局部放電檢測技術研究

李文明 李佩佩 張 峰

（許昌許繼軟件技術有限公司，河南 許昌461000）

0 引言

隨著我國社會經濟的不斷發展，對電網的安全穩定、高效經濟運行都提出了更高的要求，促進了開關柜、智能變壓器、光學互感器等智能電氣設備在電網中的大規模應用。其中，開關柜是向用戶供電的最直接設備，其工作可靠性直接關系到供電質量和供電可靠度。

由于施工或生產工藝等原因，開關柜在長期運行過程中會逐漸出現絕緣劣化現象，最終可能導致絕緣擊穿，引起事故。相關資料顯示，引發開關柜故障的原因中絕緣故障占了整個故障中的46.47%［1］。而絕緣故障與開關柜內局部放電有著非常緊密的聯系，一般出現局部放電現象，就意味著電力設備的安全開始存在隱患了。通過對開關柜內部的局部放電進行準確檢測可以有效判斷開關柜的絕緣狀態，大幅度提高開關柜絕緣檢測的效率和水平。

1 局部放電的種類和特點

開關柜局部放電主要有5種放電形式，分別為自由金屬顆粒放電、懸浮電位體放電、沿面放電、絕緣件內部氣隙放電、金屬尖端放電［2］。

（1）自由金屬顆粒放電，放電幅值分布較廣、放電時間間隔不穩定，其極性效應不明顯，在整個工頻周期相位均有放電信號分布。

（2）懸浮電位體放電，放電脈沖幅值穩定，且相鄰放電時間間隔基本一致；當懸浮金屬體不對稱時，正負半波檢測信號有極性差異。

（3）沿面放電，幅值分散性較大，放電時間間隔不穩定，極性效應不明顯。

（4）絕緣件內部氣隙放電，放電次數少，周期重復性低。放電幅值也較分散，但放電相位較穩定，無明顯極性效應。

（5）金屬尖端放電，放電次數較多，放電幅值分散性小，時間間隔均勻。放電的極性效應非常明顯，通常僅在工頻相位的負半周出現。

2 局部放電的檢測方法

對開關柜進行局部放電目前主要有以下幾種檢測方法：

（1）電脈沖法即電流脈沖法。通過安裝在被測設備接地線上的穿芯式電流傳感器或鉗形電流傳感器來檢測局放時產生的低頻電流脈沖信號，從而得出局部放電的幅值、極性、相位等信息。該檢測方式在開關柜預試、交接和各種局部放電研究中應用廣泛，并具有靈敏度高、放電量可選可標定等特點。但是，該檢測方法檢測帶寬很低，取得信號能量信息缺乏，抗干擾能力較差，不適用于現場的檢測。

（2）暫態對地電壓法，簡稱TEV法。開關柜內部存在局部放電現象時，放電脈沖產生的電磁波會在開關柜的金屬箱體上產生一個瞬時對地電壓［3］，然后通過電容耦合探測器捕捉到這個TEV信號，從而得出局部放電的幅值和頻率。由于開關柜結構封閉、局放在開關柜及各柜之間的傳播規律不明，現場許多情況下TEV法局部放電測量結果仍然不能判斷放電信號的具體來源。

（3）超高頻檢測法，簡稱UHF法。每一次局部放電過程輻射的電磁波信號的特高頻分量比較豐富。UHF檢測法中心頻率一般在幾百兆赫、帶寬為數十兆赫。通常，在超高頻范圍內測量局部放電信號，不受外部電暈、開關操作等多種電氣干擾的影響，因而可以有效提高檢測系統信噪比。但相較脈沖電流法其測量靈敏度要低。

（4）超聲波檢測法。主要是通過貼在開關柜外殼上的超聲傳感器接收局部放電產生的超聲波信號，用以測量局部放電的大小及位置。該方法可以有效避免電磁干擾的影響，方便定位。但超聲波在開關柜內的傳播是個復雜的過程，存在折射、反射現象，無法利用超聲波信號對局部放電的模式及放電量進行判斷。

（5）光檢測法［4］。光檢測法是通過檢測局部放電時產生的光波來實現的。在開關柜外殼觀察窗上安裝光電倍增管，用鐵殼進行電磁屏蔽和外光屏蔽，用電纜連接到監測設備。該法的最大缺點在于必須在開關柜外殼上開孔，一般在現場難以應用。

