基于電磁波檢測(cè)的局部放電檢測(cè)技術(shù)探討

孫西方，梁 英

（臨汾供電分公司，山西 臨汾 041000）

基于電磁波檢測(cè)的局部放電檢測(cè)技術(shù)探討

孫西方，梁 英

（臨汾供電分公司，山西 臨汾 041000）

高壓開關(guān)柜是電力系統(tǒng)中重要的電氣設(shè)備，隨著傳感器技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)的發(fā)展，使得高壓開關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患，并對(duì)累計(jì)性故障預(yù)測(cè)成為可能，提出一種基于電磁波檢測(cè)的暫態(tài)對(duì)地電壓檢測(cè)法，探討了高壓開關(guān)柜局部放電檢測(cè)的方法及定位。

開關(guān)柜；局部放電；檢測(cè)

0 引言

高壓開關(guān)柜是城市配電網(wǎng)中重要的基礎(chǔ)設(shè)施，其運(yùn)行的穩(wěn)定性直接影響到城市供電的可靠性，因此，對(duì)高壓開關(guān)柜的可靠性提出了更高的要求。

高壓開關(guān)柜設(shè)備內(nèi)部絕緣部分的缺陷或劣化，導(dǎo)電連接部分的接觸不良都使其安全運(yùn)行受到威脅。根據(jù)1989年—1992年間全國(guó)電力系統(tǒng)6～10kV開關(guān)柜事故統(tǒng)計(jì)，絕緣和載流引起的故障占總數(shù)的40.2%，其中由于絕緣部分的閃絡(luò)造成的事故占絕緣事故總數(shù)的79.0%，而由于隔離插頭接觸不良造成的事故占載流事故總數(shù)的71.1%[1]。由此可見，迫切需要對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行定期的在線檢測(cè)或者長(zhǎng)期的在線監(jiān)測(cè)，及時(shí)反映電力設(shè)備運(yùn)行狀況，如絕緣等的劣化程度，以便采取預(yù)防措施，避免停電事故發(fā)生。

1 高壓電力設(shè)備局部放電現(xiàn)象

電力設(shè)備絕緣介質(zhì)在足夠強(qiáng)的電場(chǎng)作用下局部范圍內(nèi)發(fā)生的放電稱為局部放電。這種放電以僅造成導(dǎo)體間的絕緣局部短接而不形成導(dǎo)電通道為限。局部放電可能發(fā)生在固體絕緣的空穴中、液體絕緣的氣泡中、具有不同特性的絕緣層之間，以及金屬（或半導(dǎo)電）電極的尖銳邊緣處。

當(dāng)材料中含有氣隙時(shí)，由于其介電常數(shù)和電導(dǎo)率都很小，氣體中的電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)比固體介質(zhì)中高，而通常情況下氣體的擊穿場(chǎng)強(qiáng)比固體介質(zhì)低得多。因此，往往在氣隙的部位產(chǎn)生局部放電。電力設(shè)備中的局部放電雖然僅限于局部范圍，但每一次放電對(duì)絕緣介質(zhì)都會(huì)有一些影響，這樣就會(huì)造成電介質(zhì)絕緣強(qiáng)度逐步下降。通常，輕微的局部放電對(duì)介質(zhì)的影響較小，絕緣強(qiáng)度的下降過程較緩慢；而強(qiáng)烈的局部放電對(duì)介質(zhì)的影響較大，絕緣強(qiáng)度很快下降，這是造成高壓絕緣損壞的重要因素。

設(shè)計(jì)高壓電力設(shè)備絕緣時(shí)，要考慮在長(zhǎng)期工作電壓的作用下，不允許絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)生較強(qiáng)烈的局部放電。運(yùn)行中的電力設(shè)備同樣要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，當(dāng)局部放電超過一定程度時(shí)，應(yīng)將設(shè)備退出運(yùn)行，進(jìn)行檢修或更換。

2 開關(guān)柜局部放電檢測(cè)

開關(guān)柜產(chǎn)生局部放電會(huì)發(fā)生聲、光、電、熱等物理和化學(xué)變化。這些特征都可作為局部放電檢測(cè)信號(hào)的傳感對(duì)象。目前，國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)的檢測(cè)方法有以下兩種。

脈沖電流法。通過檢測(cè)阻抗接入到測(cè)量回路中來(lái)檢測(cè)。檢測(cè)開關(guān)柜接地線由于局部放電引起的脈沖電流，獲得視在放電量。脈沖電流法是研究最早、應(yīng)用最廣泛的一種檢測(cè)方法，但其自身存在很多問題，如抗干擾能力差、測(cè)量頻率低、頻帶窄、包含的信息量少等。

