團(tuán)隊(duì)介紹

國(guó)網(wǎng)天津市電力公司電纜分公司電纜運(yùn)檢北部中心電纜試驗(yàn)班成立于2019年9月，主要從事國(guó)網(wǎng)天津電纜公司轄區(qū)內(nèi)高壓電纜帶電檢測(cè)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(lèi)精尖檢測(cè)設(shè)備，是一支技術(shù)過(guò)硬、敢為人先的帶電檢測(cè)隊(duì)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(cè)、接地電流檢測(cè)、紅外檢測(cè)等帶電檢測(cè)工作。致力于及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜設(shè)備潛在運(yùn)行隱患，降低非計(jì)劃停電次數(shù)，為電纜設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供重要保障。

團(tuán)隊(duì)聯(lián)系人：衛(wèi)文婷

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電纜高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)（上）

1. 局部放電的基礎(chǔ)知識(shí)

在電場(chǎng)作用下，絕緣系統(tǒng)中只有部分區(qū)域發(fā)生發(fā)電，而沒(méi)有貫穿施加電壓的導(dǎo)體之間，即尚未擊穿，這種現(xiàn)象稱(chēng)之為局放放電。對(duì)于被氣體包圍的導(dǎo)體附近發(fā)生的局部放電，可稱(chēng)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(chēng)為內(nèi)部局部放電。

當(dāng)絕緣體局部區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，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(chǎng)強(qiáng)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(guò)程中會(huì)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(huì)出現(xiàn)某些區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度高于平均電場(chǎng)強(qiáng)度，某些區(qū)域的擊穿場(chǎng)強(qiáng)低于平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)，因此在某些區(qū)域就會(huì)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?yàn)闅怏w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(chǎng)下，電場(chǎng)強(qiáng)度的分布反比于介電常數(shù)，在交變電場(chǎng)下，電場(chǎng)強(qiáng)度的分布反比于介電常數(shù)，這就是說(shuō)，如果在液體或固體介質(zhì)中含有氣泡，則氣泡中的電場(chǎng)強(qiáng)度要比周?chē)橘|(zhì)的高，而氣泡的擊穿場(chǎng)強(qiáng)，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(yùn)行的過(guò)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(huì)逐步出現(xiàn)裂縫；或者在運(yùn)行中由于有機(jī)高分子的老化，分解出各種揮發(fā)物；或者在高電場(chǎng)強(qiáng)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(diǎn)上就會(huì)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(chǎng)集中，也會(huì)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(chǎng)集中，也會(huì)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(diǎn)接觸不好，都會(huì)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(chǎng)集中，而且沿面放電的場(chǎng)強(qiáng)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?chē)际菤怏w，由于導(dǎo)體附近的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到了周?chē)髿獾膿舸﹫?chǎng)強(qiáng)，于是就在導(dǎo)體附近出現(xiàn)電暈。

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

1. 局部放電的過(guò)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(huì)在此空間內(nèi)積累，從而改變這一空間的電場(chǎng)，使得放電變成斷續(xù)的過(guò)程，在試品的兩端將會(huì)出現(xiàn)一系列電脈沖。對(duì)于絕緣體內(nèi)部及表面的局部放電過(guò)程是很相似的，而電暈的放電過(guò)程卻有明顯的差別。

2.1 內(nèi)部放電的過(guò)程

在絕緣體內(nèi)部氣隙放電時(shí)，氣隙中電荷的交換和積累目前尚無(wú)法直接測(cè)量，但這種電荷的變化，必然會(huì)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(guò)等效電路予以分析。

以最簡(jiǎn)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(gè)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(lái)表示。由于氣泡中每次放電時(shí)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(hào)在等效電路中的響應(yīng)時(shí)，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(shí)，如果氣泡的電壓沒(méi)有達(dá)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(shí)，氣泡發(fā)生放電，放電過(guò)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(chǎng)作用下遷移到氣泡的壁上，形成了與外加電場(chǎng)方向相反的內(nèi)部電壓-ΔUc，這時(shí)氣泡上的電壓Ur應(yīng)是兩者的疊加，即氣泡上的實(shí)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(dá)Ucb時(shí)，又出現(xiàn)第二次放電。第二次放電過(guò)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(méi)有泄露掉，這時(shí)氣泡中反向電壓為-2ΔUc，又使氣泡上實(shí)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(dá)到Ucb又產(chǎn)生放電。這樣在外加電壓達(dá)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(kāi)始下降，當(dāng)氣隙上的電壓達(dá)到-Ucb，即

-nΔUc+Uc=-Ucb

時(shí)，氣泡又開(kāi)始放電，但此時(shí)放電產(chǎn)生的空間電荷的移動(dòng)方向決定于內(nèi)部空間電荷所建立的電場(chǎng)方向，于是中和掉一部分原來(lái)累積的電荷，使內(nèi)部電壓減少一個(gè)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(dá)到-Ucb時(shí)，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(guò)零時(shí)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(kāi)始一個(gè)新的放電周期。

