變電站一次設備高電壓放電原因介紹及預防對策解析

周鵬飛

（內蒙古電力（集團）有限責任公司錫林郭勒供電分公司，內蒙古錫林郭勒 026000）

0.引言

為了滿足人們日常生活需求，變電站在長期持續運轉過程中不可避免地會存在各種類型的故障。一次設備的高壓放電，其實會使得各類絕緣設備受到電壓的沖擊而出現損壞問題，這種故障過程中產生的高壓并不會使得絕緣體的整個結構都遭到破壞，雖然不會對設備的絕緣性造成非常嚴重的毀滅性傷害，但是仍然會逐步將設備的絕緣能力削弱。現有的設備檢驗技術與方式，其檢測效率普遍比較低下，為了防止設備損壞，需要對相關問題進行持續的研究與思考。

1.變電站一次設備常見局部放電類型與原因

變電站一次設備放電并不是一種全部擊穿的方式，這種風電實際上是間斷進行的。根據現有記錄來看，它不會形成非常穩定的放電通道，這種故障對設備的影響是長期的，雖然不會帶來毀滅性損壞或一次性打擊，但是仍然會造成設備絕緣性能的下降。

1.1 電暈放電

如果在周圍環境光線足夠暗的情況下，其實是可以觀察到電極尖端出現光環的，這也就是電暈放電。這種放電與常見的火花放電是不同的，沒有形成穩定的放電通道且危害性相對較小。變電站的各類設備和電機種類眾多，使用情況也不盡相同，加之電荷分布隨機性很高，實際出現電暈放電的具體原因存在著較大差異[1]。

電源放電對于整個電力系統持續穩定安全的運行會產生多方面的負面影響。這種放電現象在超高壓輸電路上是比較容易發生的，一旦發生，就會使輸電線路的功率損耗出現增加，會對周圍進行無線電傳輸的各類信號造成比較嚴重的干擾。因此，高壓電纜線路要盡可能地減少，并且避免高壓電纜線路發生放電現象。線路上的問題，可以通過采取分裂導線的方式，在一定程度上進行解決。

如果高壓電氣設備出現了電暈放電，設備的絕緣強度會被一步一步地慢慢破壞，這種放電沒有辦法使高壓電氣設備的絕緣結構直接被擊穿，但仍然會損害設備運行[2]。

1.2 尖端放電

這種放電實際上是電暈放電的一種，一些電力設備不可避免地會存在一些毛刺，這種尖端放電就比較容易發生在導體有毛刺的部位和區域，會造成氣體的擊穿。尖端放電的產生原因實際上與導體表面形狀關系較大，對于導體來說，電荷的聚集情況與導體的物理結構外形有關，對于弧度較低的導體表面甚至可以出現電荷為零的狀況。但是對于具有尖端的導體來說，會在其尖端部位富集打量著電荷，如果電荷密度足夠大，與空氣中游離的正負帶電離子進行相應的作用，會使得空氣出現被擊穿的現象，在放電電壓較大的情況下，甚至可以看到一些電火花，聽到放電時發出的聲音。

對于高壓線來說，他們的尖端部分是非常容易發生放電現象的，而這種放電一旦發生，由于高壓線的另外一端與電源相連，可以提供源源不斷的電荷，放電問題會持續地發生[3]。

1.3 表面放電

如果說絕緣體表面存在了一些污水或者灰塵等導電的物質，難以避免地會發生相應的表面放電問題與現象。表面放電的發生，會使得絕緣體本身所擁有的絕緣能力被較為嚴重地損傷與破壞，如果設備的絕緣性能受到損傷，后續造成的設備損壞問題是比較容易出現和發生的，對于整個電力系統來說，其供電的穩定性與可靠性就會受到較為明顯的挑戰。如果設備出現了絕緣性能的降低，有可能會對設備操作人員等員工的人身安全造成威脅。

表面放電產生的原因是因為電荷聚集在覆蓋在設備表面的導電物質上，如果說正負電荷持續在表面進行聚集，后續有可能會因為帶電電荷量的增加而出現擊穿問題[4]。

1.4 顆粒放電

這一種放電現象經常發生在設備的內部，如果說有一些顆粒物存在封閉的設備可體之內，這些顆粒在出現來回跳動和運動的過程中，經過絕緣物體的時候會對絕緣物體表面造成絕緣性能的損壞，出現放電的現象[5]。

