变电站一次设备高电压放电原因介绍及预防对策解析

周鹏飞

（内蒙古电力（集团）有限责任公司锡林郭勒供电分公司，内蒙古锡林郭勒 026000）

0.引言

为了满足人们日常生活需求，变电站在长期持续运转过程中不可避免地会存在各种类型的故障。一次设备的高压放电，其实会使得各类绝缘设备受到电压的冲击而出现损坏问题，这种故障过程中产生的高压并不会使得绝缘体的整个结构都遭到破坏，虽然不会对设备的绝缘性造成非常严重的毁灭性伤害，但是仍然会逐步将设备的绝缘能力削弱。现有的设备检验技术与方式，其检测效率普遍比较低下，为了防止设备损坏，需要对相关问题进行持续的研究与思考。

1.变电站一次设备常见局部放电类型与原因

变电站一次设备放电并不是一种全部击穿的方式，这种风电实际上是间断进行的。根据现有记录来看，它不会形成非常稳定的放电通道，这种故障对设备的影响是长期的，虽然不会带来毁灭性损坏或一次性打击，但是仍然会造成设备绝缘性能的下降。

1.1 电晕放电

如果在周围环境光线足够暗的情况下，其实是可以观察到电极尖端出现光环的，这也就是电晕放电。这种放电与常见的火花放电是不同的，没有形成稳定的放电通道且危害性相对较小。变电站的各类设备和电机种类众多，使用情况也不尽相同，加之电荷分布随机性很高，实际出现电晕放电的具体原因存在着较大差异[1]。

电源放电对于整个电力系统持续稳定安全的运行会产生多方面的负面影响。这种放电现象在超高压输电路上是比较容易发生的，一旦发生，就会使输电线路的功率损耗出现增加，会对周围进行无线电传输的各类信号造成比较严重的干扰。因此，高压电缆线路要尽可能地减少，并且避免高压电缆线路发生放电现象。线路上的问题，可以通过采取分裂导线的方式，在一定程度上进行解决。

如果高压电气设备出现了电晕放电，设备的绝缘强度会被一步一步地慢慢破坏，这种放电没有办法使高压电气设备的绝缘结构直接被击穿，但仍然会损害设备运行[2]。

1.2 尖端放电

这种放电实际上是电晕放电的一种，一些电力设备不可避免地会存在一些毛刺，这种尖端放电就比较容易发生在导体有毛刺的部位和区域，会造成气体的击穿。尖端放电的产生原因实际上与导体表面形状关系较大，对于导体来说，电荷的聚集情况与导体的物理结构外形有关，对于弧度较低的导体表面甚至可以出现电荷为零的状况。但是对于具有尖端的导体来说，会在其尖端部位富集打量着电荷，如果电荷密度足够大，与空气中游离的正负带电离子进行相应的作用，会使得空气出现被击穿的现象，在放电电压较大的情况下，甚至可以看到一些电火花，听到放电时发出的声音。

对于高压线来说，他们的尖端部分是非常容易发生放电现象的，而这种放电一旦发生，由于高压线的另外一端与电源相连，可以提供源源不断的电荷，放电问题会持续地发生[3]。

1.3 表面放电

如果说绝缘体表面存在了一些污水或者灰尘等导电的物质，难以避免地会发生相应的表面放电问题与现象。表面放电的发生，会使得绝缘体本身所拥有的绝缘能力被较为严重地损伤与破坏，如果设备的绝缘性能受到损伤，后续造成的设备损坏问题是比较容易出现和发生的，对于整个电力系统来说，其供电的稳定性与可靠性就会受到较为明显的挑战。如果设备出现了绝缘性能的降低，有可能会对设备操作人员等员工的人身安全造成威胁。

