35kV電壓等級下配電線路局部放電檢測技術研究

特變電工昭和（山東）電纜附件有限公司 王 振 劉 彬

隨著電力系統的快速發展，高壓配電線路安全穩定運行對保障電力供應具有重要意義。局部放電作為電力系統中的一種常見現象，會對配電線路的安全和穩定產生嚴重影響。本文針對35kV電壓等級下配電線路局部放電檢測技術進行研究，旨在提高配電線路的運行安全和可靠性。

1 配電線路局部放電概述

1.1 局部放電的定義和形成機理

局部放電是指在電氣設備的絕緣系統中，由于局部電場強度過高而導致的微弱放電現象。局部放電的形成機理主要包括電場集中、氣體放電、液體介質放電和表面放電等[1]。

電場集中通常是由于絕緣系統中存在幾何形狀不均勻、材料導電性不均勻或者局部缺陷等因素導致局部電場強度增加，從而形成局部放電。幾何形狀不均勻可能出現在設備設計、制造和安裝過程中，如尖銳邊緣、凹陷等。材料導電性不均勻可能源于絕緣材料的非均質性、氣泡和雜質等，這些都可能導致局部電場強度的增加。

氣體放電主要發生在設備內部的氣隙和氣泡中，通常與絕緣材料的制造工藝、設備的組裝質量和設備內部的溫度、壓力等因素密切相關。局部高電場強度會導致氣體電離放電，進而引發局部放電。在氣體放電過程中，充填設備內部的氣體可能會形成自由電子、離子和激發態分子等不同的電離產物，這些產物可能對絕緣材料和設備結構造成進一步的損害。

液體介質放電（如油浸式變壓器中的絕緣油）中，由于油品質量、油中雜質和油中氣泡等原因，可能出現局部放電現象。液體介質放電通常表現為微弱的光電和聲學信號，容易受環境噪聲干擾。因此，在液體介質放電檢測中，需要對絕緣油進行嚴格的質量控制，確保其純凈度。

表面放電主要發生在絕緣設備的表面，如絕緣子、套管、開關設備等。表面放電通常由于設備表面污穢、潮濕或存在缺陷等原因導致。具體來說設備表面污穢可能來自環境中的灰塵、污水、鹽分、酸雨等，這些污物可能導致設備表面導電性增強，從而引起表面放電。潮濕條件下，絕緣設備表面的水分可能形成導電通道，降低設備表面的絕緣性能，容易引發表面放電。

1.2 局部放電在配電線路中的危害和影響

局部放電對配電線路的危害主要表現在：加速絕緣材料老化，降低設備壽命，增加設備故障風險，影響供電穩定性，降低供電可靠性等方面。主要體現在以下幾個方面。

加速絕緣材料老化：局部放電會產生高能量的微弱放電，這些放電會產生熱效應、化學效應和機械效應，導致絕緣材料的老化。絕緣材料老化后，其性能逐漸下降，容易出現絕緣擊穿等現象[2]。

降低設備壽命：局部放電導致絕緣材料老化，設備壽命隨之降低。設備更換周期縮短，設備維護成本增加，對電力系統的穩定運行造成影響。

增加設備故障風險：局部放電可能引發部分絕緣擊穿，甚至導致設備故障。設備故障不僅影響電力系統的穩定運行，還可能引發火災、爆炸等安全事故。

影響供電穩定性：局部放電會導致設備參數變化，進而影響配電線路的參數分布，進一步影響供電穩定性。供電穩定性降低可能導致電壓波動、電流不平衡等問題，進而影響用戶用電質量。

降低供電可靠性：局部放電可能導致設備故障，從而引發電力系統的瞬時停電或長時間停電。此外，局部放電可能引發繼電保護動作，導致部分用戶停電。這些因素都會降低供電可靠性，影響電力系統正常運行。

綜上所述，局部放電在配電線路中會產生諸多不利影響，及時發現和處理局部放電問題對于提高配電線路運行安全和可靠性具有重要意義。通過采用合適的局部放電檢測技術，可以有效地識別和定位局部放電現象，從而采取措施降低局部放電對配電線路的危害。

2 35kV電壓等級下配電線路局部放電檢測技術研究

針對35kV電壓等級下的局部放電檢測，本文主要探討電壓法、超聲波法和高頻電流法等檢測技術的原理和應用。

一是電壓法。在35kV電壓等級下的局部放電檢測中，電壓法作為一種簡單且實用的技術，具有較高的應用價值[3]。電壓法通過測量局部放電產生的微弱脈沖電壓信號進行檢測。這種方法對于檢測線路中的局部放電現象具有較高的準確性和實時性。

電壓法的檢測原理是基于捕捉局部放電產生的脈沖電壓信號。當局部放電發生時，絕緣材料內部或表面會出現瞬時的電荷重分布。這種電荷重分布導致局部電場發生改變，進而產生脈沖電壓信號。這些信號具有短時間寬度和快速上升邊沿的特點，可以反映局部放電的強度和特性。

在實際檢測過程中，首先需要選擇合適的電壓傳感器并將其安裝在待測線路上。電壓傳感器的選擇需要考慮其類型、靈敏度、頻響應范圍和抗干擾能力等因素。一般來說，傳感器可選擇電容式耦合傳感器或電阻式耦合傳感器，靈敏度應根據具體應用場景選擇，頻響應范圍通常在幾十kHz至幾百MHz之間，抗干擾能力要求較高，以應對復雜的檢測環境。