但在實(shí)際檢測(cè)中測(cè)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(duì)值的上升部分的相位上，只有在放電很劇烈時(shí)，才會(huì)擴(kuò)展到電壓絕對(duì)值下降的部分的相位上，這是因?yàn)閷?shí)際試品中往往存在多個(gè)氣泡同時(shí)放電，或者是只有一個(gè)大氣泡，但每次放電不是整個(gè)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(huì)中和到原來(lái)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(wú)限大的，放電時(shí)氣泡中會(huì)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(huì)出現(xiàn)放電。

2.2 表面局部放電

絕緣體表面的局部放電過(guò)程與內(nèi)部放電過(guò)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(duì)值下降的相位上出現(xiàn)放電。另外因?yàn)殡姌O系統(tǒng)是不對(duì)稱(chēng)的，當(dāng)放電的電極是接高壓，不放電的電極是接地時(shí)，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?yàn)閷?dǎo)體在負(fù)極性時(shí)容易發(fā)射電子，同時(shí)正離子撞擊陰極產(chǎn)生二次電子發(fā)射，使得電極周?chē)鷼怏w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(guò)來(lái)，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?chē)强諝獾那闆r下，氣體中的分子是自由移動(dòng)的，放電產(chǎn)生的帶電質(zhì)點(diǎn)不會(huì)固定在空間的某一位置上，因此放電過(guò)程與上述固體或液體絕緣中含有氣泡的放電過(guò)程不同。以針對(duì)板的電極系統(tǒng)為例，在針尖附近場(chǎng)強(qiáng)最高，當(dāng)外加電壓上升到該處的場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到氣體的擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，在針尖附近就發(fā)生放電，由于在負(fù)極性時(shí)容易發(fā)生電子，同時(shí)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(shí)先出現(xiàn)，這時(shí)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(guò)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(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)又升高到氣體的擊穿場(chǎng)強(qiáng)，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(duì)稱(chēng)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(shí)，在正半周也會(huì)出現(xiàn)少量幅值較大的放電，正負(fù)半周波形是不對(duì)稱(chēng)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(méi)有電的連接，成為一個(gè)浮動(dòng)電位體而產(chǎn)生的感應(yīng)放電。

1. 電纜局部放電檢測(cè)方法

3.1 檢測(cè)步驟

1. 根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)情況選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)試點(diǎn)和傳感器，保持每次測(cè)試點(diǎn)的位置一致，以便于進(jìn)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(kāi)機(jī)后，運(yùn)行監(jiān)測(cè)軟件，檢查主機(jī)與電腦通信狀況、同步狀態(tài)、相位偏移等參數(shù)；

4. 進(jìn)行系統(tǒng)自檢，確認(rèn)各檢測(cè)通道工作正常；

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

6. 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)噪聲水平設(shè)定各通道信號(hào)檢測(cè)閾值；

7. 開(kāi)始測(cè)試，打開(kāi)連接傳感器的檢測(cè)通道，觀察檢測(cè)到的信號(hào)。測(cè)試時(shí)間不少于60秒；

8. 如果發(fā)現(xiàn)信號(hào)無(wú)異常，保存數(shù)據(jù)，退出并改變檢測(cè)位置繼續(xù)下一點(diǎn)檢測(cè)；如果發(fā)現(xiàn)信號(hào)異常，則延長(zhǎng)檢測(cè)時(shí)間并記錄3組數(shù)據(jù)，進(jìn)入異常診斷流程。

9. 對(duì)于異常的檢測(cè)信號(hào)，可以使用診斷型儀器進(jìn)行進(jìn)一步的診斷分析，也可以結(jié)合其它檢測(cè)方法進(jìn)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(cè)量信號(hào)是否具備典型放電圖譜特征或與背景或其他測(cè)試位置有明顯不同，若具備，繼續(xù)如下分析和處理：

同一類(lèi)設(shè)備局部放電信號(hào)的橫向?qū)Ρ取Ｏ嗨圃O(shè)備在相似環(huán)境下檢測(cè)得到的局部放電信號(hào)，其測(cè)試幅值和測(cè)試譜圖應(yīng)相似，同一變電站內(nèi)的同類(lèi)設(shè)備也可以作類(lèi)似橫向比較；

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

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

必要時(shí)，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(duì)被測(cè)設(shè)備進(jìn)行綜合分析。

對(duì)于具有等效時(shí)頻譜圖分析功能的高頻局放檢測(cè)儀器，應(yīng)將去噪聲和信號(hào)分類(lèi)后的單一放電信號(hào)與典型局部放電圖譜相類(lèi)比，可以判斷放電類(lèi)型、嚴(yán)重程度、放電信號(hào)遠(yuǎn)近等。對(duì)于異常和缺陷信號(hào)，要結(jié)合測(cè)試經(jīng)驗(yàn)和其它試驗(yàn)項(xiàng)目測(cè)試結(jié)果進(jìn)行危險(xiǎn)性評(píng)估。

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