團隊介紹

國網(wǎng)天津市電力公司電纜分公司電纜運檢北部中心電纜試驗班成立于2019年9月，主要從事國網(wǎng)天津電纜公司轄區(qū)內(nèi)高壓電纜帶電檢測工作。班組現(xiàn)有員工12名，其中博士1人，碩士9人，占總?cè)藬?shù)83.3%，全員35周歲以下。青年黨員9人，占總?cè)藬?shù)75%，班組配有各類精尖檢測設(shè)備，是一支技術(shù)過硬、敢為人先的帶電檢測隊伍。日常工作涵蓋1139公里110kV電纜、375公里220kV電纜的高頻局放檢測、接地電流檢測、紅外檢測等帶電檢測工作。致力于及時發(fā)現(xiàn)電纜設(shè)備潛在運行隱患，降低非計劃停電次數(shù)，為電纜設(shè)備安全、穩(wěn)定運行提供重要保障。

團隊聯(lián)系人：衛(wèi)文婷

郵箱：weiwttt@163.com

電纜高頻局部放電檢測技術(shù)（上）

1. 局部放電的基礎(chǔ)知識

在電場作用下，絕緣系統(tǒng)中只有部分區(qū)域發(fā)生發(fā)電，而沒有貫穿施加電壓的導(dǎo)體之間，即尚未擊穿，這種現(xiàn)象稱之為局放放電。對于被氣體包圍的導(dǎo)體附近發(fā)生的局部放電，可稱之為電暈。局部放電可能發(fā)生在導(dǎo)體邊上，也可能發(fā)生在絕緣體的表面或內(nèi)部，發(fā)生在表面的成為表面局部放電，發(fā)生在內(nèi)部的稱為內(nèi)部局部放電。

當(dāng)絕緣體局部區(qū)域的電場強度達到擊穿場強時，該區(qū)域就發(fā)生放電。在電工產(chǎn)品中，絕緣體各區(qū)域承受的電場強度一般是不均勻的，而且電介質(zhì)也是不均勻的，有的是由不同材料組成的復(fù)合絕緣體，如氣體-固體復(fù)合絕緣；液體-固體復(fù)合絕緣，以及固體-固體復(fù)合絕緣等。有的雖是單一的材料，但在制造或使用的過程中會殘留一些氣泡或其他雜質(zhì)，于是在絕緣體內(nèi)部或表面就會出現(xiàn)某些區(qū)域的電場強度高于平均電場強度，某些區(qū)域的擊穿場強低于平均擊穿場強，因此在某些區(qū)域就會首先發(fā)生局部放電，而其他區(qū)域仍然保持絕緣的特性，這就形成了局部放電。

最經(jīng)常造成局部放電的是絕緣體內(nèi)部或表面存在氣泡，因為氣體的介電常數(shù)總是小于液體或固體材料的介電常數(shù)，在交變電場下，電場強度的分布反比于介電常數(shù)，在交變電場下，電場強度的分布反比于介電常數(shù)，這就是說，如果在液體或固體介質(zhì)中含有氣泡，則氣泡中的電場強度要比周圍介質(zhì)的高，而氣泡的擊穿場強，在大氣壓力附近，總是比液體或固體介質(zhì)低很多，因此氣泡就首先發(fā)生放電。即使有些產(chǎn)品在制造中很大程度上已經(jīng)去除了氣泡，但在運行的過程中，由于熱脹冷縮，不同材料特別是導(dǎo)體與介質(zhì)的膨脹系數(shù)不同，也會逐步出現(xiàn)裂縫；或者在運行中由于有機高分子的老化，分解出各種揮發(fā)物；或者在高電場強度的作用下，電荷不斷地由導(dǎo)體注入到介質(zhì)中，在注入點上就會使介質(zhì)氣化。這些都可能使絕緣體中出現(xiàn)氣泡而導(dǎo)致局部放電。