2.檢測與預防

2.1 電檢測法

導體發生局部的放電，表面就會聚集大量的電荷，這些介質經過如空氣等其他介質可以對另一個電極造成影響，使得另一個電極上出現電壓的波動現象，這種波動的持續時間非常短，如果是在變壓器的油電中出現的，它的放電時間甚至沒有辦法超過1ms，放電的過程同時伴隨著電磁信號的輻射。

2.1.1 脈沖電流檢測法

脈沖電流檢測法實際上在變電站中已經被較為廣泛地應用了，一些變電站也有相應的檢測標準，并且對在工頻條件下脈沖電流法的局部放電檢測進行了相應的規范。這種檢測方法不僅適用于交流，還適用于直流環境。常用的方法可以分為兩種，第一種是平衡法，第二種是直測法。相比起指測法，平衡法有更強的抑制干擾能力，因此會得到較為廣泛的應用，但其本身的靈敏度不如直測法。直測法的靈敏度雖然高，但是卻較為容易受到小波的干擾。在現場的環境中，由于實際電磁環境十分復雜，各類設備運轉狀態復雜，通常會使用平衡法來完成相應的檢測工作。總體來說，脈沖檢測法實際上還是比較容易受到電磁干擾的[6]。

2.1.2 無線電干擾電壓法

無線電干擾電壓法依據在電暈放電的時候會發生短暫的電磁波現象，開展相應的檢測工作，可以考慮借助具有無線電干擾能力的電壓表，對局部放電的情況進行細致的檢測。這種檢測方法不僅能夠適用于對局部放電情況的判斷，還可以根據所檢測到的電磁信號本身的強弱進行故障定位，能夠對局部放電強弱的程度進行比較明確的判斷。在現場的應用過程中，這種檢測方法的實用性比較良好。

2.1.3 超高頻局部放電監測技術

目前來說，會用微帶天線作為傳感器完成相應的傳感工作，超高頻局部放電監測技術提出與應用的時間較早。目前，在變壓器GPS等設備都有著較為普遍應用的情況下，相關監測人員利用這種方法可以對干擾時發生的噪聲差異進行較為明確的分辨與判斷。實際的超高頻監測法可以分為超高頻窄帶監測法和寬帶檢測法兩種，具體的差異主要是由帶寬帶來的。在局部放電的過程中會有較強的噪聲信號，借助這一原理可以將局部放電時所出現的電磁信號進行還原，這也是超高頻檢測法的技術原理與依據[6]。

2.1.4 介質損耗法

介質損耗法是另一種檢測方法，放電的時候會帶來絕緣強度與能力的降低，這個原因實際上與放電時消耗的能量有著較為密切的聯系，完成對放電時消耗功率情況的測量，是可以促進相關檢測技術進步的，介質損耗法就是根據這一原理開展的檢測方式。目前來說，這一檢測與分析方法僅僅能夠對設備是否發生了局部放電的情況進行了分析與判斷，它的實際應用范圍還沒有得到較好推廣，這一技術還需要進一步提升與發展。

根據上述內容，我們可以了解到電檢測法中的脈沖電流檢測法應用實際上是最為廣泛的，這種技術最為成熟，共檢測的靈敏度能夠符合現有情況的具體需要，將脈沖電流法與高頻檢測進行相應的結合，現有技術已經可以做到對局部放電時的波形進行還原[7]。

2.2 測法開展相應的檢測工作

2.2.1 聲測法

聲測法的開展主要依靠的是在局部放電發生的過程中電介質被擊穿會發出一些聲音。這種聲音通常時間很短，通過將聲音信號進行監測，轉化為電信號，我們就可以非常好地對設備的局部放電情況進行監測與分析。如果說電解質是由內的液態物質，可以選用液態水傳感器，如果電解質是固體狀態，可以用聲吶傳感器。總體來說，借助這些傳感器能夠完成對聲音信號的實時監控，再經過與現有信息技術的結合就可以遠程監測局部放電情況。

