變電站高壓金屬密封開關柜局部放電在線監(jiān)測技術研究

摘 要：開關柜在電力系統(tǒng)中的應用已經(jīng)越來越多，但由于其現(xiàn)場試驗方法的不足以及不斷出現(xiàn)的絕緣故障嚴重威脅著電力系統(tǒng)的安全運行。因此，對高壓開關柜實施在線檢測是獲得設備狀態(tài)參數(shù)，保證設備安全運行的關鍵。

關鍵詞：變電站 高壓開關柜 在線檢測 技術研究

中圖分類號：TM591 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（c）-0037-01

高壓開關柜在電力系統(tǒng)中占有非常重要的地位，其運行狀態(tài)的好壞對電力系統(tǒng)供電的可靠性具有重大的影響。一旦出現(xiàn)故障直接導致其所保護的線路、設備受損，電量損失，甚至會造成用戶大面積的停電，影響到人們的正常生產(chǎn)、生活。開關柜在電力系統(tǒng)中的應用已經(jīng)越來越多，但由于其現(xiàn)場試驗方法的不足以及不斷出現(xiàn)的絕緣故障嚴重威脅著電力系統(tǒng)的安全運行。因此，對高壓開關柜實施在線檢測是獲得設備狀態(tài)參數(shù)，保證設備安全運行的關鍵。

1 高壓金屬密封開關柜局部放電的特征

在高壓開關柜的絕緣系統(tǒng)中，各部位之間的電場強度存在著差異，而當這個強度一旦達到其擊穿電壓時，就會在該區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生放電現(xiàn)象，但卻沒有擊穿絕緣系統(tǒng)，我們把這種現(xiàn)象稱為局部放電。雖然局部放電一般不會擊穿絕緣體，但卻可以在一定程度上損壞電解質(zhì)，如果長期存在就會降低絕緣介質(zhì)的電氣強度。因此，局部放電是電氣設備的一種隱患，就有患慢性、長期性的特點。

常見的放電類型主要包括：（1）電暈放電。通常在氣體包圍的高壓導體周圍會出現(xiàn)電暈放電，其影響因素較多，如電極的形狀、外加電壓、氣體密度、極間距離等；（2）沿面放電。當介質(zhì)內(nèi)部電場的強度低于電極邊緣氣隙的電場強度，同時介質(zhì)沿面的擊穿電壓相對較低時，就會在絕緣介質(zhì)的表面發(fā)生沿面放電現(xiàn)象。其影響因素也較多，如介質(zhì)的表面狀態(tài)、電場的強度、電壓的波形、氣候等。所以，沿面放電具有極不穩(wěn)定的特點；（3）內(nèi)部放電。主要是由于工藝缺陷造成的，在絕緣介質(zhì)中出現(xiàn)了缺陷。一旦受到高壓作用，就會在其缺陷內(nèi)產(chǎn)生局部擊穿或重復性擊穿的可能。其影響因素主要是介質(zhì)本身的特性、缺陷的形狀與位置、氣隙氣體的種類等。（4）懸浮電位放電。主要是有導體部件結構存在設計缺陷，或者接觸不良斷開，在高低壓電極之間發(fā)生的放電現(xiàn)象。

2 在線檢測技術

高壓金屬密封開關柜在局部放電時，也伴隨著電磁波的發(fā)射、聲音信號、氣體的生成、光、熱以及電流行波等現(xiàn)象。針對其現(xiàn)象，人們開發(fā)了各種在線檢測技術，其中最成熟的為電磁測量和聲音測量。

2.1 地電波檢測

當高壓開關柜發(fā)生局部放電現(xiàn)象時，帶電粒子就會由帶電體向接地的非帶電體快速移動，同時在非帶電體上產(chǎn)生高頻電流行波，向各個方向快速傳播。但由于受集膚效應的影響，電流行波僅僅集中在金屬柜體的內(nèi)表面，而不會直接穿透金屬柜體。一旦電流行波遇到不連續(xù)的金屬斷開或絕緣連接處時，電流行波就會從金屬柜體的內(nèi)表面轉移到外表面，并以電磁波形式向自由空間傳播，同時在金屬柜體外表面產(chǎn)生暫態(tài)地電壓（Transient Earth Voltage），因此，可以將探頭設置于工作狀態(tài)中的開關柜的外表面，對局部放電活動進行在線檢測。

此時可以把金屬柜體、PVC材料和暫態(tài)地電壓傳感器看成平板電容器，金屬柜體表面出現(xiàn)的任何電荷變化均會在暫態(tài)地電壓傳感器的金屬盤上感應出來，繼而形成感應電信號，再經(jīng)檢測阻抗轉換為與放電強度成正比的高頻電壓信號，最后得到開關柜局部放電的放電強度、重復率等特征參數(shù)。

由于其檢測原理為電容耦合式，所以檢測時，TEV傳感器一定要與柜體緊密接觸，才能夠有效的檢測局放信號。

2.2 超聲波檢測

超聲波傳感器通過檢測放電所產(chǎn)生的超聲波信號，利用外差法將被接收的信號轉換成一個人耳可判別、可聽見的聲音信號，并將放電所產(chǎn)生的超聲波大小以聲壓的形式顯示出來。

2.3 特高頻檢測法

高壓開關柜設備絕緣體的絕緣強度非常高，其放電信號的上升沿及持續(xù)時間極短，一般小于1ns。而且放電脈沖波同時以橫向電磁波（TEM波）、橫向電場波（TE波）和橫向磁場波（TM波）的的形式傳播。高壓開關柜局部放電產(chǎn)生的超高頻信號可以有效地沿波導傳播。超高頻法的工作原理就是通過UHF傳感器對高壓開關柜設備局放產(chǎn)生的超高頻（0.3-3GHz）信號進行檢測，從而判斷高壓開關柜設備的局部放電狀況，實現(xiàn)絕緣狀態(tài)的判斷。同時現(xiàn)場干擾的音頻主要集中于0.3GHz頻段以下，因此UHF檢測法可以有效的避開干擾信號，具有較高的靈敏度和搞干擾能力，可實現(xiàn)高壓開關柜局放帶電的檢測、定位、故障類型判斷等。

電磁測量法對脈沖的變化比較敏感，比較適合介質(zhì)內(nèi)部的放電，但對放電頻譜較低的套管、絕緣子表面等放電不夠明顯。易受到外界電磁波的干擾，且分辨率不高；而對于聲音測量法來說，對介質(zhì)的類型比較敏感，適合檢測空氣介質(zhì)的放電，對于套管、終端、絕緣子的表面放電也比較敏感。但容易受到機械振動的影響，同時在內(nèi)部定位方面也在一定程度上受到內(nèi)部反射、折射等現(xiàn)象的影響。

所以，不管哪一種檢測方法都有其優(yōu)點和缺點，在實際操作中，往往是將上述檢測方式綜合運用。