除了氣泡之外，絕緣體中若有導(dǎo)電雜質(zhì)存在，則在此雜質(zhì)邊緣電場集中，也會出現(xiàn)局部放電。針尖狀的導(dǎo)體，或?qū)w表面有毛刺，則在針尖附近電場集中，也會產(chǎn)生局部放電。此外在電工產(chǎn)品中，若有導(dǎo)體間連接點接觸不好，都會在該處出現(xiàn)很高的電位差，從而產(chǎn)生局部放電。

上述情況往往是發(fā)生在電工設(shè)備的內(nèi)部。在電工設(shè)備的高電壓端頭上，如電纜的端頭，由于電場集中，而且沿面放電的場強又比較低，往往就沿著介質(zhì)與空氣的交界面產(chǎn)生表面局部放電。若高壓導(dǎo)體的周圍都是氣體，由于導(dǎo)體附近的電場強度達到了周圍大氣的擊穿場強，于是就在導(dǎo)體附近出現(xiàn)電暈。

近年來，要求電力設(shè)備絕緣系統(tǒng)承受的工作場強越來越高，要求電力設(shè)備完全不發(fā)生局部放電是不實際的，因此須進行局部放電檢測，把局放限制在一定的水平，以保證設(shè)備安全運行并有足夠長的使用壽命。

1. 局部放電的過程

由于局部放電是發(fā)生在電極間的局部空間內(nèi)，放電產(chǎn)生的空間電荷將會在此空間內(nèi)積累，從而改變這一空間的電場，使得放電變成斷續(xù)的過程，在試品的兩端將會出現(xiàn)一系列電脈沖。對于絕緣體內(nèi)部及表面的局部放電過程是很相似的，而電暈的放電過程卻有明顯的差別。

2.1 內(nèi)部放電的過程

在絕緣體內(nèi)部氣隙放電時，氣隙中電荷的交換和積累目前尚無法直接測量，但這種電荷的變化，必然會反映到絕緣體兩端電極（或?qū)w）電荷的變化。這兩者之間的關(guān)系，可以通過等效電路予以分析。

以最簡單的平板電容器為例，假定在一平板電容器中，固體介質(zhì)的內(nèi)部有一個氣泡，則此絕緣系統(tǒng)可用氣泡的等效電阻Ra與電容Cc、氣泡與介質(zhì)串聯(lián)部分介質(zhì)的等效電阻Rb及電容Cb以及其他部分介質(zhì)的等效電阻Ra及電容Ca組成的串并聯(lián)等效電路來表示。由于氣泡中每次放電時間都是很短暫的，大約為10-8-10-7s，即放電產(chǎn)生的脈沖頻率是很高的，因此，在分析這一信號在等效電路中的響應(yīng)時，可以忽略電阻，只考慮Cc、Cb和Ca組成的等效電路。

當(dāng)工頻交流電壓施加于這平板電容器的電極上時，如果氣泡的電壓沒有達到氣泡上的擊穿電壓，則氣泡上的電壓就跟隨外加電壓的變化而變化。若外加電壓足夠高，則當(dāng)Uc上升到氣泡的擊穿電壓Ucb時，氣泡發(fā)生放電，放電過程使大量中性氣體分子電離，變成正離子和電子或負(fù)離子，形成大量的空間電荷，這些空間電荷，在外加電場作用下遷移到氣泡的壁上，形成了與外加電場方向相反的內(nèi)部電壓-ΔUc，這時氣泡上的電壓Ur應(yīng)是兩者的疊加，即氣泡上的實際電壓小于氣泡的擊穿電壓，于是氣泡的放電暫停，氣泡上的電壓又跟隨外電壓的上升而上升，直到重新到達Ucb時，又出現(xiàn)第二次放電。第二次放電過程中產(chǎn)生的空間電荷，同樣又建立起反向ΔUc，假定第一次放電積累的電荷都沒有泄露掉，這時氣泡中反向電壓為-2ΔUc，又使氣泡上實際的電壓下降，于是放電又暫停。之后氣泡上的電壓又跟隨外電壓上升而上升，當(dāng)達到Ucb又產(chǎn)生放電。這樣在外加電壓達到峰值之前，若放電n次，則放電產(chǎn)生的空間電荷所建立的內(nèi)部電壓為-nΔUc。在外加電壓峰值后，Uc開始下降，當(dāng)氣隙上的電壓達到-Ucb，即

