CN108519546A - 一种检测高压设备局部放电的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电力设备检测技术领域，尤其涉及一种检测高压设备局部放电的方法和系统。本发明提供了一种检测高压设备局部放电的方法，包括：S1：检测高压设备中是否产生碱式硝酸铜，若是，则高压设备发生局部放电。本发明以碱式硝酸铜为特征量，检测高压设备是否发生局部放电，只需要采集少量高压设备内的铜腐蚀产物粉末进行测量，不受现场环境干扰，准确度高，对操作人员要求低，并且停电时间短，成本低，不需要在检测现场布置探头，无需购置现场检测设备等。

Description

一种检测高压设备局部放电的方法和系统
技术领域
本发明属于电力设备检测技术领域，尤其涉及一种检测高压设备局部放电的方法和系统。
背景技术
高压设备绝缘中的某些薄弱部位在高电场作用下发生局部放电是高压绝缘中普遍存在的问题，在一定条件下，将导致绝缘的劣化，甚至击穿。及时地检测出设备存在的局部放电，将有助于发现潜伏性的故障，避免突发事故的发生。
高压设备在制造、配送、安装、运行和检修等过程中，不可避免地会造成柜内出现各种绝缘缺陷，例如在制造时容易使导体留下金属毛刺、在运输过程中容易导致零件的松动或接触性能变差、导体与支撑绝缘子剥离形成的气隙以及检修后残留在腔体内的金属微粒等。这些绝缘缺陷在高压设备的运行过程中容易引起电场畸变，从而发生局部放电。若不及早发现高压设备内的局部放电而任其发展至严重程度，最终将导致柜内绝缘破坏而引发安全事故，严重影响电网的安全稳定运行。
局部放电的过程中往往伴随着电、声、光和热等信号的产生，并会导致高压设备内充盈的气体发生分解，因此高压设备局部放电检测方法都是检测这些放电现象的物理量，并对其进行分析，提取特征量，继而对柜内的局部放电情况和绝缘状态进行评估。根据局部放电过程中所产生的各种外在放电现象，相应的出现了脉冲电流法、特高频法、暂态地电压法、射频检测法、超声波检测法、光学检测法和气体分析法等检测方法。
脉冲电流法采用电容传感器检测局部放电的视在放电量，虽然这种方法在局部放电源未知的情况下，可以很好的测量其放电量，但是，该方法测量得到的视在放电量很少与真正的绝缘缺陷下局部放电电流脉冲密切相关。因此，脉冲电流法不适用于工程现场高压设备设备的局部放电在线监测，只能作为一种的辅助检测手段，用于实验室科学研究中对局部放电进行定量检测。
局部放电的现场检测环境一般都存在各种电磁干扰，通过电磁信号进行局部放电检测的方法需区分现场环境信号和检测信号。特高频法检测频段大致位于300MHz～3000MHz，可有效区分现场干扰信号，因此特高频具有灵敏度高，抗干扰能力强的特点。特高频传感器一般安置于高压设备外部，通过提取传感器采集的时间信号差，可计算出局部放电源的位置。通过对特高频信号进行分析提取还可实现对设备故障严重程度的估算。但是，特高频电磁信号在高压设备内存在折反射现象，使得电磁信号能量衰减，严重时还会导致电磁信号的畸变，使波形失真，进而导致无法准确获取故障的原始波形信号。虽然国内外针对采用特高频法进行放电量的标定开展了一些研究，但仍没有完全解决放电量的标定问题。
在高压电气设备发生局部放电时不仅会发生电磁脉冲，还会产生电压脉冲，此电压为暂态对地电压(Transient Earth Voltage,TEV)，可通过检测此电压实现对高压设备的局部放电信号监测。然而暂态对地电压频率一般分布在3MHz～100MHz，属于低频段位，因此容易受到现场电磁环境的干扰，抗干扰能力较差，而且该检测结果只是以暂态对地电压为依据，判据比较单一，检测结果不是很可靠。
射频检测法较为常用的传感器是Rogowski线圈电流传感器、电容传感器和射频天线传感器。射频检测法不仅能定性地检测是否有局部放电的发生，还能定量地检测放电强度，但测试频带较宽为1MHz～30MHz，属于低频段位，容易受到现场电磁环境的干扰，抗干扰能力较差。