（6）紅外測量法。局部放電時會使開關柜部分區域的溫度升高，測量這種溫度變化能夠確定放電的程度和位置。這種方法可以用紅外攝像儀檢測出開關柜內的溫差。但是由于造成溫差的原因很多，這種檢測方法測量的可靠性較差。

3 針對局部放電常用檢測方法的一些改進措施

（1）現場檢測局放信號，最主要的問題是各種電磁干擾，而各種干擾信號主要通過以下方式影響檢測系統：從系統的工頻電源進入，因此檢測系統電源最好由隔離變壓器加上低通濾波器以抑制電源干擾；通過電磁耦合進入，因此檢測系統應接地良好，并且信號的傳輸方面加裝良好的屏蔽層或直接選用光纖通訊；通過檢測元件進入，干擾信號和局放信號混雜在一起，就只能采取硬件電路濾波和軟件濾波器濾除干擾信號。當現場存在明顯的背景干擾時，應采用加裝屏蔽帶等措施抑制外部干擾信號的耦合，將屏蔽帶如圖1所示固定在盤式絕緣子上。

（2）現有的局放檢測方式及抗干擾技術主要是基于時域層面，在一個時點上背景干擾或其他非局放信號的幅值或疊加幅值大于局放信號強度，則真正地局放信號就會被淹沒。通過FFT及小波變換［5］等數學算法進行頻譜分析與頻點濾波，可提供局放信號的實時頻域特性圖譜，實現針對干擾狀況下實時頻點濾波，從而實現不損害局放信號的大幅值干擾抑制。采集到局部放電的時域與頻域特性圖（圖2）后，通過模式識別即可判斷出局部放電的放電方式及放電幅值。

圖1 屏蔽帶的使用

圖2 局部放電時域頻域特性圖

（3）目前，UHF檢測方式使用較多的是通過峰值檢測電路獲取放電幅值、相位，從而判斷局部放電的形式。但該檢測方法采樣頻率低，可能會丟失部分局部放電脈沖信號。而使用超高頻包絡檢波電路，采用硬件濾波器和傅里葉分析方法去除窄帶干擾，通過小波分析、改進閾值濾波算法去除白噪聲，可大大降低采樣速率和數據量，又可保留局部放電的幾乎所有脈沖信號［6］。圖3為UHF檢波信號經小波分析去噪前后的效果圖。

圖3 UHF檢波信號小波去噪圖

（4）融合檢測，無論哪種檢測方法都無法把開關柜的真實信息檢測出來，所以為了保證開關柜局部放電檢測結果的準確真實，就要把幾種檢測方法綜合起來使用，充分發揮各種檢測方法的優點，保證檢測結果的全面、準確。

（5）檢測傳感器盡可能內置在開關柜內，并且安裝在斷路器、隔離開關、互感器等關鍵設備附件，這樣既減少了外部干擾的影響，也不影響設備的美觀。

4 結語

開關柜內部局部放電的檢測對開關柜的長期穩定運行、預防事故的發生有非常重要的作用。本文對局部放電的放電形式、檢測方式及技術實現中的難點進行了詳細分析。保證現場人員安全的前提下，如何更加準確地放映出開關柜內部絕緣情況、濾除外部干擾一直是國內外人員研究的重要課題。模式識別、濾波技術、高速數字化采集處理技術等研究的不斷深入都將為電力設備檢測、保護，為我國建設堅強智能電網提供強大的技術支撐。

［1］李剛，朱革蘭.配網開關柜狀態檢測與評價實施方式的探討［J］.高壓電器，2013，49（8）：133－138.

［2］中國南方電網有限責任公司.Q／CSG11401—2010 氣體絕緣金屬封閉開關設備局部放電特高頻檢測技術規范［S］.

［3］胡靖濤，黃強，周程遠.暫態低電壓測試的改進判定方法［J］.湖南電力，2013，33（6）：61－63.

［4］司文榮，李軍浩.局部放電光測法的研究現狀與發展［J］.高壓電器，2008，44（3）：261－264.

［5］劉鯖潔，陳桂明.FTT和小波變換在信號降噪中的應用［J］.數據處理與采集，2009，58（3）：58－60.

［6］尹榮慶.局部放電檢測技術及抗干擾技術進展［J］.電氣開關，2010（5）：75－78.