-nΔUc+Uc=-Ucb

時，氣泡又開始放電，但此時放電產(chǎn)生的空間電荷的移動方向決定于內(nèi)部空間電荷所建立的電場方向，于是中和掉一部分原來累積的電荷，使內(nèi)部電壓減少一個ΔUc。氣隙上的電壓下降，放電暫停。之后氣隙上的電壓又跟隨外電壓的下降向負(fù)值升高，直到重新達到-Ucb時，放電又重新發(fā)生。假定每次發(fā)生放電的ΔUc都一樣，則當(dāng)外加電壓過零時放電產(chǎn)生的電荷就消失就消失，于是在外加電壓的下半周期，重新開始一個新的放電周期。

但在實際檢測中測得，每次放電的大小即脈沖的高度并不相等，而且放電多是出現(xiàn)在外加電壓幅值絕對值的上升部分的相位上，只有在放電很劇烈時，才會擴展到電壓絕對值下降的部分的相位上，這是因為實際試品中往往存在多個氣泡同時放電，或者是只有一個大氣泡，但每次放電不是整個氣泡面積上都放電，而只是其中的一部分，顯然每次放電的電荷不一定相同，甚至還存在反向放電，不一定會中和到原來積累的電荷，而是正負(fù)電荷都積累在氣泡壁的附近，因此產(chǎn)生沿氣泡壁的表面放電，另外氣泡壁的附近不是無限大的，放電時氣泡中會產(chǎn)生窄小的導(dǎo)電通道，這使得一部分放電產(chǎn)生的空間電荷泄露掉，積累的反向電壓要比nΔUc小的多，如果小于Ucb，則在電壓下降部分的相位上就不會出現(xiàn)放電。

2.2 表面局部放電

絕緣體表面的局部放電過程與內(nèi)部放電過程是基本相似的，不同的是現(xiàn)在的氣隙只有一邊是介質(zhì)，而另一邊是導(dǎo)體，放電產(chǎn)生的電荷只能積累在介質(zhì)的一邊，因此積累的電荷少了，更不容易在外加電壓絕對值下降的相位上出現(xiàn)放電。另外因為電極系統(tǒng)是不對稱的，當(dāng)放電的電極是接高壓，不放電的電極是接地時，在施加電壓的負(fù)半周出現(xiàn)的放電量小，放電次數(shù)多；而正半周是放電量大，次數(shù)少。這是因為導(dǎo)體在負(fù)極性時容易發(fā)射電子，同時正離子撞擊陰極產(chǎn)生二次電子發(fā)射，使得電極周圍氣體的起始放電電壓低，因而放電次數(shù)多而放電量小。如果將放電的電極接地，不放電的電極接地，則放電的圖形也反過來，即正半周放電脈沖是小而多，負(fù)半周放電脈沖是大而少。

2.3 電暈放電

電暈放電是發(fā)生在導(dǎo)體周圍全是空氣的情況下，氣體中的分子是自由移動的，放電產(chǎn)生的帶電質(zhì)點不會固定在空間的某一位置上，因此放電過程與上述固體或液體絕緣中含有氣泡的放電過程不同。以針對板的電極系統(tǒng)為例，在針尖附近場強最高，當(dāng)外加電壓上升到該處的場強達到氣體的擊穿場強時，在針尖附近就發(fā)生放電，由于在負(fù)極性時容易發(fā)生電子，同時正離子撞擊陰極發(fā)生二次電子發(fā)射，使得放電總是在針尖為負(fù)極性時先出現(xiàn)，這時正離子很快移向針尖電極而復(fù)合，電子在移向平板電極過程，附著于中性分子而成為負(fù)離子，負(fù)離子遷移的速度較慢，眾多的負(fù)離子在電極之間，使的針尖附近的電場強度降低，于是放電暫停。之后，隨著負(fù)離子移向平板電極，或外加電壓上升，針尖附近的電場又升高到氣體的擊穿場強，于是又出現(xiàn)第二次放電。這樣電暈的放電脈沖就出現(xiàn)在外加電壓負(fù)半周的90度相位附近，幾乎對稱于90度，出現(xiàn)的放電脈沖幾乎是等幅值等間隔的，隨著電壓的提高，放電大小幾乎不變，而次數(shù)增加。當(dāng)電壓足夠高時，在正半周也會出現(xiàn)少量幅值較大的放電，正負(fù)半周波形是不對稱的。