表面放电产生的原因是因为电荷聚集在覆盖在设备表面的导电物质上，如果说正负电荷持续在表面进行聚集，后续有可能会因为带电电荷量的增加而出现击穿问题[4]。

1.4 颗粒放电

这一种放电现象经常发生在设备的内部，如果说有一些颗粒物存在封闭的设备可体之内，这些颗粒在出现来回跳动和运动的过程中，经过绝缘物体的时候会对绝缘物体表面造成绝缘性能的损坏，出现放电的现象[5]。

2.检测与预防

2.1 电检测法

导体发生局部的放电，表面就会聚集大量的电荷，这些介质经过如空气等其他介质可以对另一个电极造成影响，使得另一个电极上出现电压的波动现象，这种波动的持续时间非常短，如果是在变压器的油电中出现的，它的放电时间甚至没有办法超过1ms，放电的过程同时伴随着电磁信号的辐射。

2.1.1 脉冲电流检测法

脉冲电流检测法实际上在变电站中已经被较为广泛地应用了，一些变电站也有相应的检测标准，并且对在工频条件下脉冲电流法的局部放电检测进行了相应的规范。这种检测方法不仅适用于交流，还适用于直流环境。常用的方法可以分为两种，第一种是平衡法，第二种是直测法。相比起指测法，平衡法有更强的抑制干扰能力，因此会得到较为广泛的应用，但其本身的灵敏度不如直测法。直测法的灵敏度虽然高，但是却较为容易受到小波的干扰。在现场的环境中，由于实际电磁环境十分复杂，各类设备运转状态复杂，通常会使用平衡法来完成相应的检测工作。总体来说，脉冲检测法实际上还是比较容易受到电磁干扰的[6]。

2.1.2 无线电干扰电压法

无线电干扰电压法依据在电晕放电的时候会发生短暂的电磁波现象，开展相应的检测工作，可以考虑借助具有无线电干扰能力的电压表，对局部放电的情况进行细致的检测。这种检测方法不仅能够适用于对局部放电情况的判断，还可以根据所检测到的电磁信号本身的强弱进行故障定位，能够对局部放电强弱的程度进行比较明确的判断。在现场的应用过程中，这种检测方法的实用性比较良好。

2.1.3 超高频局部放电监测技术

目前来说，会用微带天线作为传感器完成相应的传感工作，超高频局部放电监测技术提出与应用的时间较早。目前，在变压器GPS等设备都有着较为普遍应用的情况下，相关监测人员利用这种方法可以对干扰时发生的噪声差异进行较为明确的分辨与判断。实际的超高频监测法可以分为超高频窄带监测法和宽带检测法两种，具体的差异主要是由带宽带来的。在局部放电的过程中会有较强的噪声信号，借助这一原理可以将局部放电时所出现的电磁信号进行还原，这也是超高频检测法的技术原理与依据[6]。

2.1.4 介质损耗法

介质损耗法是另一种检测方法，放电的时候会带来绝缘强度与能力的降低，这个原因实际上与放电时消耗的能量有着较为密切的联系，完成对放电时消耗功率情况的测量，是可以促进相关检测技术进步的，介质损耗法就是根据这一原理开展的检测方式。目前来说，这一检测与分析方法仅仅能够对设备是否发生了局部放电的情况进行了分析与判断，它的实际应用范围还没有得到较好推广，这一技术还需要进一步提升与发展。

根据上述内容，我们可以了解到电检测法中的脉冲电流检测法应用实际上是最为广泛的，这种技术最为成熟，共检测的灵敏度能够符合现有情况的具体需要，将脉冲电流法与高频检测进行相应的结合，现有技术已经可以做到对局部放电时的波形进行还原[7]。

2.2 测法开展相应的检测工作

2.2.1 声测法

声测法的开展主要依靠的是在局部放电发生的过程中电介质被击穿会发出一些声音。这种声音通常时间很短，通过将声音信号进行监测，转化为电信号，我们就可以非常好地对设备的局部放电情况进行监测与分析。如果说电解质是由内的液态物质，可以选用液态水传感器，如果电解质是固体状态，可以用声呐传感器。总体来说，借助这些传感器能够完成对声音信号的实时监控，再经过与现有信息技术的结合就可以远程监测局部放电情况。

