浅析局部放电理论及其检测方法

马春亮

摘 要：随着城市电缆越来越多，电力电缆作为城市供电的重要方式也越来越受到人们的关注，电缆出现故障会影响电力系统的稳定性，因此电缆事故的原因分析就很重要。现行的方法中，局部放电是比较重要的一种方法。电缆的局部放电是检测电缆是否存在缺陷的一种重要的方法，局部放电是电缆及其附件（包括电缆中间接头及电缆终端）绝缘出现缺陷的主要表现之一，它既是造成绝缘缺陷劣化发展的主要原因，又是电缆终端状态检测的主要参量。该文简要分析了局部放电理论及发展机理，阐述了局部放电的在线检测方法。

关键字：局部放电 超声波 脉冲电流 在线检测

中图分类号：TM855 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）11（c）-0067-01

随着我国现代化建设的飞速发展以及城市规模的不断扩大，城市电网的规模也随之迅速发展。城市用电量的快速增长致使需要大量铺设输电线路来满足日益增长的用电需求及提高供电的可靠性，因此利用局部放电检测来判断设备绝缘状态的意义越来越重大。

1 局部放电理论

IEC 60270指出：“在电场作用下，绝缘系统中只有部分区域发生放电，而没有贯穿施加电压的导体之间，即尚未击穿，这种现象称为局部放电。”局部放电是电力设备在运行过程中，绝缘部分中由于绝缘空隙具有容性电压以及空隙中的气体与绝缘材料存在极大的电应力差，在强电场的作用下发生局部桥接，产生的微小电火花式的放电。局部放电在绝缘介质内部缺陷中产生重复性的击穿和熄灭，在缺陷初期放电量很小且不会影响绝缘介质的绝缘能力。但是随着设备的长期运行，在这种局部不均匀的电场作用下，局部放电会渐渐增强并开始损坏绝缘介质，大大缩短绝缘的使用寿命。

2 局部放电的机理

局部放电是一种机理非常复杂的放电现象，通常采用经典的“三电容”模型来对其进行产生机理上的基本分析。其等值电路如图1。

3 局部放电在线检测方法

前文中已经提到，局部放电的检测方法主要分为电气检测法和非电检测法两大类。不论是电气检测法还是非电检测法，都是以伴随局部放电发生而产生的现象为基础的，进而产生了众多的检测方法。

3.1 脉冲电流法

试品两端在局部放电发生时会产生瞬间的电压变化，这会在检测回路中激起一个高频脉冲电流。脉冲电流法就是将此高频脉冲电流信号转换成为电压脉冲后，再通过其他测量仪器测量其波形、相位及幅值，最后通过校准环节得到其视在放电量。

这种方法虽然也被应用于检测电缆本体的局部放电，但是大量的经验表明，这种方法应用于电缆终端的局部放电检测并不实用。

3.2 化学分析法

这种方法是利用气相色谱仪来对绝缘介质电化学分解所产生的气体进行色谱分析，从而判断电气设备内部的缺陷是否存在，并进一步判断其缺陷类型。

在局部放电发生时，变压器油、SF6等绝缘介质会分解产生多种类型的其他气体，这些气体的浓度上升容易被置于绝缘介质内部的传感器检测到。因此，这种方法在变压器内部的局部放电检测中得到了较为广泛的应用。

随着近年来电气设备的绝缘介质逐渐向气体绝缘介质（主要是SF6）过渡与发展，这种方法开始出现弊端。当设备的体积随着电压等级的升高而逐渐增大时，单次局部放电所产生气体很快被气体绝缘介质稀释，这种传感器将不再那么灵敏。只有当内部杂质气体浓度上升到一个比较高的程度时，内部缺陷才有可能被检测出来。

3.3 光测法

局部放电的光检测法一般是指荧光光学检测法，其利用荧光光纤对局部放电所产生的荧光进行检测。

由于光信号不受空间电磁干扰的影响，而且信号在光纤中的传输衰减极少，所以这种方法具有较高的灵敏度。光测法实际上是检测装置内部的发光点，所以它便于对局部放电进行定位。

但是，由于采用光测法要在设备内部布置光纤线路，而电气设备的结构一般都比较复杂，所以这种方法目前还难以向工业上推广。

3.4 超声波法

在电缆终端内部发生局部放电时，会激发介质产生高频弹性振动，从而产生超声波。通过使用超声波传感器对这些超声波信号进行检测，进而确定局部放电的大小并完成其定位，是局部放电超声波检测法能够完成的工作。

近年来，随着新型声电换能材料的出现，超声传感器的信噪比得到较大程度的提高，配合适当的信号放大单元，可以得到较为理想的检测灵敏度。

超声波法主要具有以下几个优点：

（1）非电气、非接触测量；

（2）可远距离测量；

（3）可以避免电磁干扰的影响；

（4）可以方便地定位；

（5）可实现在线检测；

（6）在线检测与离线检测的结果相同。

但是，目前使用超声波法进行局部放电检测也同样面临着众多的技术难点。例如，局部放电的超声波产生机理较为复杂，超声波的振动幅值与视在放电量之间的关系不明确，导致局部放电的校准存在困难。

超声波波形与放电类型的对应关系有待研究，目前还无法使用超声波信号对局部放电的放电类型进行模式识别。在工业现场中，超声波法主要作为一种局部放电检测的辅助方法。

3.5 超高频法

由于超高频频段的电磁信号随距离的衰减程度非常高，故传感器的灵敏度受距离的影响比较大。同时，电气设备内部发生的局部放电向外围空间传播时需要通过复杂的绝缘结构，可能发生多次折反射，也可能被设备的金属外壳所屏蔽，因此，采用这种方法进行局部放电检测还存在很多困难。目前超高频局部放电检测技术多处于实验室阶段。

参考文献

[1] 李燕青.超声波法检测电力变压器局部放电的研究[D].保定：华北电力大学，2003.

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