòng)進(jìn)行檢測。

  3.2超聲波檢測

  其實(shí)超聲波檢測屬于機(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)域相對較小,所以局放聲源即為點(diǎn)聲源。

  3-3超高頻檢測法

  時(shí)間變化過程中,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)用過程中,局放信號的檢測可以利用兩個(gè)探頭來進(jìn)行,將探頭檢測到信號的時(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?;蛘咄ㄟ^多個(gè)探頭,將探頭檢測局放信號的時(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的要求。

  3.4綜合檢測技術(shù)

  其實(shí)無論哪種檢測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、各種檢測方法的實(shí)用性與靈敏度也存在差異,所以在對開關(guān)柜局部放電檢測過程中,要將上述檢測手段綜合應(yīng)用,以地電波檢測為主、超聲波檢測及超高頻檢測為輔來進(jìn)行。

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