淺析局部放電理論及其檢測方法

馬春亮

摘 要：隨著城市電纜越來越多，電力電纜作為城市供電的重要方式也越來越受到人們的關注，電纜出現故障會影響電力系統的穩定性，因此電纜事故的原因分析就很重要。現行的方法中，局部放電是比較重要的一種方法。電纜的局部放電是檢測電纜是否存在缺陷的一種重要的方法，局部放電是電纜及其附件（包括電纜中間接頭及電纜終端）絕緣出現缺陷的主要表現之一，它既是造成絕緣缺陷劣化發展的主要原因，又是電纜終端狀態檢測的主要參量。該文簡要分析了局部放電理論及發展機理，闡述了局部放電的在線檢測方法。

關鍵字：局部放電 超聲波 脈沖電流 在線檢測

中圖分類號：TM855 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）11（c）-0067-01

隨著我國現代化建設的飛速發展以及城市規模的不斷擴大，城市電網的規模也隨之迅速發展。城市用電量的快速增長致使需要大量鋪設輸電線路來滿足日益增長的用電需求及提高供電的可靠性，因此利用局部放電檢測來判斷設備絕緣狀態的意義越來越重大。

1 局部放電理論

IEC 60270指出：“在電場作用下，絕緣系統中只有部分區域發生放電，而沒有貫穿施加電壓的導體之間，即尚未擊穿，這種現象稱為局部放電。”局部放電是電力設備在運行過程中，絕緣部分中由于絕緣空隙具有容性電壓以及空隙中的氣體與絕緣材料存在極大的電應力差，在強電場的作用下發生局部橋接，產生的微小電火花式的放電。局部放電在絕緣介質內部缺陷中產生重復性的擊穿和熄滅，在缺陷初期放電量很小且不會影響絕緣介質的絕緣能力。但是隨著設備的長期運行，在這種局部不均勻的電場作用下，局部放電會漸漸增強并開始損壞絕緣介質，大大縮短絕緣的使用壽命。

2 局部放電的機理

局部放電是一種機理非常復雜的放電現象，通常采用經典的“三電容”模型來對其進行產生機理上的基本分析。其等值電路如圖1。

3 局部放電在線檢測方法

前文中已經提到，局部放電的檢測方法主要分為電氣檢測法和非電檢測法兩大類。不論是電氣檢測法還是非電檢測法，都是以伴隨局部放電發生而產生的現象為基礎的，進而產生了眾多的檢測方法。

3.1 脈沖電流法

試品兩端在局部放電發生時會產生瞬間的電壓變化，這會在檢測回路中激起一個高頻脈沖電流。脈沖電流法就是將此高頻脈沖電流信號轉換成為電壓脈沖后，再通過其他測量儀器測量其波形、相位及幅值，最后通過校準環節得到其視在放電量。

這種方法雖然也被應用于檢測電纜本體的局部放電，但是大量的經驗表明，這種方法應用于電纜終端的局部放電檢測并不實用。

3.2 化學分析法

這種方法是利用氣相色譜儀來對絕緣介質電化學分解所產生的氣體進行色譜分析，從而判斷電氣設備內部的缺陷是否存在，并進一步判斷其缺陷類型。

在局部放電發生時，變壓器油、SF6等絕緣介質會分解產生多種類型的其他氣體，這些氣體的濃度上升容易被置于絕緣介質內部的傳感器檢測到。因此，這種方法在變壓器內部的局部放電檢測中得到了較為廣泛的應用。

隨著近年來電氣設備的絕緣介質逐漸向氣體絕緣介質（主要是SF6）過渡與發展，這種方法開始出現弊端。當設備的體積隨著電壓等級的升高而逐漸增大時，單次局部放電所產生氣體很快被氣體絕緣介質稀釋，這種傳感器將不再那么靈敏。只有當內部雜質氣體濃度上升到一個比較高的程度時，內部缺陷才有可能被檢測出來。

3.3 光測法

局部放電的光檢測法一般是指熒光光學檢測法，其利用熒光光纖對局部放電所產生的熒光進行檢測。

由于光信號不受空間電磁干擾的影響，而且信號在光纖中的傳輸衰減極少，所以這種方法具有較高的靈敏度。光測法實際上是檢測裝置內部的發光點，所以它便于對局部放電進行定位。

但是，由于采用光測法要在設備內部布置光纖線路，而電氣設備的結構一般都比較復雜，所以這種方法目前還難以向工業上推廣。

3.4 超聲波法

在電纜終端內部發生局部放電時，會激發介質產生高頻彈性振動，從而產生超聲波。通過使用超聲波傳感器對這些超聲波信號進行檢測，進而確定局部放電的大小并完成其定位，是局部放電超聲波檢測法能夠完成的工作。

近年來，隨著新型聲電換能材料的出現，超聲傳感器的信噪比得到較大程度的提高，配合適當的信號放大單元，可以得到較為理想的檢測靈敏度。

超聲波法主要具有以下幾個優點：

（1）非電氣、非接觸測量；

（2）可遠距離測量；

（3）可以避免電磁干擾的影響；

（4）可以方便地定位；

（5）可實現在線檢測；

（6）在線檢測與離線檢測的結果相同。

但是，目前使用超聲波法進行局部放電檢測也同樣面臨著眾多的技術難點。例如，局部放電的超聲波產生機理較為復雜，超聲波的振動幅值與視在放電量之間的關系不明確，導致局部放電的校準存在困難。

超聲波波形與放電類型的對應關系有待研究，目前還無法使用超聲波信號對局部放電的放電類型進行模式識別。在工業現場中，超聲波法主要作為一種局部放電檢測的輔助方法。

3.5 超高頻法

由于超高頻頻段的電磁信號隨距離的衰減程度非常高，故傳感器的靈敏度受距離的影響比較大。同時，電氣設備內部發生的局部放電向外圍空間傳播時需要通過復雜的絕緣結構，可能發生多次折反射，也可能被設備的金屬外殼所屏蔽，因此，采用這種方法進行局部放電檢測還存在很多困難。目前超高頻局部放電檢測技術多處于實驗室階段。

參考文獻

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