光測(cè)法。利用局放產(chǎn)生的光輻射進(jìn)行檢測(cè)，但是由于光測(cè)法設(shè)備復(fù)雜昂貴、靈敏度低，且需要被檢測(cè)物質(zhì)對(duì)光是透明的，因而在實(shí)際中無(wú)法應(yīng)用。

鑒于以上方法的種種缺陷，在生產(chǎn)實(shí)踐中并不能得到廣泛應(yīng)用。本文提出一種基于電磁波檢測(cè)的暫態(tài)對(duì)地電壓TEV（Transient Earth Voltage）檢測(cè)法。

2.1 TEV檢測(cè)法

當(dāng)高壓電氣設(shè)備發(fā)生局部放電時(shí)，放電電量先聚集在與放電點(diǎn)相鄰的接地金屬部分，形成電磁波并向各個(gè)方向傳播，對(duì)于內(nèi)部放電，放電電量聚集在接地屏蔽的內(nèi)表面，如果屏蔽層是連續(xù)時(shí)無(wú)法在外部檢測(cè)到放電信號(hào)。實(shí)際上，屏蔽層通常在絕緣部位、墊圈連接處、電纜絕緣終端等部位出現(xiàn)破損而導(dǎo)致不連續(xù)，這樣，高頻電磁信號(hào)就會(huì)傳輸?shù)皆O(shè)備外層。

通過放電產(chǎn)生的電磁波通過金屬箱體的接縫處或氣體絕緣開關(guān)的襯墊傳播出去，同時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)暫態(tài)電壓，通過設(shè)備的金屬箱體外表面而傳到地下去。這些電壓脈沖是由Dr John Reeves首先發(fā)現(xiàn)，并把它命名為暫態(tài)對(duì)地電壓TEV（Transient Earth Voltage）。TEV檢測(cè)法原理如圖1所示。

圖1 TEV檢測(cè)原理圖

2.2 定位方法

研究發(fā)現(xiàn)，局部放電產(chǎn)生的TEV信號(hào)的大小與局部放電的激烈程度及放電點(diǎn)的遠(yuǎn)近有直接關(guān)系。可以利用專門的傳感器進(jìn)行檢測(cè)。為了簡(jiǎn)單明了，用相對(duì)讀數(shù)（dB）來(lái)描述局部放電活動(dòng)程度。通過檢測(cè)局部放電產(chǎn)生的TEV信號(hào)，不僅可以對(duì)運(yùn)行中的開關(guān)柜內(nèi)的設(shè)備局部放電狀況進(jìn)行定量測(cè)試，而且可以通過同一放電源到不同探測(cè)器的時(shí)間差異對(duì)局部放電源進(jìn)行定位。

2.3 數(shù)據(jù)判斷方法

檢測(cè)“暫態(tài)對(duì)地電壓”在原理上是一種比較性的檢測(cè)技術(shù)。某個(gè)開關(guān)柜上的檢測(cè)結(jié)果應(yīng)與其他同類型的開關(guān)柜所檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，或與開關(guān)柜本身以前的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。如果檢測(cè)的數(shù)據(jù)比其他同型號(hào)開關(guān)柜大，或者比以前的結(jié)果大，就說明該開關(guān)柜存在放電活動(dòng)，進(jìn)而推斷故障的可能性。推斷需要了解開關(guān)柜的故障統(tǒng)計(jì)分析，尤其是這種故障形成的機(jī)理。例如，如果檢測(cè)到某開關(guān)柜的放電活動(dòng)逐步加強(qiáng)，就必須開始采取相應(yīng)的措施；如果發(fā)現(xiàn)放電活動(dòng)使開關(guān)柜運(yùn)行狀況急劇惡化，就必須馬上對(duì)其停電檢查，如果該開關(guān)柜不需立即送電，應(yīng)馬上更換存在缺陷的部分才能送電。

不要將開關(guān)柜長(zhǎng)時(shí)間轉(zhuǎn)冷備用狀態(tài)，盡管已斷開高壓電源，但故障設(shè)備絕緣材料會(huì)吸入潮氣，造成熱不穩(wěn)定性，可能在下次送電的時(shí)候發(fā)生故障。

如果開關(guān)柜從未發(fā)生過故障或根本無(wú)故障歷史數(shù)據(jù)可參考，可根據(jù)其他相同類型設(shè)備的數(shù)據(jù)幫助分析。

