配电线路设备局部放电点诊断与解析

配电线路设备局部放电点诊断与解析

黎锦棠

（东莞供电局）

摘要：通过对变压器局部放电在线监测进行分析，简要介绍了目前常见的局部放电的几种类型，局部放电的主流检测办法。

关键字：绝缘子；避雷器；局部放电

一、引言

由于在固体绝缘材料内部，因制造工艺，运行环境等因素会存在小空隙。在使用中，绝缘体一端接地，一端接高压，使得这些小空隙像小电容一样地充电，这样会使电力设备的电场分布不均匀，在局部位置放电严重，会损伤绝缘性能，产生放电同时产生各种物理、化学现象，如电荷的交换，发射电磁波、发热、产生分解物碳等，日益增多的碳将导致空隙导通，将增加作用在相邻空隙的电气压力，也会是绝缘连续性的产生损伤，化学活性物质的增加，最后会导致绝缘击穿。

本项目主要研究的是如何在不停电的情况下，提前检测出配电线路故障点中的故障隐患的所在点，以便于在故障发生前做好相应的预防措施，确保供电安全性和可靠性。

二、局部放电的检测方法

2.1电检测法

局部放电最直接的现象即引起电极间的电荷移动。每一次局部放电都伴有一定数量的电荷通过电介质，引起试样外部电极上的电压变化。另外，每次放电过程持续时间很短，在气隙中一次放电过程在10ns量级；在油隙中一次放电时间也只有1?s。根据Maxwell电磁理论，如此短持续时间的放电脉冲会产生高频的电磁信号向外辐射。局部放电电检测法即是基于这两个原理。常见的检测方法有脉冲电流法、无线电干扰电压法、介质损耗分析法等等。

2.2非电量检测法

局部放电发生时，常伴有光、声、热等现象的发生，对此，局部放电检测技术中也相应出现了光测法、声测法、红外热测法等非电量检测方法。较之电检测法，非电量检测方法具有抗电磁干扰能力强、与试样电容无关等优点。

TEV检测法

当高压电气设备发生局部放电时，放电电量先聚集在与放电点相邻的接地金属部分，形成电磁波并向各个方向传播，对于内部放电，放电电量聚集在接地屏蔽的内表面，因此如果屏蔽层是连续时无法在外部检测到放电信号。但实际上，屏蔽层通常在绝缘部位、垫圈连接处、电缆绝缘终端等部位出现破损而导致不连续，这样，高频电磁信号就会传输到设备外层。

通过放电产生的电磁波通过金属箱体的接缝处或气体绝缘开关的衬垫传播出去，同时产生一个暂态电压，通过设备的金属箱体外表面而传到地下去。这些电压脉冲是由DrJohnReeves首先发现，并把它命名为TransientEarthVoltage暂态对地电压，简称TEV。TEV检测法原理如图3所示。

TEV检测原理图

TEV检测法的特点如下：

（1）局部放电的电磁信号传播过程衰减较小，能够实现良好的检测灵敏度；

（2）根据电磁脉冲信号的衰减和时差，可进行局部放电定位；

（3）TEV传感器检测的有效频率高、频带范围宽；

（4）对脉冲的变化速度比较敏感，比较适合介质内部放电，对放电频谱较低的套管、终端、绝缘子表面放电不敏感；

（5）能够精确定位，但分辨率不高，主要是设备精度限制；

（6）易受外界电磁干扰的影响；

地电波传播示意图

三、局部放电的定位

当检测到变压器的局部放电超过允许值时，说明其内部有绝缘问题而必须进行检查，但如果事先没有确定故障的大致位置，而盲目的进行吊芯检查，就有可能找不到故障位置，并会给检修工作带来很大的困难。因此进行局部放电的定位研究有很大的实用意义。

