1.1 概述
现阶段,我国电力系统对于电能的质量提出越来越高的要求,不仅要确保供电稳定,而且供电的安全性也是重要要求。电力系统中,金属封闭开关设备得到广泛应用,因此开关柜运行的是否稳定是重中之重,电气设备在运行的过程中由于受到高温、电压、振动以及其他化学作用,将会使得其绝缘性能降低,会产生局部放电现象,同时又会加速绝缘的恶化情况,会给电力系统造成较大的经济损失。但是,由于开关柜内部空间狭小、零件繁多、结构复杂,绝缘距离小,因此比其它电力设备更容易出现绝缘缺陷,从而对设备安全运行带来巨大隐患。
高压电气设备的绝缘内部如气泡间隙、杂质、尖刺等缺陷,在电场作用下使得开关柜绝缘内部的电场分布不均匀,在缺陷部位的电场度会增大,从而容易导致该部位发生未贯穿整个绝缘的放电,即局部放电。
局部放电一般不会引起开关柜内部绝缘的穿透性击穿,但是却会导致绝缘介质的局部损坏。若其长期存在,则会在一定条件下造成绝缘装置电气度的破坏,终造成开关柜内部绝缘击穿。因而对于电气设备而言,电气设备发生局部放电现象是导致其绝缘老化或劣化甚至损坏从而引发设备损毁及电力系统事故的重要原因之一,同时局部放电也是设备绝缘完整性退化的标志。因此对电气设备的局部放电进行监检测是评估设备绝缘状况的重要手段,也是发现设备潜伏性故障,终实现故障预警,避免故障发生的有效措施之一。
NY-PD1000型高压开关柜局部放电监测装置通过检测伴随局部放电而产生的电磁波辐射并自动确定现场局部放电的实际检测频率,随后将检测的局部放电的放电次数和放电频次上传至服务器。
1.2 引用标准
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
GB/T 7354-2003局部放电测量;
GB 50150 电气装置安装工程电气设备交接试验标准
GB3906-1991 3~35kV交流金属封闭式开关设备
GB/T16927.1-1997 高电压试验技术 一般试验要求
GB/T16927.2-1997 高电压试验技术 试验程序
GB/T 4208 外壳防护等级(IP代码)
GB/T 17626 电磁兼容试验和测量技术
GB/T 2423 电工电子产品环境试验
GB 2421 电工电子产品基本环境试验规程
GB 11022 高压开关设备通用技术条件
DL/T 356-2010局部放电测量仪校准规范
DL/T 417-2006电力设备局部放电现场测量导则
DL/T404-1997 户内交流高压开关柜订货技术条件
Q/CSG1 0007-2004 电力设备预防性试验规程
1.3 术语和定义
1.3.1 局部放电 partial discharge
局部放电在本标准中指的是发生在开关柜内部绝缘结构中局部区域的现象,包括绝缘表面和绝缘内部的放电。在本标准中的局部放电范畴包括导体表面电晕、绝缘表面爬电及内部气隙放电等类型,属于广义概念。根据局部放电的特征又可分为持续性放电和间隙性放电。
1.3.2 持续性放电 Durative discharge
持续性局部放电指的是放电信号持续发生并向外部传播,没有明显的沉寂周期。
1.3.3 间歇性放电 Intermit discharge
间歇性局部放电指的是放电发展过程中有较为明显的放电停滞期,在停滞期间没有可测的局部放电信号。
1.3.4 地电波法 Transient Earth Voltages(TEV)bbbbbb
通过测试局部放电的电磁波特征感应在开关柜金属外壳表面而产生的瞬间对地电位的方法称为地电波法。地电波信号的产生需要途径金属缝隙由内向外传播。因此,该方法对完全金属封闭的设备部件不适用。
1.3.5 在线监测 Online monitoring
在设备运行状态下,通过内置或外置传感器,连续或定时地自动测量设备内部可能发生的绝缘缺陷。通常,监测系统长期在线运行,无需人为参与,自动完成检测、通讯和存储等功能。在线监测期间传感器探头不可移动。
1.3.6 背景噪声 Background noise
指的是在在线监测中测试到的非被测试设备产生的信号,主要包括测试系统中的白噪声、广播、驱鼠器、某些型号的日光灯、保护电子控制装置、地网耦合干扰以及其他的连续或脉冲干扰信号。
2 技术原理
2.1 局部放电基本概念和原理
绝缘介质内部含有一个气隙时的放电情况是简单的,如图2.1(a)所示。图中c代表气隙,b是与气隙串联部分的介质,a是除了b之外其他部分的介质。假定这一介质是处在平行板电极之中,在交流电场作用下气隙和介质中的放电过程可以用图2.l(b)所示的等效电路来分析。
假定在介质中的气隙是扁平状而且是与电场方向相垂直,则按电流连续性原理可得
(2.1)
式中、分别气隙和介质上的电压, 、分别为气隙和介质的等效电导 。工频电场中若和均小于10-11(W·m)-1,则气隙和b部分绝缘上的电压的数值关系可简化为
(2.2)
式中、分别为气隙和绝缘介质的相对介电常数,气隙和介质中的电场度Ec、Eb 的关系为
(2.3)
由式(2.3)可见:
(1) 气隙放电在工频电场中气隙中的电场度是介质中电场度的倍。通常情况下,而,即气隙中的场要比介质中的高,而另一方面气体的击穿场一般都比气体的击穿场低,因此,在外加电压足够高时,气隙首先被击穿,而周围的介质仍然保持其绝缘特性,电极之间并没有形成贯穿性的通道。
(2) 油隙放电在液体和固体的组合绝缘结构中,如油纸电缆、油纸电容器、油纸套管等,由于在制造中采取了真空干燥浸渍等工艺,可以使绝缘体中基本上不含有气隙,但却不可避免地存在着充满绝缘油的间隙,这些油的介电常数通常也比固体介质为小,而击穿场又比固体介质为低,因此,在油隙中也会发生局部放电,不过与气隙相比要在高得多的电场度下才会发生。
(3) 在介质中极不均匀电场分布的情况下,即使在介质中不含有气隙或油隙,只要是介质中的电场分布是极不均匀的,也就可能发生局部放电。例如埋在介质中的针尖电极或电极表面上的毛刺,或其它金属屑等异物附近的电场度要比介质中其他部位的电场度高得多。当此处局部电场度达到介质本征击穿场时,则介质局部击穿而形成了局部放电。
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