每當(dāng)出現(xiàn)開關(guān)柜由于放電活動(dòng)而導(dǎo)致故障的情況時(shí)，就有必要對(duì)其他所有類似開關(guān)柜進(jìn)行檢查。由于開關(guān)柜局部放電檢測(cè)定位技術(shù)可帶電進(jìn)行測(cè)量，操作快速簡(jiǎn)便，很適合進(jìn)行這樣的試驗(yàn)，有助于判斷開關(guān)柜運(yùn)行情況并以此安排檢修計(jì)劃。要有效做到這一點(diǎn)，還須滿足以下條件，即故障是由放電活動(dòng)引起的，放電信號(hào)強(qiáng)度應(yīng)大于環(huán)境背景噪聲，設(shè)備開始放電到發(fā)生故障是經(jīng)過一定的時(shí)間的，測(cè)量時(shí)設(shè)備還在發(fā)生放電活動(dòng)，放電測(cè)量結(jié)果與實(shí)際故障相吻合。

開關(guān)柜局部放電檢測(cè)定位技術(shù)主要用于進(jìn)行比較性的測(cè)量。因此，需要有相當(dāng)?shù)脑O(shè)備運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)才能根據(jù)該技術(shù)檢測(cè)結(jié)果分析出設(shè)備絕緣材料還能維持運(yùn)行多長(zhǎng)時(shí)間。記錄下每次設(shè)備故障的詳細(xì)情況，有助于分析判斷放電活動(dòng)對(duì)設(shè)備的影響。

現(xiàn)場(chǎng)主要使用以下三種方法來(lái)對(duì)開關(guān)柜是否存在局部放電現(xiàn)象進(jìn)行判斷。

橫向比較法。是對(duì)同一個(gè)開關(guān)室內(nèi)同類開關(guān)柜的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較，當(dāng)某一開關(guān)柜個(gè)體的測(cè)試結(jié)果比其他同類開關(guān)柜的測(cè)試結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)背景值均大時(shí)，此設(shè)備就具有存在缺陷的可能性。這種方法也稱為曲線法，是最為常用的一種方法。

縱向比較法。就是對(duì)同一開關(guān)柜不同時(shí)間的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，從而比較分析得出開關(guān)柜的運(yùn)行狀況。需要電力工作人員周期性地對(duì)開關(guān)室內(nèi)開關(guān)柜進(jìn)行檢測(cè)，并將每次檢測(cè)的結(jié)果存檔備份，以便于分析不同時(shí)間內(nèi)設(shè)備局部放電狀態(tài)的變化，從而判斷設(shè)備的運(yùn)行狀況。

數(shù)據(jù)判斷法。根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，得出了開關(guān)柜局部放電檢測(cè)數(shù)據(jù)判斷閥值。數(shù)據(jù)判斷法詳見表1。其中，PDL為檢測(cè)開關(guān)柜局部放電所使用的檢測(cè)終端，P為使用開關(guān)柜局部放電檢測(cè)終端所檢測(cè)到的開關(guān)柜局部放電數(shù)值。

表1 測(cè)試數(shù)據(jù)判斷法

3 檢測(cè)實(shí)例

2009年10月26日—27日，臨汾供電分公司利用該檢測(cè)技術(shù)分別對(duì)110kV隆化、220kV赤鄧、220kV明姜變電站內(nèi)35kV高壓室內(nèi)開關(guān)柜進(jìn)行了局放檢測(cè)，測(cè)試與判斷如下。

3.1 檢測(cè)部位

測(cè)試過程中選擇局部放電容易發(fā)生的位置進(jìn)行檢測(cè)，如母排（連接處、穿墻套管，支撐絕緣件）、開關(guān)刀閘，電纜接頭等位置，主要位置如開關(guān)柜前面板中部及下部，后面板、側(cè)面板的上部、中部及下部。如有條件，則會(huì)對(duì)開關(guān)室內(nèi)母線橋架進(jìn)行檢測(cè)。

3.2 檢測(cè)結(jié)果

3.2.1 110 kV隆化變電站35 kV開關(guān)柜

110 kV隆化變電站共測(cè)試了9面3 5 k V開關(guān)柜，局放檢測(cè)圖譜如下圖2所示。

圖2 110 kV隆化變電站35 kV開關(guān)柜局放測(cè)試圖譜

測(cè)試發(fā)現(xiàn)400柜的暫態(tài)地電壓檢測(cè)數(shù)據(jù)非常明顯，最大幅值為58dB。初步判斷為該柜上部母線積灰過多產(chǎn)生局部放電。473柜的暫態(tài)地電壓檢測(cè)數(shù)據(jù)偏大，最大幅值為54dB，后用局部放電定位儀進(jìn)行定位，最終定位于該柜的中下部，C相避雷器處。

由于該站的高壓柜暫態(tài)地電壓信號(hào)幅值普遍偏大，并且400局放信號(hào)明顯。建議先對(duì)該柜上部母線進(jìn)行停電檢修、清污。對(duì)400柜進(jìn)行檢修后，再對(duì)整個(gè)站進(jìn)行復(fù)測(cè)，確定473柜的幅值大小，然后根據(jù)檢測(cè)結(jié)果再確定檢測(cè)策略。