在进行检测传感器的选择过程中，需要格外慎重，传感器必须要能够保证足够的频带。如果说选取的传感器频带过于小，在对现场环境声音情况进行检测与采集的时候，就非常容易对监测的准确性造成不良影响和干扰。另外，不可以使得传感器本身的尺寸比声波的长度大太多，这样会对生测法的精度造成影响，但是如果尺寸选择的过小也有可能会使得灵敏度达不到使用要求。因此，如何进行声音传感器的选取是声测法开展与进行过程中非常需要注意的重点方面，具体的选用要与现场的实际环境与情况进行积极的结合与分析，做到传感器使用和选取合理。

声测法实际上也包括着超声波检测法的应用，这种方法与其他的电检测法相比拥有更为良好的环境实用性，尤其是对于变电站内一次设备结构复杂的环境进行局部放电检测与分析。这种检测方法还拥有更好的故障源定位能力，可以在较为复杂的设备结构中做到更为精准的确定局部放电位置。但是这种方法没有办法很好地做到对放电信号强弱大小的具体监测与控制，因此，还需要考虑结合其他监测方法[8]。

2.2.2 光测法

光测法也是另外一种比较常见的方法，但是这种方法在变电站实际上并没有得到较为广泛的应用，通常来说，会将这一技术在传统一次电力设备的变压器上进行使用。

目前，光测法已经得到了进一步发展，可以与声测法进行结合，及应用现有的声光混合法进行局部放电的检测工作。对于一次设备变压器进行检测时需要用到光纤传感器，通过将传感器浸入到变压器的油中，如果发生了局部放电，就会出现机械应力的变化，这些机械应力会使得传感器发生一定的形变，光波信号也会跟随着出现变动，由此能够完成对故障的定位工作。

2.2.3 化学检测法

化学检测法的应用已经非常成熟了，也是比较传统的检测方法之一。在设备或变压器内部出现局部放电的时候，设备内部例如油脂这样的物质会发生相应的分解，这也是化学检测法开展的重点依据。这一种方法是除去超声波检测阀以外的另一种常用的检测方法。

但是与电量检测法相比，非电量检测法的灵敏度还有所欠缺，通常超声波检测法可以进行故障的定位，化学检测法对空气或液体作为电解质的环境与情况进行局部放电检测[8]。

2.3 其他检测法

还有一些其他的检测方法也可以完成局部放电的检测工作。

2.3.1 油面位置划线检测

它的实际工作原理是根据储油柜内的油位变化而进行的，在出现温度变化的过程中，油位是会发生一定波动的。在油中，如果发生局部的放电，其实是会因为能量的增加而发生温度升高。根据这一原理可以考虑在油面上设置浮球，再结合相应的传动机械结构带动指针出现一定的角度变化，由此，从仪表盘就可以看到，油位的实际变化情况将这些信号转变为标准信号进行输出，完成相应的局部放电检测。

2.3.2 气体继电器在线监测

对于变压器而言，可以采用这一方法完成相应的监测工作，变压器内部在发生局部放电时会产生一些气体，气体继电器就可以借助控制回路对可能发生的危害进行一定程度上的预防，如果监测到相应的气体变化，该元件可以将变压器自动切除，并及时向控制中心发出信号[9]。

2.3.3 避雷器运行状态在线监测

在变电站的建设过程中，必须安装和设置一些避雷装置，避雷装置是保证整个变电气安全稳定运行的重点设备之一。通过对泄漏电流的局部放电情况进行监测可以做到对避雷器实际工作状态与情况的分析。通过对比联系两端电压情况的检测来分析是否存在局部放电故障问题[10]。

3.结语

通过对局部放电原因和类型的分析可以对局部放电发生的原理与情况有更为深刻的认识，借助现有的监测技术做到更好地对局部放电进行监测，及时对各种问题进行排除，更好地预防局部放电故障的发生。