3.1超声波定位法

3.1.1电声定位

一般认为局部放电脉冲相对超声脉冲是没有时延的，以电脉冲触发，测量多点超声脉冲的时延以确定超声脉冲的传播方向及时间，再求解球面方程确定放电位置。

3.1.2声声定位法

以最先的超声脉冲为基准，同样测量多个测量点超声脉冲的时延，求解双曲面方程得出放电源的位置。超声波定位的关键之一是超声波等值波速的确定，由于变压器内部结构复杂，超声波在传播过程中存在透射，绕射，散射等现象，其等值波速各不相同，且难于精确计算。采用一个恒定的等值波速来计算位置显然是不够的。一种较实用的算法是将等值波速视为变量，通过求解球面方程的方法来计算局放点的位置，随着声波传播机理的深入，又出现了顺序定位法和模式识别法。

3.1.3电气定位法

电气定位法又分为几何定位法和基于模型分析法。几何定位法和超声波定位类似，以电磁波到达测量点的时问来定位，又称为行波法。基于模型的分析方法在对变压器绕组进行建模的基础上，通过对局放信号的分析来进行定位，如电容分量法，频率响应法等。

目前，接近实用化的精确定位方法是超声波定位法和采用电容传输分量与数字滤波技术的电测定位法。前者操作方便，适用于变压器内不同部位的局放定位，可在不同场合使用，但定位精度不高是它的主要缺点，必须从理论上和操作技巧上加以解决。

后者操作比较复杂，适用范围只限于纠结式绕组，但是定位精度较高，定位精度可以达到不大于绕组长度的2％。

3.2UltraTEVplus+的应用

UltraTEVplus+系统分别提供两种检测功能，超声波和地电波；分别对应配电线路上绝缘子避雷器及分接开关箱的测试；

3.2.1地电波检测方式

由于空间电磁脉冲（空间电晕、无线电、汽车内部某类高频干扰信号等）可穿透进入电房，在被测对象金属外壳上或之外的金属表面均会感应出地电位，对检测结果造成干扰。

因此，测试前需要在电房金属门及空气中各进行一次测量，掌握干扰水平。正确的检测方式如图所示。通常，选择每一面开关柜的上、中、下部分以及开关柜组两个侧面进行测量。

3.2.2超声波检测方式

UltraTEVplus+系统的超声波模式可有效避免空间的电气干扰。使用超声波模式前将探头朝向空气读取背景干扰噪声。

测试读数会连续的显示在屏幕上，当然，测试背景读数是有必要的，刚开始测试时调整增益到最大，但如果读数太大时适当的减小增益，将传感器对准线路的绝缘设备进行测试，在测量的时候一定要保持足够的安全距离。

要注意超过背景值的超声波信号，真实的局部放电所产生的超声波信号可以从耳机中听到放电破裂的声音（咝咝响）。

3.3检测设备介绍

我们在桥头分局选取了两个线路以超声波检测法作为实验方法，使用的是从英国进口的局放探测专业设备。装置用于监测配电线路故障点绝缘子及避雷器的局部放电状况。

局部放电产生声波在各个频段都有散射。可听见的声波探测取决于个人的听力。使用仪器探测声谱中超声波部份是具有优势的。使用仪器检测有很多优势的：仪器比人的耳朵灵敏，不依赖于操作员且在可听见频率范围之上，而且具有方向性。