在進行檢測傳感器的選擇過程中，需要格外慎重，傳感器必須要能夠保證足夠的頻帶。如果說選取的傳感器頻帶過于小，在對現場環境聲音情況進行檢測與采集的時候，就非常容易對監測的準確性造成不良影響和干擾。另外，不可以使得傳感器本身的尺寸比聲波的長度大太多，這樣會對生測法的精度造成影響，但是如果尺寸選擇的過小也有可能會使得靈敏度達不到使用要求。因此，如何進行聲音傳感器的選取是聲測法開展與進行過程中非常需要注意的重點方面，具體的選用要與現場的實際環境與情況進行積極的結合與分析，做到傳感器使用和選取合理。

聲測法實際上也包括著超聲波檢測法的應用，這種方法與其他的電檢測法相比擁有更為良好的環境實用性，尤其是對于變電站內一次設備結構復雜的環境進行局部放電檢測與分析。這種檢測方法還擁有更好的故障源定位能力，可以在較為復雜的設備結構中做到更為精準的確定局部放電位置。但是這種方法沒有辦法很好地做到對放電信號強弱大小的具體監測與控制，因此，還需要考慮結合其他監測方法[8]。

2.2.2 光測法

光測法也是另外一種比較常見的方法，但是這種方法在變電站實際上并沒有得到較為廣泛的應用，通常來說，會將這一技術在傳統一次電力設備的變壓器上進行使用。

目前，光測法已經得到了進一步發展，可以與聲測法進行結合，及應用現有的聲光混合法進行局部放電的檢測工作。對于一次設備變壓器進行檢測時需要用到光纖傳感器，通過將傳感器浸入到變壓器的油中，如果發生了局部放電，就會出現機械應力的變化，這些機械應力會使得傳感器發生一定的形變，光波信號也會跟隨著出現變動，由此能夠完成對故障的定位工作。

2.2.3 化學檢測法

化學檢測法的應用已經非常成熟了，也是比較傳統的檢測方法之一。在設備或變壓器內部出現局部放電的時候，設備內部例如油脂這樣的物質會發生相應的分解，這也是化學檢測法開展的重點依據。這一種方法是除去超聲波檢測閥以外的另一種常用的檢測方法。

但是與電量檢測法相比，非電量檢測法的靈敏度還有所欠缺，通常超聲波檢測法可以進行故障的定位，化學檢測法對空氣或液體作為電解質的環境與情況進行局部放電檢測[8]。

2.3 其他檢測法

還有一些其他的檢測方法也可以完成局部放電的檢測工作。

2.3.1 油面位置劃線檢測

它的實際工作原理是根據儲油柜內的油位變化而進行的，在出現溫度變化的過程中，油位是會發生一定波動的。在油中，如果發生局部的放電，其實是會因為能量的增加而發生溫度升高。根據這一原理可以考慮在油面上設置浮球，再結合相應的傳動機械結構帶動指針出現一定的角度變化，由此，從儀表盤就可以看到，油位的實際變化情況將這些信號轉變為標準信號進行輸出，完成相應的局部放電檢測。

2.3.2 氣體繼電器在線監測

對于變壓器而言，可以采用這一方法完成相應的監測工作，變壓器內部在發生局部放電時會產生一些氣體，氣體繼電器就可以借助控制回路對可能發生的危害進行一定程度上的預防，如果監測到相應的氣體變化，該元件可以將變壓器自動切除，并及時向控制中心發出信號[9]。

2.3.3 避雷器運行狀態在線監測

在變電站的建設過程中，必須安裝和設置一些避雷裝置，避雷裝置是保證整個變電氣安全穩定運行的重點設備之一。通過對泄漏電流的局部放電情況進行監測可以做到對避雷器實際工作狀態與情況的分析。通過對比聯系兩端電壓情況的檢測來分析是否存在局部放電故障問題[10]。

3.結語

通過對局部放電原因和類型的分析可以對局部放電發生的原理與情況有更為深刻的認識，借助現有的監測技術做到更好地對局部放電進行監測，及時對各種問題進行排除，更好地預防局部放電故障的發生。