高压开关柜局部放电检测技术研究应用 一、概述
高压开关柜是使用极广、数量最多的开关设备。
开关柜的运行状态对电力系统供电可靠性具有重大影响，故障的发生带来的后果是十分严重的，其直接的危害是设备所保护的线路、设备受损，电量损失间接的危害则造成用户大面积停电，影响正常的生活、生产甚至社会稳定。
目前电力系统中开关柜应用越来越广，开关柜现场试验方法的不足和投运的开关柜出现的绝缘故障严重威胁着电力系统的安全运行。局部放电检测是反映开关柜绝缘状况的有效手段，也是当前研究的热点，对高压开关柜进行局放检测与故障诊断，是实现设备状态检修的重要状态信息量，是保证设备安全可靠运行的关键，高压开关柜中不仅电场作用引起绝缘劣化，导致绝缘故障，而且机械力和热的作用，或者和电场的共同作用，最终也会发展为绝缘性故障。最终影响供电质量和供电可靠性。
二、开关柜的主要缺陷
高压开关柜由于在设计、制造、安装和运行维护方面存在着不同程度的问题，因而事故率比较高。同时因污秽、绝缘薄弱、小动物侵入等原因常引发事故，表现为外绝缘对地闪络击穿, 内绝缘对地闪络击穿，相间绝缘闪络击穿，雷电过电压闪络击穿，瓷瓶套管闪络、污闪、击穿、爆炸，CT 闪络、击穿、爆炸，瓷瓶断裂等。在诸多性质的开关柜事故中，绝缘事故多发生于10kV及以上电压等级，造成的后果也很严重。特别是小车式开关柜，绝缘事故率更高，而且往往一台出现事故，殃及邻柜的现象更为突出。开关柜绝缘事故原因分析主要有以下方面： 1、爬距及空气间隙不够：爬距和空气间隙不足是开关柜发生绝缘损坏事故的根本原因。特别是手车柜，为了缩短柜体尺寸，大幅度减小装于柜内的断路器，隔离插头相间或对地距离，却未采取有效的保证绝缘强度的措施。
2制造装配质量及工艺不良：制造质量及装配质量对开关柜整体耐压水平有很大的影响。开关柜内的有些元件可以通过耐压试验，但开关柜整体却通不过，原因是装配质量差。如紧固螺丝不规则，拧紧后螺杆长出螺母过多；有的支持瓷柱的紧固底板成“丁”型，在支持瓷柱处作特殊处理，这样不仅缩短了绝缘距离，而
且造成电场局部集中。
3、接点容量不足或接触不良，发热导致开关柜故障：当接点容量不足或接触不良时，该处局部温度升高，严重时烧断该处载流部，引起对地或相间闪弧，造成绝缘闪络。
4、环境条件的影响：开关柜运行的环境条件是导致开关柜发生绝缘闪络的主要原因，大气污染不断加剧，逐渐污染了电力设备的绝缘子、套管及母线。分析多年来污闪事故，总结出发生污闪的原因主要有二：第一（客观存在的）是污秽和潮湿两个因素同时存在于绝缘件的表面，产生污闪的可能性较大。第二（人为原因）是绝缘子串的泄漏距离偏小，不能适应污秽和潮湿的环境。
局部放电是指发生在电极之间但并未贯穿电极的放电，这些微弱的放电产生累积效应会使绝缘的介电性能逐渐劣化、缺陷扩大，最后导致整个绝缘击穿。此外，大多数机械破坏也会导致局部放电的产生。局部放电对电气设备绝缘会产生严重的危害，主要表现在由于放电产生的局部发热、带电粒子的撞击、化学活性生成物以及射线等因素对绝缘材料的损害。这种对绝缘的破坏作用是一个缓慢发展的过程，而且从局部开始，受多种因素影响，对运行中的高压电气设备是一种隐患。
三、局部放电
在开关柜绝缘系统中，各部位的电场强度存在差异，某个区域的电场强度一旦达到其击穿场强时，该区域就会出现放电现象，不过施加电压的两个导体之间并未贯穿整个放电过程，即放电未击穿绝缘系统，这种现象即为局部放电。绝缘介质中电场分布、绝缘的电气物理性能等决定了发生局部放电的条件，一般情况下高电场强度、低电气强度的条件下容易出现局部放电。虽然局部放电通常不会贯通性的击穿绝缘，但是却可能局部损坏电介质，如果长期存在局部放电的现象，则基于特定的条件下会降低绝缘介质的电气强度。由此可见，局部放电属于电气设备中的隐患，其破坏过程体现出缓慢性、长期性的特点。通常局部放电的特性可以较好的印证绝缘缺陷，可以通过局部放电的特性来分析绝缘的局部损坏程度。很大程度上对各种局部放电特性进行综合测量，可以对产品的绝缘水平进行客观的评价。
1电晕放电
通常在气体包围的高压导体周围会出现电晕放电，比如高压输电线路或者高压变压器等，这些高压电气设备的高压接线端子暴露在空气中，因此发生电晕放电的机率相对较大。电晕放电体现出的是典型的、极不均匀电场的特征，也是极不均匀电场下特有的自持放电形式。很多外界因素均会对电晕起始电压产生影响，比如电极的形状、外加电压、气体密度、极间距离以及空的湿度与流动速度等等。 2沿面放电
通常在绝缘介质表面会出现沿面放电的现象。这种局部放电的形式属于特殊的气体放电现象，电力电缆、绝缘套管的端部等位置比较常见沿面放电。一旦介质内部电场的强度低于电极边缘气隙的电场强度，而且介质沿面击穿电压相对较低，沿面放电就会发生在绝缘介质的表面。通常电压波形、电场的分布、空气质量、介质的表面状态、气候条件等均会对沿面放电电压产生影响，所以沿面放电体现出不稳定的特点。 3内部放电
