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开关柜局部放电原因分析与处理

  开关柜运行过程中,绝缘材料会受到高温、高压、油污、化学物质、振动等各方面的作用,绝缘性能不断恶化,加快了局部放电的速度,反过来局部放电又对绝缘的恶化起到推动作用。因此检测开关柜的局部放电可以有效预防故障。

  在开关柜绝缘系统中,各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,不过施加电压的两个导体之间并未贯穿整个放电过程,即放电未击穿绝缘系统,这种现象即为局部放电。绝缘介质中电场分布、绝缘的电气物理性能等决定了发生局部放电的条件,一般情况下高电场强度、低电气强度的条件下容易出现局部放电。虽然局部放电通常不会贯通性的击穿绝缘,但是却可能局部损坏电介质,如果长期存在局部放电的现象,则基于特定的条件下会降低绝缘介质的电气强度。由此可见,局部放电属于电气设备中的隐患,其破坏过程体现出缓慢性、长期性的特点。通常局部放电的特性可以较好的印证绝缘缺陷,可以通过局部放电的特性来分析绝缘的局部损坏程度。很大程度上对各种局部放电特性进行综合测量,可以对产品的绝缘水平进行客观的评价。

  2局部放电的种类特点

  2.1电晕放电

  通常在气体包围的高压导体周围会出现电晕放电,比如高压输电线路或者高压变压器等,这些高压电气设备的高压接线端子暴露在空气中,因此发生电晕放电的机率相对较大。电晕放电体现出的是典型的、极不均匀电场的特征,也是极不均匀电场下特有的自持放电形式。很多外界因素均会对电晕起始电压产生影响,比如电极的形状、外加电压、气体密度、极间距离以及空的湿度与流动速度等等。

  2.2沿面放电

  通常在绝缘介质表面会出现沿面放电的现象。这种局部放电的形式属于特殊的气体放电现象,电力电缆、电机绕组、绝缘套管的端部等位置比较常见沿面放电。一旦介质内部电场的强度低于电极边缘气隙的电场强度,而且介质沿面击穿电压相对较低,沿面放电就会发生在绝缘介质的表面。通常电压波形、电场的分布、空气质量、介质的表面状态、气候条件等均会对沿面放电电压产生影响,所以沿面放电体现出不稳定的特点。

  2-3内部放电

  固体绝缘介质内部比较常见内部放电。在生产加工绝缘介质时难免存在材料与工艺缺陷的问题,导致绝缘介质内部出现内部缺陷,比如掺人少量的空气或者杂质等。一旦绝缘受到高压作用,内部缺陷就有发生局部击穿或者重复性击穿的可能。通常介质自身的特性、气隙大小、缺陷的位置与形状、气隙气体的种类等会对内部放电的发生条件产生影响。

  2.4悬浮电位放电

  这种局部放电的形式是指高压设备中某个导体部件存在结构设计缺陷,或者其它原因导致接触不良断开,最终造成该部件位于高压电极与低压电极之间并根据其位置的阻抗比获得分压发生放电,针对该导体部件上对地电位称其为悬浮电位。导体具有悬浮电位时,通常其附近的场强会比较集中,而且会破坏四周绝缘介质的形成。一般在电气设备内高电位的金属部件或者处于地电位的金属部件上容易发生悬浮电位放电。

  3开关柜局部放电检测方法

  针对开关柜而言,其局部放电检测方法包括以下几种:

  3.1地电波检测

  在高压开关柜绝缘层中发生局部放电时会产生电磁波,而开关柜的金属外壳会将这种电磁波屏蔽掉一大部分,不过仍有小部分会通过金属壳体的接缝或者气体绝缘开关衬垫传播出去,而且还会产生一个地电波通过设备金属壳体外表面传向地下。地电波的范围通常在几毫伏直至几伏中间,而且上升时间内有几个纳秒。可以将探头设置于工作状态中的开关柜的外表面,对局部放电活动进行检测。

  3.2超声波检测

  其实超声波检测属于机械振动波的一种,基于能量的角度而言,局部放电的过程即为能量瞬时爆发的过程,电能通过声能、光能、热能以及电磁能的形式释放出去,电气击穿发生在空气间隙,瞬间就可以完成放电,此时电能也会在一瞬间转化为热能,放电中心的气体受到热能的作用会发生膨胀,通过声波向外传播,传播区域内气体被加热后形成一个等温区,其温度超出环境温度;等到这些气体冷却后开始收缩,则会产生后续波,后续波的频率以及强度均比较低,包含各种频率分量,有很宽的频带,超声波的频率大于20kHz。因为局部放电的区域相对较小,所以局放声源即为点声源。

  3-3超高频检测法

  时间变化过程中,局部放电所产生的电磁振动会产生电磁波,在固气与气体介质中,局部放电脉冲会发生非常丰富的电磁波超高频分量,最高可达数GHz。实际应用过程中,局放信号的检测可以利用两个探头来进行,将探头检测到信号的时间顺序作为判断依据,放电源的距离较近,就会被先检测到;探头位置不断变化,可以将放电源的大致位置逐步判断出来。或者通过多个探头,将探头检测局放信号的时间差列方程组,可以求出放电源的三维空间坐标,最终确定放电源。该方法的灵敏度相对较高,且具备较强的抗干扰能力,而且开关柜上通常有接缝或者小玻璃窗,可以不用考虑该方法在完全密封条件下很难检测的要求。

  3.4综合检测技术

  其实无论哪种检测方法均有一定的局限性,无法将开关柜的运行状态客观、全面、真实的反映出来,还会出现误判的可能。由于放电类型能量的释放形式不同、各种检测方法的实用性与灵敏度也存在差异,所以在对开关柜局部放电检测过程中,要将上述检测手段综合应用,以地电波检测为主、超声波检测及超高频检测为辅来进行。

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