超声波检测法中，超声波信号在通过两种材料的边界时会产生反射，且当入射角超过一定角度时还会发生全反射，故使用超声波法检测局部放电时其检测灵敏度往往取决于声波信号的传播介质及传播途径，在实际应用时需通过设置尽量多的检测点，以便找到能够有效接收信号的部位，检测时必须保持传感器与设备表面稳定接触，结合界面需使用声耦合剂，要求操作人员具有较丰富的测试经验。
光学检测法中，光学传感器可接收局部放电作用产生的光信号，将光信号通过光电转化器可转换为电信号，对电信号进行放大，分析处理可实现局部放电信号的检测。由于光信号不受现场电磁环境的干扰，与前述方法相比具有很强抗电磁干扰能力。但高压设备属于半开放型设备，外界自然光以及现场的日光灯光可进入设备内部，影响其检测性能。
高压设备通常采用气体作为绝缘介质，当发生局部放电时，气体绝缘介质在电子碰撞作用下发生复杂的化学反应，产生一些特定的气体成分。通过检测气体绝缘介质分解后气体浓度、放电量、产气速率等分解特性，从而可判断设备内部局部放电状况。由于气体分析法的检测对象是气体，不存在电磁干扰问题。常见的气体分析法有气体传感器法、检测管法、红外吸收光谱法、离子色谱法、气相色谱法等方法。但是高压设备属于半开放型设备，气体会扩散，从而影响气体分析法的测试结果。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种检测高压设备局部放电的方法和系统，用于解决现有检测方法受环境影响大，检测结果不可靠，对操作人员要求高等问题。
本发明的具体技术方案如下：
一种检测高压设备局部放电的方法，包括：
S1：检测高压设备中是否产生碱式硝酸铜，若是，则高压设备发生局部放电。
开关柜和环网柜是常见的输配电设备，在输配电过程中起着控制或保护用电设备的作用。开关柜和环网柜内包含了隔离开关、断路器和相关的保护装置，当电力系统出现故障时可以通过开关柜和环网柜内的隔离开关断开相互连接的设备，保护了连接的电力设备的同时，也保护了电力操作人员的安全。高压设备优选为开关柜和/或环网柜，开关柜优选为空气开关柜。
空气放电的本质是带电粒子、气体分子以及电极表面相互碰撞的结果。空气中的带电粒子在电场的作用下加速获得能量碰撞氮气和氧气，打破N-N三键和O-O键，碰撞电离出单个O原子和N原子，继而与其他粒子进一步反应可生成多种中性分子。
局部放电能量较大，在高电场的作用下空气的成分N2、O2、HO2以及CO2分解成单个O原子、N原子、OH基以及CO，其分解过程主要为：
O2+e→O+O+e
O3+e→O2+O+e
N2+e→N+N+e
HO2+e→O+OH+e
CO2+e→CO+O+e
上述反应生成的N原子、O原子、OH基以及CO扩散到气室区，与空气中的其他气体成分发生复杂的化学反应，生成多种稳定的组分。O自由基活性较高，与O2可进一步合成O3。N自由基不稳定，容易被氧化成过渡中间产物NO，NO继续被氧化为较为稳定的NO2。最主要反应方程如下：
O+O2+M→O3+M
N2+O→NO+N
N+O2→NO+O
N+O3→NO+O2
NO+O3→NO2+O2
NO2+O3→NO3+O2
NO+NO3→2NO2
NO2+NO3→N2O5
N2O5→NO2+NO3
空气存在湿度含有一定量的H2O，NO2与H2O反应会生成酸性极强的HNO3，腐蚀高压设备内绝缘材料，加速绝缘性能劣化。高压设备如开关柜和/或环网柜中的铜排、开关触头及刀闸触头等铜及铜合金与硝酸反应生成碱式硝酸铜，化学反应式如下：
2NO2+H2O→HNO3+HNO2
碱式硝酸铜是高压设备如空气开关柜和环网柜在潮湿空气局部放电后铜构件发生腐蚀的特有产物，本发明通过检测碱式硝酸铜判断高压设备如开关柜和/或环网柜是否发生局部放电。
优选的，S1之后还包括：
S2：检测所述碱式硝酸铜的含量，根据所述碱式硝酸铜的含量测定所述高压设备的局部放电量。
优选的，所述检测高压设备中是否产生碱式硝酸铜具体为：
通过硝酸银比色法、能谱分析法、X射线衍射分析法和离子色谱法中的一种或多种检测所述高压设备中是否产生所述碱式硝酸铜。