二是超聲波法。超聲波法是一種利用局部放電產生的超聲波信號進行檢測的方法。這種信號具有較高的空間定位能力，有助于迅速定位故障點。超聲波法的檢測原理主要是捕捉局部放電過程中產生的高頻超聲波信號[4]。當局部放電發生時，放電過程中的能量釋放導致局部氣體壓力波動，進而在絕緣材料內部或表面產生超聲波信號。然后通過使用高靈敏度的超聲波傳感器來檢測這些信號，將信號傳輸至數據采集設備進行處理和分析，從而實現對局部放電的檢測。

檢測過程中采集到的超聲波信號需經過信號處理和分析，以提高檢測準確性和實時性。信號處理過程中需要考慮濾波、去噪、特征提取等方法，以降低背景噪聲對檢測結果的影響并提高信號的可辨識度。此外，對于超聲波信號的分析，可以采用時域、頻域和時頻域等多種分析方法，以提取局部放電的特征信息。

圖1 超聲波法檢測原理圖

三是高頻電流法。高頻電流法通過檢測局部放電產生的高頻電流信號來識別和定位故障。這種方法對于檢測線路中的局部放電現象具有較高的準確性和實時性。

高頻電流法的檢測原理是捕捉局部放電產生的高頻電流信號。當局部放電發生時，放電過程中的能量釋放導致局部電荷迅速流動，進而在絕緣材料內部或表面產生高頻電流信號。這些高頻信號往往具有較大的頻率范圍，可以提供有關局部放電活動的豐富信息[5]。

在實際檢測中，一般采用高頻電流傳感器來捕捉這些微弱的信號，然后連接數據采集設備并啟動檢測。采集到的高頻電流信號經過處理和分析后，根據分析結果對局部放電狀況進行評估，評估過程中需要結合設備的運行狀態、歷史數據和檢測環境等因素，以得出準確的局部放電診斷結果。

綜上所述，三種檢測方法都能夠有效地識別和定位故障點，具有較好的檢測效果和實用性。同時，在檢測過程中，都需要考慮諸如傳感器選型、數據采集設備性能、信號處理技術等方面的影響。為提高檢測效果，應選擇具有高靈敏度、寬頻響應范圍和抗干擾能力的傳感器。此外，數據采集設備應具有高采樣率、寬動態范圍和較高信噪比等性能。在設備正常運行狀態下進行檢測，有助于更準確地識別局部放電現象。

不同檢測技術的優缺點分析。在35kV電壓等級下的局部放電檢測技術中，電壓法、超聲波法和高頻電流法各具優缺點。本部分將對這三種方法的優缺點進行詳細分析，以便為選擇合適的局部放電檢測技術提供參考依據。

首先，電壓法。假設在一個35kV配電線路中存在一處局部放電現象，如果采用電壓法進行檢測，可以直接通過測量局部放電產生的微弱脈沖電壓信號來確定其發生位置。然而，由于該方法對環境噪聲敏感，例如在開關柜旁有高壓電纜時，高壓電纜產生的電磁干擾可能會影響檢測準確性。此外，電壓法需要高靈敏度的傳感器和數據采集設備，例如傳感器的靈敏度需要達到0.1μV/mV，成本較高。

其次，超聲波法。在相同的35kV配電線路場景中，超聲波法可以通過局部放電產生的超聲波信號進行檢測。優點在于具有良好的抗干擾性能，例如當附近有其他設備運行時，超聲波法仍然能夠保持較高的檢測準確性。同時，其定位精度可達到幾厘米，便于確定局部放電的位置。但由于超聲波在空氣中傳播距離有限，例如距離超過10m時，信號可能衰減較快，從而影響檢測效果。

最后，高頻電流法。在同樣的場景中，高頻電流法可以通過測量局部放電產生的高頻電流信號來進行檢測。該方法具有較好的抗干擾性能，例如在存在大量電磁干擾源的場合，高頻電流法仍能保持較高的檢測準確性。此外，其響應速度較快，可以實現實時監測。然而，高頻電流法對傳感器性能要求較高，例如需要使用寬帶響應的羅氏線圈等傳感器，成本相對較高。同時，在實際應用中，局部放電信號可能受到衰減影響，例如在長距離傳輸線路上，信號衰減可能降低檢測效果。

綜上所述，35kV電壓等級下的局部放電檢測技術各有優缺點。在選擇合適的檢測技術時，應綜合考慮設備的運行狀態、檢測環境以及檢測需求等因素。通過合理選用檢測技術，可以提高配電線路局部放電檢測的準確性和實時性，從而確保電力系統的穩定運行。

表1 各檢測方法對比

3 結語

本文針對35kV電壓等級下配電線路局部放電檢測技術進行了研究，介紹了局部放電的概念、形成機理以及危害，分析了不同檢測技術的原理和優缺點。通過研究發現，35kV電壓等級下的配電線路局部放電檢測技術手段已經很豐富，但仍須進一步優化和完善。今后的研究應著重于提高檢測準確性、降低設備成本以及簡化信號處理等方面，以提升配電線路的運行安全和可靠性。