以上三種放電是電氣設(shè)備中最基本的放電，此外在電氣設(shè)備中也可能出現(xiàn)導(dǎo)體連接不良而產(chǎn)生的放電，和金屬體沒有電的連接，成為一個浮動電位體而產(chǎn)生的感應(yīng)放電。

1. 電纜局部放電檢測方法

3.1 檢測步驟

1. 根據(jù)不同的現(xiàn)場情況選擇適當(dāng)?shù)臏y試點和傳感器，保持每次測試點的位置一致，以便于進行比較分析；

2. 在設(shè)備合適的位置安裝相位信息傳感器；

3. 開機后，運行監(jiān)測軟件，檢查主機與電腦通信狀況、同步狀態(tài)、相位偏移等參數(shù)；

4. 進行系統(tǒng)自檢，確認(rèn)各檢測通道工作正常；

5. 測試背景噪聲。測試前將儀器調(diào)節(jié)到最小量程，測量空間背景噪聲值并記錄；

6. 根據(jù)現(xiàn)場噪聲水平設(shè)定各通道信號檢測閾值；

7. 開始測試，打開連接傳感器的檢測通道，觀察檢測到的信號。測試時間不少于60秒；

8. 如果發(fā)現(xiàn)信號無異常，保存數(shù)據(jù)，退出并改變檢測位置繼續(xù)下一點檢測；如果發(fā)現(xiàn)信號異常，則延長檢測時間并記錄3組數(shù)據(jù)，進入異常診斷流程。

9. 對于異常的檢測信號，可以使用診斷型儀器進行進一步的診斷分析，也可以結(jié)合其它檢測方法進行綜合分析。

3.2 數(shù)據(jù)處理

首先根據(jù)相位圖譜特征判斷測量信號是否具備典型放電圖譜特征或與背景或其他測試位置有明顯不同，若具備，繼續(xù)如下分析和處理：

同一類設(shè)備局部放電信號的橫向?qū)Ρ?。相似設(shè)備在相似環(huán)境下檢測得到的局部放電信號，其測試幅值和測試譜圖應(yīng)相似，同一變電站內(nèi)的同類設(shè)備也可以作類似橫向比較；

同一設(shè)備歷史數(shù)據(jù)的縱向?qū)Ρ取Ｍㄟ^在較長的時間內(nèi)多次測量同一設(shè)備的局部放電信號，可以跟蹤設(shè)備的絕緣狀態(tài)劣化趨勢，如果測量值有明顯增大，或出現(xiàn)典型局部放電譜圖，可判斷此測試點內(nèi)存在異常；

若檢測到有局部放電特征的信號，當(dāng)放電幅值較小時，判定為異常信號；當(dāng)放電特征明顯，且幅值較大時，判定為缺陷信號。

必要時，應(yīng)結(jié)合特高頻、超聲波局部放電和油氣成分分析等方法對被測設(shè)備進行綜合分析。

對于具有等效時頻譜圖分析功能的高頻局放檢測儀器，應(yīng)將去噪聲和信號分類后的單一放電信號與典型局部放電圖譜相類比，可以判斷放電類型、嚴(yán)重程度、放電信號遠近等。對于異常和缺陷信號，要結(jié)合測試經(jīng)驗和其它試驗項目測試結(jié)果進行危險性評估。

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