优选的，所述检测所述碱式硝酸铜的含量具体为：
通过X射线衍射分析法和/或离子色谱法检测所述碱式硝酸铜的含量。
硝酸银比色法、能谱分析法、X射线衍射分析法和/或离子色谱法能够对碱式硝酸铜进行定性检测，X射线衍射分析法和/或离子色谱法能够对碱式硝酸铜进行定量检测；
优选的，S1之前还包括：
S2：采集所述高压设备中的绿色粉末，所述绿色粉末为待检测物。
碱式硝酸铜为绿色，待检测物非常容易辨别和采集。
硝酸银比色法检测高压设备中是否产生碱式硝酸铜包括以下步骤：
用盐酸溶解待检测物形成待测液体，将硝酸银检测试纸的反应端浸入待测液体中1s～3s后取出，静置10s后取标准比色卡对比。
本发明还提供一种检测高压设备局部放电的系统，包括：第一检测模块；
所述第一检测模块用于检测高压设备中是否产生碱式硝酸铜，若是，则高压设备发生局部放电。
优选的，还包括：第二检测模块；
所述第二检测模块用于检测所述碱式硝酸铜的含量，根据所述碱式硝酸铜的含量测定高压设备的局部放电量。
优选的，所述第一检测模块具体用于通过硝酸银比色法、能谱分析法、X射线衍射分析法和离子色谱法中的一种或多种检测高压设备中是否产生碱式硝酸铜。
优选的，所述第二检测模块具体用于通过X射线衍射分析法和/或离子色谱法检测所述碱式硝酸铜的含量。
优选的，还包括：采集模块；
所述采集模块用于采集高压设备中的绿色粉末，所述绿色粉末为待检测物。
综上所述，本发明提供了一种检测高压设备局部放电的方法，包括：S1：检测高压设备中是否产生碱式硝酸铜，若是，则高压设备发生局部放电。本发明以碱式硝酸铜为特征量，检测高压设备是否发生局部放电，只需要采集少量高压设备内的铜腐蚀产物粉末进行测量，不受现场环境干扰，准确度高，对操作人员要求低，并且停电时间短，成本低，不需要在检测现场布置探头，无需购置现场检测设备等。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例中待检测物1的扫描电镜图；
图2为本发明实施例中待检测物1的能谱图；
图3为本发明实施例中待检测物1的XRD测试结果图；
图4为本发明实施例中待检测物2的XRD测试结果图；
图5为本发明实施例提供的一种检测高压设备局部放电的系统的一个实施例的流程图；
附图说明：101.第一检测模块；102.第二检测模块；103.采集模块。
具体实施方式
本发明提供了一种检测高压设备局部放电的方法和系统，用于解决现有检测方法受环境影响大，检测结果不可靠，对操作人员要求高等问题。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了进一步理解本发明，下面结合具体实施例对本发明进行详细阐述。
实施例1
本实施例采集开关柜中的绿色铜腐蚀产物，得到待检测物1。请参阅图1，为本发明实施例中待检测物1的扫描电镜图。将图1矩形区域的待检测物1通过能谱分析法进行分析，结果请参阅图2和表1，分别为本发明实施例中待检测物1的能谱图和能谱测试结果，结果表明待检测物1中含有氧元素、铜元素、氮元素、碳元素、镁元素、铁元素、硅元素、铝元素和钙元素。再将本发明实施例中待检测物1通过X射线衍射(XRD)分析法进行检测分析，结果请参阅图3，为本发明实施例中待检测物1的XRD测试结果图，结果表明待检测物1中含有碱式硝酸铜和氧化亚铜。
表1绿色铜腐蚀产物EDS(能谱仪)测试结果
元素 O Cu N C Mg Fe Si Al Ca
含量/％ 48.50 33.06 9.52 5.22 1.22 0.73 0.69 0.54 0.52
实施例2
本实施例采集开关柜中的绿色铜腐蚀产物，得到待检测物2。将本发明实施例中待检测物2通过X射线衍射分析法进行检测分析，结果请参阅图4，为本发明实施例中待检测物2的XRD测试结果图，结构表明待检测物2中含有碱式硝酸铜。
实施例3
