高壓開關柜局放帶電檢測試驗平臺研制及應用

范 敏，何智強，吳水鋒，葉會生

(國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007)

高壓開關柜局放帶電檢測試驗平臺研制及應用

范 敏，何智強，吳水鋒，葉會生

(國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007)

本文以真型開關柜為基礎研制了開關柜帶電檢測試驗平臺，首先利用該平臺成功模擬懸浮電位放電缺陷，采用超聲波檢測法(AE)與脈沖電流法(PC)的比對找出懸浮電位放電的規律，包括典型圖譜，超聲波信號幅值與局放量關系，驗證了該平臺的有效性，最后針對該平臺提出了后續研究方向。

開關柜；局部放電；試驗平臺

高壓開關柜是電力系統中數量最龐大的開關設備，承擔著直接向用戶供電的職能，其運行狀態直接關系到用戶供電可靠性。對于高壓開關柜來說，由于受到環境因素或絕緣件本身老化的影響，長期運行中會出現各類缺陷，這些缺陷會引起局部放電的產生。應用表明，通過帶電檢測技術可有效發現高壓開關柜內局部放電〔1〕。

目前，高壓開關柜帶電檢測技術尚處于起步階段，開關柜局放帶電檢測技術的應用還僅局限于數據讀取，經驗性、主觀性較強；理論研究還處于仿真罐體理想缺陷模擬階段，并未針對實際開關柜進行缺陷模擬，其研究結果應用到實際開關柜中存在較大差異。

本文利用自主設計的真型開關柜搭建了開關柜帶電檢測試驗平臺，該試驗平臺能夠模擬尖端、懸浮、沿面、內部放電等4種典型缺陷，同時進行缺陷下局部放電信號的帶電檢測試驗。為驗證該平臺的有效性，利用該平臺模擬懸浮電位放電缺陷，采用超聲波檢測法(AE)與脈沖電流法(PC)比對找出懸浮電位放電的規律，包括典型圖譜，超聲波信號與局放量關系，最后針對該平臺提出了后續研究方向。

1 帶電檢測試驗平臺

1.1 試驗平臺搭建

基于自主設計的真型開關柜搭建了開關柜帶電檢測試驗平臺，該平臺利用無局放試驗變壓器提供試驗所需電壓，利用檢測阻抗(阻容分壓裝置)和局放檢測儀來檢測模擬缺陷下局部放電的視在放電量的大小，利用多功能帶電檢測儀得到模擬缺陷下各測試手段的帶電檢測信號和典型圖譜。試驗平臺結構如圖1所示。

圖1 開關柜帶電檢測試驗平臺結構圖

圖1 中，C為耦合電容，Z為檢測阻抗，二者構成的阻容分壓平臺與局放測試儀一同組成了局部放電的脈沖電流測試回路，用于測試局部放電的視在放電量，R為保護電阻，帶電檢測儀為多功能帶電檢測儀，具有超聲波、暫態地電位和特高頻的測試功能。

該平臺核心為真型開關柜，包括進線柜、出線柜和TV柜。真型開關柜中包括現場實際運行開關柜中的所有部件，如母線、斷路器、電流互感器、電壓互感器、帶電顯示器、避雷器等，缺陷設置在部件上實施。

試驗平臺真型開關柜電氣參數如見表1。與實際運行開關柜電氣參數一致。

表1 真型開關柜電氣參數

以出線柜為例，出線柜由預置的缺陷部件模擬實際高壓開關柜的缺陷，缺陷模擬方法為:利用金屬絲模擬尖端放電、利用接觸不良或懸浮金屬體模擬懸浮電位放電、利用絕緣件表面污穢模擬沿面放電、利用絕緣件內部缺陷模擬內部放電等。各缺陷模擬中的缺陷部件均為可拆裝式，通過拆裝缺陷部件即可實現不同類型缺陷的切換，從而能夠方便地對實際開關柜運行過程中出現的各類缺陷進行模擬試驗。

1.2 試驗步驟

1)根據圖1進行試驗接線，并保證接地良好，試驗前需要對局放檢測儀進行放電量標定；

2)利用試驗加壓裝置通過母排將預置有缺陷部件的高壓開關柜升至目標電壓，且加壓時保持足夠的安全距離；

3)通過檢測阻抗采集局部放電信號至局放檢測儀中，由局放檢測儀輸出視在放電量；

4)利用帶電檢測儀檢測預置有缺陷部件的高壓開關柜局部放電信號；

5)記錄并存儲局放檢測儀和帶電檢測儀檢測得到的數據，以用于后續的數據分析處理。

2 局放檢測原理和缺陷模擬

為驗證本文搭建的局放帶電檢測試驗平臺的有效性，本文模擬4種典型缺陷中的一種——懸浮電位放電缺陷，在此缺陷下利用脈沖電流法和超聲波檢測法檢測局放的視在放電量和帶電檢測信號。

2.1 脈沖電流法

局部放電時，試品兩端會產生電荷的變化，與試品兩端相連接的檢測回路便會出現脈沖電流，在檢測阻抗兩端形成一個脈沖電壓，通過檢測這一脈沖電壓來分析試品的局部放電的方法即是脈沖電流法。該方法優點是可以獲得視在放電量，可定量分析局部放電的大小；缺點是在現場檢測中易受到電磁干擾的影響，影響檢測精度；檢測接線涉及到高壓回路，有很大的安全風險，故不適用于現場帶電檢測〔2〕。