固体绝缘介质内部比较常见内部放电。在生产加工绝缘介质时难免存在材料与工艺缺陷的问题，导致绝缘介质内部出现内部缺陷，比如掺人少量的空气或者杂质等。一旦绝缘受到高压作用，内部缺陷就有发生局部击穿或者重复性击穿的可能。通常介质自身的特性、气隙大小、缺陷的位置与形状、气隙气体的种类等会对内部放电的发生条件产生影响。 4悬浮电位放电
这种局部放电的形式是指高压设备中某个导体部件存在结构设计缺陷，或者其它原因导致接触不良断开，最终造成该部件位于高压电极与低压电极之间并根据其位置的阻抗比获得分压发生放电，针对该导体部件上对地电位称其为悬浮电位。导体具有悬浮电位时，通常其附近的场强会比较集中，而且会破坏四周绝缘介质的形成。一般在电气设备内高电位的金属部件或者处于地电位的金属部件上容易发生悬浮电位放电。
※不同类型的局部放电的特征不一样
※同一类型的局放在不同绝缘介质中放电特征不一样
5、局部放电对绝缘产生的破坏作用可归纳为以下几种基本形式。 1、带电质点的轰击
由电极注入的电子和放电过程电离的电子、正负离子，在电场作用下具有的能量可达l0eV以上，因此，当这些带电质点撞击到气隙壁上时，就可能打断绝缘体的化学键，而产生裂解，破坏绝缘体的分子结构。因此，在带电粒子作用下，介质表面不断腐蚀，形成凹坑并不断加深，最后导致击穿。 2、热效应
在放电点上，介质发热可达很高的温度。解剖经长期放电而尚未击穿的试品，可以看到绝缘材料在放电点上被烧焦炭化或熔化。温度升高会产生热裂解，或促进氧化裂解，同时温度提高会增大介质的电导和损耗，由此产生恶性循环，加速电热老化过程，导致绝缘体破坏。 3、化学生成物
在局部放电过程中会生成许多化学生成物，如臭氧，有水分时产生硝酸、亚硝酸、草酸等，这些生成物进一步与绝缘材料起反应，腐蚀绝缘体，使介电性能劣化。 4、辐射效应
局部放电会产生可见光、紫外线以及X射线和γ射线。紫外线能量较小，只会促使某些基团分解，而X射线和γ射线的能量大，可能会促使主键断裂，使高分子分解为单体。对于某些材料，上述射线会促使分子间的交联，而使材料发脆。
5、机械力的效应
断续爆破性的放电和放电产生的高压力气体，都会使绝缘体开裂，从而形成新的放电点在放电时产生的声波，也会引起机械化学作用。如橡胶通过滚筒滚压韧练，利用机械力将分子链拉断而降低分子量一样，机械振动波也会使高分子裂解为低分子。
以上几种破坏机理往往同时存在，对于不同材料和不同工作条件，可能以其中的某一种为主。显然，工作场强高、气隙大，带电质点的轰击作用大；工作温度高、材料的介质损失大、材料耐热性差，则热效应作用大；对于湿度大或有污染的情况下，放电产生的活性生成物的破坏就更为明显；主要是前三种效应，辐
射效应和机械应力的效应的影响相对比较小。
四、高压开关柜局放检测的重要性
以前相当长一段时间里，对开关柜检修主要是通过DL/T 596《电力设备预防性试验规程》对开关柜所规定的项目和相应的试验周期，定期在停电状态下进行绝缘性能的检查性试验，预防性试验是一种计划性的维修方式。长期的工作经验表明，这样一个维修体系有一定的局限性。
1. 经济角度：定期试验和大修均需停电，造成很大的直接和间接经济损失，增
加工作安排的难度。而且存在失修和过修的情况。 2. 技术角度：
? 停电试验条件不同于设备运行条件。运行时还有诸如热应力等其它因素的影
响，无法在离线时模拟，这样很可能发现不了绝缘缺陷和潜在的故障 ? 绝缘的劣化和缺陷的发展具有统计性，绝缘劣化发展有快有慢，但总有一定
的潜伏的发展时间，在此期间会发出反映绝缘状态变化的各种信息。但预防性试验是定期进行的，经常不能及时准确的发现故障，第一是漏报，第二是误报和早报。
因此对高压成套开关设备的运行状态进行不停电检测(传统方法需停电)具有如下重大意义：
1. 避免开关柜突发事故：开关柜绝缘故障带电检测，能够在开关柜正常运行的
条件下检测其绝缘状况，及时发现早期的绝缘缺陷，避免重大绝缘事故； 2. 实现开关柜绝缘的状态维修：借助开关柜绝缘故障带电检测，可以有的放矢
地进行开关柜维护，避免盲目的停电维修；
3. 提高开关柜检修质量：开关柜在完成现场安装和现场检修后，均需要进行严
格的检测试验。开关柜绝缘故障带电检测能够克服现场条件下试验所受的限制，提供一个新的检测手段，对于保证开关柜检修质量具有重要意义； 4. 提高开关柜检修效率：绝缘故障带电检测的定位功能，能够弥补常规检测方
法不能定位的不足，极大地方便故障点和干扰源的查找，避免反复的停电拆卸和检修，提高试验检修效率；