配电开关柜局部放电测试检测运行状态的研究

黄超文

（国网湖南省电力有限公司娄底供电分公司，湖南娄底 417000）

0 引言

开关柜的运行状况和维护状况关系着电力系统能否可靠供电，其检修测试以局部放电（简称局放）检测为主，该方法以不同的放电模型为基础来模拟在线检测状况，检测重点是封闭状况下开关柜和相关设备的运行状况。局放测试对绝缘损害较小，可以在实现检测目的的同时降低对设备的伤害，已得到广泛应用。局放仪是局放检测的主要工具，主要用来测量各种放电的波形和幅值状况，因此，局放仪传递数据的准确程度对设备绝缘的可靠性有直接影响，对整个电力系统的正常运转关系重大。

1 局放测试的重要性

据调查显示，电力生产中配电开关柜的故障原因有85%是其局部放电所致，需重点关注其检测技术。所采用的检测设备越先进，则配电开关柜及相关设备运行的安全隐患越低。局放检测能够定位开关柜的放电部位，提高放电检测效率；现场累计的带电检测数据，能够为未来开关类设备的制作及运行提供依据，提高开关柜及相关设备的安全运行属性。事先检测、应对配电开关柜放电故障，配合例行停电检测，可保障电力用户用电及时性和电力供应平稳性，具有重要意义。

2 相关理论基础

2.1 局部放电的概念

局部放电是在电场强度的作用下，绝缘系统中存在尚未击穿的现象。尚未击穿指放电只发生在局部区域之间，并未贯穿整个导体的状况。造成局部放电的原因主要是电介质分布不均匀，尤其是绝缘系统中的电场分布不均匀，如部分区域的电场高度集中，高于电介质的耐强度水平，进而引发局部放电。

2.2 局部放电的微观理论

局部放电的过程较为复杂，其放电的强弱与多种因素相关：①设备自身的因素，如设备的耐压性、内部绝缘状况、外部形状等；②外部环境因素，如温度、天气状况等。但都遵循两个放电理论，即汤生放电原理和流注理论。

汤生放电原理的主要思想是当外部所施加的电场强度足够高时，带电粒子通过吸收电场能量与中性质点相互碰撞，随着碰撞的加剧使得新电子产生，而在电场加速的作用下，新生成的电子又会发生新的碰撞，如此循环使得带电粒子数量增多，最后形成雪崩状况，当其符合自持放电时便会发生连续放电的状况，进而导致绝缘击穿。该理论对于均匀电场下的绝缘击穿做出了很好的解释。

流注理论不同于汤生放电原理，其对于不均匀的电场有更高的适用性。当外部施加的电压高于气隙中的最低击穿电压时，由于电场分布不均匀，使碰撞所产生的光电子高速向正电荷区域移动，进而引发二次电子崩状况，而二次电子崩头部的电子会与第一次正电荷相互作用形成携带正负质点的流注，基于此解释气隙击穿状况。流注理论以不均匀电场为假设基础，应对现实气隙击穿有较强的适用性。

2.3 局部放电的种类

局部放电主要有3 种类型：①气隙放电，由电场内强度分布不均匀所至，较多发生于高强度电场下绝缘体内部的低强度电场部位，其与绝缘体的物理性能和电场分布具有密切关系；②电晕放电，前提条件是电场空间分布不均匀，当在大气压下，电极表面的曲率半径较小使其附件电场较强时，引发电晕放电现象；③沿面放电，指电力设备的外绝缘与空气分界面之间产生的放电现象，主要原因是外绝缘与其所固定的带电导体均暴露于空气中，外部电压超过临界值时引发两者的分界面放电。

2.4 局部放电的检测方法

局部放电的检测方法共有7 种，划分依据是放电过程中的不同现象，通过检测其特征量来表明放电状况：①脉冲电流法，检测脉冲电流信号来检测放电量，通过阻抗、外壳接地线等获取信号，该方法应用时间最早且应用范围最广，脉冲的分辨率较高，但是抗干扰能力相对较差；②超高频检测法，依据传感器接收放电时所传出的电磁波来检测信号，其抗干扰能力较强且灵敏度较高，能够实现较宽范围的频率的检测，但是信号采集时需要大量的实时数据，增加了数据处理的难度；③超声波检测法，由超声波传感器收集信号，判断放电位置，目前局放检测仪较多采用超声波检测，其频率范围70～150 kHz，对放电位置的检测有较强的应用性；④泄漏电流检测法，依据绝缘子与绝缘环氧套管表面间的泄漏电流大小来判断绝缘情况，因准确性较高得到广泛应用；⑤光检测法，依靠光纤采集开关柜内部的光来判定放电情况，其设备的密封性较差；⑥化学检验法，对击穿后的分解物进行化学分析，因较为复杂而应用较少；⑦红外检测法，用红外探测仪检测设备表面的温度和分布来判断放电状况，主要应用于定性方面，对定量的缺陷使其应用性较差。