3.2.2 220 kV赤鄧變電站35 kV開關(guān)柜

220kV赤鄧變電站共測(cè)試了8面35kV開關(guān)柜，局放檢測(cè)圖譜如圖3所示。

圖3 220kV赤鄧變電站35kV開關(guān)柜局放測(cè)試圖譜

從圖3中可以看出，整個(gè)高壓室局放測(cè)試幅值在0～25之間波動(dòng)，并無(wú)明顯波動(dòng)，判斷沒有局部放電現(xiàn)象。建議下個(gè)檢測(cè)周期到來(lái)時(shí)再進(jìn)行檢測(cè)。

3.2.3 220 kV明姜變電站35 kV開關(guān)柜

220kV明姜變電站共測(cè)試了19面35kV開關(guān)柜，局放檢測(cè)圖譜如圖4所示。

測(cè)試發(fā)現(xiàn)315柜后暫態(tài)地電壓檢測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)其他柜略大，最大幅值為36dB。初步判斷該柜中可能存在放電。建議在日常工作中對(duì)315柜加強(qiáng)巡檢，縮短檢測(cè)周期，確定發(fā)展趨勢(shì)。

圖4 220kV明姜變電站35kV開關(guān)柜局放測(cè)試圖譜

3.2.4 烏魯木齊電業(yè)局220 kV八戶梁變電站開關(guān)柜

2008年5月21日，在對(duì)該站檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)10kV開關(guān)室八加線1016開關(guān)柜后面板上局部放電檢測(cè)值最大（幅值31dB），經(jīng)定位后發(fā)現(xiàn)，放電位于該開關(guān)柜后面板左下側(cè)。

2008年7月10日，烏魯木齊檢修工區(qū)對(duì)該開關(guān)柜局放檢測(cè)缺陷在設(shè)備停電狀況下進(jìn)行了核實(shí)。該開關(guān)柜后面板左下側(cè)C相電纜頭螺絲松動(dòng)，產(chǎn)生了一定的局部放電，檢修時(shí)已對(duì)此設(shè)備的螺絲進(jìn)行緊固，檢修后再次進(jìn)行測(cè)試，該開關(guān)柜幅值由31dB降到10dB以下，證明了該檢測(cè)定位技術(shù)的正確性。

4 結(jié)束語(yǔ)

a）在線檢測(cè)開關(guān)柜局部放電對(duì)于電網(wǎng)的安全運(yùn)行有著重要的意義，此項(xiàng)技術(shù)可在不停電狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的絕緣故障狀況進(jìn)行檢測(cè)（傳統(tǒng)方法需停電），快速檢測(cè)開關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀況，避免意外停電事故的產(chǎn)生，減少檢修停電時(shí)間，提高設(shè)備供電可靠性和連續(xù)性。

b）一旦確定開關(guān)柜內(nèi)部確實(shí)存在局部放電現(xiàn)象，就必須定位局部放電源的所在位置，從而消除故障隱患。局部放電源的定位準(zhǔn)確性關(guān)系到檢修工作的效率，可以減少不必要的停電檢修時(shí)間，減少電能的損失，提高經(jīng)濟(jì)效益。

c）在檢測(cè)過程中要注意干擾的排除問題。

［1］ 田勇，田景林.6～1 0 kV開關(guān)柜事故統(tǒng)計(jì)分析與改進(jìn)意見［J］.東北電力技術(shù)，1 9 9 6（8）：5-1 0.

Research on Partial Discharge Detection Methods Based on Electromagnetic Wave

SUN Xi-fang，LIANG Ying
（Linfen Power Supply Company，Linfen，Shanxi041000，China）

High-voltage switchgear is an important electrical equipment of power system.With the development of the sensor technology,signal processing technology，computer technology and artificial intelligence technology，it is possible to realize the detection of the operation status of switchgear in order to detect hidden faults and to predict cumulative failures.In this paper，it puts forward the transient earth voltage inspection technology based on electromagnetic waves，and the on-line detecting method for highvoltage switchgear partial discharge and its localizing methods are explored.

switchgear；partial discharge；detection

TM855+.1

B

1671-0320（2012）01-0016-04

2011-10-10，

2011-11-16

孫西方（1967-），男，河南三門峽人，1997年畢業(yè)于太原電力高等專科學(xué)校電力系統(tǒng)自動(dòng)化專業(yè)，工程師，從事電氣試驗(yàn)工作；

梁 英（1971-），女，河北邢臺(tái)人，1996年畢業(yè)于山西師范大學(xué)電子技術(shù)專業(yè)，助理工程師，從事電氣試驗(yàn)工作。