侦查最灵敏的方法是使用一个空中超声波探头，主要频率大约在40kHz。在放电源与探头之间提供一个气道，这种方法在进行局部的侦查中是非常成功的。

这个传感器是高灵敏度的，在超声波测量时，能将背景信号最小化的，并且集中空气中的超声波信号，更好的测试数米外的表面放电活动。

聚焦型传感器（UltraDish）有一个高精度的激光瞄准器，可能更好的对准数米外的表面放电源。

这个装置是透明的，可以让使用者在测试过程中时时观察到所检测的设备。为了更好的定位被检测设备，这个装置有两种瞄准方式：步枪式瞄准以及激光器瞄准。

当聚焦型传感器（UltraDish）在使用时，主机会显示成Parabolic（外置传感器）而不是Internal（内置传感器）。

四、案例分析

4.1、电缆分接箱测试

4.1.1线路故障点科研项目专家组分别使用两款局放检测设备检测分接箱局部放电情况；

4.1.3专家组在为局放电进行定位确认，并做放电强度分析

设备UTP1检测靠近601开关时明显发出放电提示音“嘶嘶”声，显示频数值由原来的绿色安全值变为红色预警值于23DB~27DB范围波动；

利用设备LKS1000进行再次检测，检测探头靠近601开关时同样发出放电提示音，并且可视窗口弹出“红色定位框”显示局部放电位置；

判断601开关存在局部放电隐患，应于近期对其进行检修；

4.2、架空线路测试

4.2.1日间架空线路测试

经过17/18日对桥头分局下书若干条架空线路的测试，有四个疑似故障点存在明显的局部放电现象：

1、10kv岭厦站F41东门线杆塔；放电强度：13DB~25DB

2、10kv岭厦站F26凤凰线#2杆塔；放电强度：11DB~20DB；

3、10kv桥头站宏业线#16杆塔；放电强度：16DB~23DB;

4、110kv七星站F10A新湖线天鹅分线#2杆塔C相；放电强度：18DB~25DB;

4.2.2夜间架空线路测试

由于白天温度高环境噪音强度大，检测组在晚上对以上局放疑似故障点进行了再次检测；

夜间对四个疑似故障点做再次检测：

1、10kv岭厦站F26凤凰线#2杆塔未检测到局放信号，判断为间歇性放电；

2、10kv岭厦站F41东门线杆塔；放电强度：14DB~21DB

3、10kv桥头站宏业线#16杆塔；放电强度：18DB~23DB

4、110kv七星站F10A新湖线天鹅分线#2杆塔C相；放电强度：18DB~25DB;

夜间及白天检测数据偏差不大，判断这几个故障点应为存在局放现象；

架空线路绝缘子局部放电故障点检测

参照设备1：红外热成像仪；参照设备2：LKS1000；

4.3实验分析

4.3.1完善检测技术手段

根据绝缘放电缺陷表达形式的多样性和主次性特点，结合地区的运行经验，对每一类高压设备建议配备至少1种检测手段。地电波和超声波检测技术各有其特点，其实应用效果应从长期积累的角度去衡量。开展局部放电多方法联合检测是提高诊断效果的有效途径，也是今后状态检测的重要发展方向。此外，对某些特别重要的电房，可尝试采取内置式超高频或超声波检测技术的方式（国内已经有这方面的技术），对该类型电房实行在线监测，全面实时检测开关柜的运行状态。

4.3.2提高人员专业化程度

目前阶段，专家经验和仪器抗干扰特性是决定诊断准确性的两个重要方面。也可认为每种检测技术的抗干扰策略决定了诊断结果的有效性和准确性，也决定了该项技术对测试人员经验的要求。从信号采集方式——信号转换成电压信号——信号放大——信号滤波传输到电脑主机，再继续到数字信号存储并进行后续分析。干扰信号可能侵入上述每一步。成功的检测技术一定是从源头就开始考虑如何抑制干扰，而不是将防御留到最后一环。越往后，信号种类越多，对测试人员的要求就越高。现有大部分的仪器都是属于软件处理型，对测试人员的要求较高。

五、结束语

本文简要描述了一种开关柜局部放电带电检测系统的基本原理和主要功能。总结了国内部分开关柜绝缘放电缺陷的共同特征，从放电现象本身及运行环境两个方面对的检测手段进行了客观、有效的分析，指出空气中局部放电电磁辐射特性的不明显是影响地电波检测结果的主要原因。同时，本文作者根据绝缘放电缺陷表达形式的多样性和主次性的特点，结合地区运行的经验，建议对每一类高压设备至少配备1种检测手段。在现阶段，专家经验和仪器抗干扰特性是决定诊断准确性的两个重要依据。加快测试队伍的专业化是保障状态检测工作发挥实效的重要基础。开展局部放电多个方法的联合检测是提高诊断准确性的有效途径，也是今后状态检测的重要发展方向。

参考文献：

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[3]局部放电光脉冲测量法及与电测法的比较.高电压技术，2001，27

[4]电力变压器局部放电检测技术的现状和发展.电工电能新技术，2001,(2)

[5]电力电容器局部放电声信号的分析.高压电器，2002，39（2）：

[6]UltraTEVplus操作手册；

[7]半绝缘型开关柜非嵌入式局部放电带电检测技术应用现状分析