每种检测方法都有其优势和劣势，难以全面、客观、准确地检测配电开关柜的实际运行状况。在选择局放检测方法时，既要考虑方法的灵敏性和实用属性，也要分析所检测的放电种类、能量形式，必要时采取多种检测方法相结合的形式，以增强最终检测结果的准确性。

3 配电开关柜局部放电产生的原因

电力设备运行时，其周围存在分布不均匀的电场，局部放电是因为部分的电场强度超过了介质击穿电压但是未超过导体击穿电压而产生的放电。局部放电一般只损坏电介质层而不会击穿绝缘材料，电力设备长时间运行时，绝缘劣化更易产生局部放电，引发电力事故。绝缘体劣化原因有两个方面：①绝缘体内部存在空气，或因制作缺陷，或因断裂等外因渗入，而空气易被击穿的属性使局部放电较容易发生；②绝缘体的绝缘性能较差，掺杂有导体或绝缘体制作不良，为局部放电提供介质。

4 配电开关柜常见的局部放电现象模拟

模拟配电开关柜常见4 种放电现象，重点关注不同模型的放电特征和放电量。

4.1 针尖放电模拟

通过实验得到该模拟状况下的放电电压和放电量分别为5 kV、50～65 pC，其超声波的频率范围为10～120 kHz。这种放电模型具有稳定放电的特点，但是电压的幅值较大，使得局部击穿的状况更容易发生，进而对配电开关柜的稳定运行造成影响。

4.2 悬浮型放电模拟

通过实验得到该模拟状况下的放电电压和放电量分别为3.5 kV、280～320 pC，超声波的频率为20～160 kHz。这种放电模型具有稳定放电的特点，但是其较高的放电量使得配电开关柜运行的可靠性受到影响。

4.3 金属颗粒型放电模拟

通过实验得到该模拟状况下的放电电压和放电量分别为5 kV、12～25 pC，超声波的频率为20～120 kHz。该放电模型的放电稳定性相比前两种模型较差，但是其较低的放电量和较差的放电持续性使得其对配电开关柜运行的影响相对较小。

4.4 绝缘气隙型放电模拟

通过实验得到该模拟状况下的放电电压和放电量分别为2 kV、55～300 pC 超声波的频率为20～120 kHz。该放电模型的放电电压虽然较低，但是放电量受到气隙绝缘介质的影响较大，使得其对配电开关柜产生一定影响。

5 检测设备及现场测试

局部放电检测设备应用较多的是手持式局放测试仪，其结合了TEV 和超声波测试2 中检测方法，不仅能检测不同类型的放电现象、输出局部放电的幅值数值、脉冲数等指标，更具有自我检测的功能，应用范围较广泛。配电开关柜的安装数量较多，实施检测时作业量较大，且局部放电所造成的结果往往比较恶劣，但是发生局部放电的概率较低，使手持式局测仪的使用效率大大提升。实际操作时可以首先运用手持式局测仪对所有设备进行简单检测，排除80%以上的正常运行设备，再对怀疑存在局部放电现象的剩余设备运用定位系统进行更精准的测试，从而判断实际发生局放现象的设备，并对其信号、位置等进行精准测试，以此制定相应的检修方案，开展检修工作。在实际操作时要注意分批次进行，以减少设备之间的相互干扰性质和其他可能的干扰因素，增强局放检测的效率的准确度。

6 结语

配电开关柜由于其在配电网中的独特地位，其运行的安全性、稳定性及可靠性具有重要意义。在配电开关柜的绝缘系统中，不同部位的电场强度存在差异，某个区域的电场强度一旦达到其击穿场强时，该区域就会出现放电现象，通过对不同放电模型的构造，还原实际中的放电情况，测量局部放电所发出的不同的超声波频率、放电性的稳定性、放电电压等级以及放电量等指标，依据其不同的指标值设计不同的放电模拟类型，通过检测信号的幅值（dB值或mV 值），局放发生的部位、局放的类型、设备结构综合判断，能够有效判断局部放电的严重程度，从而合理制定检修策略。