本实施例开展了空气局部放电分解实验，采集了空气电离实验后的液体进行离子色谱分析，结果如表2所示。因空气局部放电模拟分解气室之前用来做过六氟化硫气体分解气室，故而残留有硫酸根和氟离子，除去此干扰因素，表2结果表明空气电离实验后的液体主要是碳酸根离子、硝酸根离子以及亚硝酸根离子，本实施例证实了本发明检测高压设备局部放电的方法的可行性。
表2空气电离实验后的液体离子色谱分析结果
NO2 - NO3 - F- CO3 2- SO4 2-
mg/L 0.291 12.806 29.366 l7.465 1.211
实施例4
本发明实施例对一种检测高压设备局部放电的系统的一个实施例进行详细的描述。
请参阅图5，为本发明实施例提供的一种检测高压设备局部放电的系统的一个实施例的流程图。
检测高压设备局部放电的系统，包括：第一检测模块101；
第一检测模块101用于检测高压设备中是否产生碱式硝酸铜，若是，则高压设备发生局部放电。
进一步的，还包括：第二检测模块102；
第二检测模块102用于检测碱式硝酸铜的含量，根据碱式硝酸铜的含量测定高压设备的局部放电量。
进一步的，第一检测模块101具体用于通过硝酸银比色法、能谱分析法、X射线衍射分析法和离子色谱法中的一种或多种检测高压设备中是否产生碱式硝酸铜。
进一步的，第二检测模块102具体用于通过X射线衍射分析法和/或离子色谱法检测碱式硝酸铜的含量。
进一步的，还包括：采集模块103；
采集模块103用于采集高压设备中的绿色粉末，绿色粉末为待检测物。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种检测高压设备局部放电的方法，其特征在于，包括：
S1：检测高压设备中是否产生碱式硝酸铜，若是，则高压设备发生局部放电。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1之后还包括：
S2：检测所述碱式硝酸铜的含量，根据所述碱式硝酸铜的含量测定所述高压设备的局部放电量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测高压设备中是否产生碱式硝酸铜具体为：
通过硝酸银比色法、能谱分析法、X射线衍射分析法和离子色谱法中的一种或多种检测所述高压设备中是否产生所述碱式硝酸铜。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述检测所述碱式硝酸铜的含量具体为：
通过X射线衍射分析法和/或离子色谱法检测所述碱式硝酸铜的含量。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1之前还包括：
S2：采集所述高压设备中的绿色粉末，所述绿色粉末为待检测物。
6.一种检测高压设备局部放电的系统，其特征在于，包括：第一检测模块；
所述第一检测模块用于检测高压设备中是否产生碱式硝酸铜，若是，则高压设备发生局部放电。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括：第二检测模块；
所述第二检测模块用于检测所述碱式硝酸铜的含量，根据所述碱式硝酸铜的含量测定高压设备的局部放电量。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第一检测模块具体用于通过硝酸银比色法、能谱分析法、X射线衍射分析法和离子色谱法中的一种或多种检测高压设备中是否产生碱式硝酸铜。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第二检测模块具体用于通过X射线衍射分析法和/或离子色谱法检测所述碱式硝酸铜的含量。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括：采集模块；
所述采集模块用于采集高压设备中的绿色粉末，所述绿色粉末为待检测物。
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