2.2 超聲波檢測法

局部放電時，在放電區域中的分子劇烈運動并相互撞擊，宏觀上會產生聲波，通過檢測局部放電產生的頻率為20～200 kHz的超聲波信號來判斷局部放電的方法稱為超聲波檢測法。超聲波檢測法優點在于不受電氣干擾影響，且可以實現放電源的準確定位，但開關柜內的非放電性缺陷如機械振動等可能對檢測結果造成干擾；同時開關柜內部超聲波的衰減和折反射較多，使得部分絕緣缺陷可能無法被檢測到〔3〕。

2.3 懸浮電位放電缺陷模擬

高壓開關柜中引起放電故障的缺陷主要包括:導體和柜體內表面上的金屬突出物引起的尖端放電；金屬部件接觸不良引起的懸浮電位放電；絕緣件表面污穢、受潮和凝露引起的沿面放電；開關柜絕緣件內部缺陷引起的內部放電等〔4〕。

本文設計了懸浮電位放電模型用于開展局部放電試驗研究，以驗證試驗平臺的有效性并為后續其它類型的放電特性研究奠定基礎。在測試中，測試點包括出線柜前上柜門、前中柜門、前下柜門、后上柜門、后下柜門的縫隙等5個測試點，選取最大值作為測試值。

理論研究表明，懸浮電位放電缺陷超聲波檢測連續模式下有效值和峰值都會增大，信號穩定，且100 Hz相關性明顯，50 Hz相關性較弱，每個周期有兩簇放電聚集點。

3 試驗結果分析

在開關柜內模擬好懸浮電位放電缺陷后，首先測量試驗平臺附近背景噪聲，以供試驗測試值進行比對。然后從0開始加壓，所加電壓最高不超過10 kV開關柜線電壓，同時利用脈沖電流法、超聲波檢測法進行局放測試，記錄試驗數據，存儲懸浮電位放電缺陷典型圖譜，脈沖電流法所測局放視在放電量作為超聲波檢測法信號的比對值。

3.1 試驗典型圖譜

在懸浮電位放電缺陷下，試驗實測的超聲波檢測連續模式典型圖譜如圖2所示、波形模式典型圖譜如圖3所示。

圖2 超聲波檢測連續模式典型圖譜

圖3 超聲波檢測波形模式典型圖譜

從圖2，3可以看出，懸浮電位放電下，超聲波檢測連續信號有效值和峰值都增大，信號幅值穩定，且100 Hz相關性明顯，50 Hz相關性較弱，波形模式下每個周期有兩個放電點，與理論研究相符。

3.2 超聲波與視在放電量關系

在懸浮電位放電缺陷下，隨著電壓的升高，視在放電量和帶電檢測信號逐漸增大，記錄試驗數據得到實測的超聲波檢測信號與視在放電量關系如圖4所示。

圖4 懸浮電位放電超聲波信號與視在放電量關系

由圖4可以看出，懸浮電位放電下超聲波檢測信號與視在放電量基本呈對數關系，放電量較小時，受檢測儀器精度影響，未檢測到超聲波信號，隨著放電量增大，超聲波信號開始出現并隨之快速增大，當放電量增大到一定程度時，超聲波信號上升較慢最終保持穩定。

4 結論和建議

1)基于自主設計的真型開關柜搭建了開關柜帶電檢測試驗平臺，能夠模擬4種典型缺陷并開展帶電檢測試驗。

2)獲取了懸浮電位放電缺陷下超聲波信號典型圖譜、超聲波信號與視在放電量的關系，驗證了試驗平臺的有效性。

3)后續將利用該平臺模擬其它典型缺陷，并增加暫態地電位和特高頻檢測法進行局放帶電檢測，獲取相應的典型圖譜，研究各種缺陷下不同帶電檢測方法的靈敏度，為系統分析開關柜絕緣類型和嚴重程度提供有效手段。

〔1〕國家電網公司.輸變電設備狀態檢修試驗規程:Q/GDW 1168—2013〔S〕.北京:中國電力出版社，2014.

〔2〕劉云鵬，王會斌，王娟，等.高壓開關柜局部放電UHF在線檢測系統的研究〔J〕.高壓電器，2009，45(1):15-17.

〔3〕朱瑞華，席保峰，徐陽，等.變壓器局部放電超聲法檢測中超聲波傳感器的應用〔J〕.絕緣材料，2007，40(4):62-64.

〔4〕郭少飛，徐玉琴，苑立國，等.基于TEV法的開關柜局部放電帶電檢測試驗研究〔J〕.河北電力技術，2012，31(5): 13-14.

Development and application of partial discharge on-line detection for high-voltage switchgear test platform

FAN Min，HE Zhiqiang，WU Shuifeng，YE Huisheng
(State Gird Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

In the paper the experiment platform is developed，and the suspended discharge fault is simulated in this platform. The regular of suspended discharge is discovered through the comparison between ultrasonic wave and pulse current，which includes typical map，the relationship between acoustic emission(AE)method and pulse current(PC)method.The effectiveness of the platform is proved and the subsequent research directions are put forward.

switchgear；partial discharge；experiment platform

TM855.1

B

1008-0198(2016)02-0036-03

范敏(1987)，男，碩士，工程師，主要從事過電壓/開關試驗研究工作。

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.02.008

2015-12-29 改回日期:2016-02-24