高壓開關柜局部放電在線監測技術研究與應用策略

陳慶榮

高壓開關柜局部放電在線監測技術研究與應用策略

陳慶榮

（廈門斯瑪特思智能電氣有限公司，福建 廈門 361000）

電力系統供電高可靠性對于供電具有重要的現實意義，做好中高壓開關設備的狀態檢修工作是提高電力系統的供電可靠性的重點工作。絕緣與載流故障是開關柜常見的故障類型，在開關柜故障中占比高達30%～50%，通過局部放電在線監測實現設備運行絕緣性能狀態實時反饋，可以及時發現故障及隱患，及時解決問題，保證開關柜平穩運行，保證供電可靠性。從開關柜典型放電故障類型與特征分析入手，敘述了開關柜局放監測原理及測試方法，分析各主要檢測方法的優缺點，根據開關柜在線監測要求及開關設備重要性，提出了不同局部放電在線監測技術在不同中壓開關設備的應用策略建議。

高壓開關柜；局部放電；在線監測技術；應用策略

高壓開關柜內部的導電件和絕緣件之間有可能出現局部放電，導致電氣絕緣性能下降，如不及時處理可能導致嚴重的后果。充分利用在線監測技術，對高壓開關柜進行狀態在線監測是必要的。高壓開關柜與高壓變壓器、GIS設備故障檢測具有顯著差距，由于高壓開關柜數量較多、造價較低，很難實現停電改造，無法采取GIS在線監測技術路線。所以選擇小型化、智能化、經濟型、免停電或少停電的監測技術是開關設備在線監測的發展趨勢。

1 開關柜主要缺陷及放電類型

開關柜主要的故障類型有機構等機械原因引起的拒動故障、開斷與關合故障、二次控制回路原因引起的誤動故障、接觸不良或插件偏心原因引起的載流故障、制造設計缺陷或爬電閃絡等引起的絕緣故障以及外力或其他故障。

局部放電現象是指在開關柜絕緣系統中，由于電場強度差異造成開關柜電某一區域電場強度達到擊穿場強時，該區域發生放電現象，同時在放電過程中，施加電壓的兩個導體沒有貫穿整個放電過程，也就是說放電現象并未擊穿開關柜絕緣系統，就被稱為局部放電現象。局部放電的類型和產生原因具有多樣性，常見的類型和主要產生原因有：①尖端放電。金屬部件加工的毛刺，殼體內部的金屬異物。②懸浮放電。主要包括松動部件的懸浮電位放電，非移動金屬顆粒和設備部件之間的放電。③內部放電。絕緣件內部空隙、異物和裂縫等。④沿面放電。絕緣件表面污穢、受潮和凝露引起的放電等[1]。

2 開關柜常用局部放電在線監測方法的分析比較

2.1 常用檢測方法

局部放電檢測方法有電測法和非電測法。根據局部放電過程中所產生各種放電現象，高壓開關柜常用局放檢測方法有ERA法（脈沖電流法）、超聲波（AE）檢測法、光測法、化學檢測法、紅外檢測法、射頻檢測法等。

2.2 脈沖電流法

脈沖電流法抗干擾能力較差，不具備現場在線檢測條件，但作為現階段應用最廣泛的離線檢測方法，可以有效檢測局部放電產生的脈沖電流，其操作原理是將測量阻抗接入到測量回路對脈沖單留進行檢測，可以有效反應局部放電中的基本量，例如局部放電脈沖大小、數量與相位等[2]。

2.3 超聲波（AE）檢測法

超聲波檢測法主要運用傳感器對局部放電產生的超聲波信號進行測量，進而判斷局部放電的大小以及位置，抗電磁信號干擾能力較差，所以在具體應用中具有一定局限性，通過在線測量和定位，避開鐵芯的鐵磁和變壓器的機械振動等原因產生的噪聲干擾，以保證檢測效果。

2.4 超高頻（UHF）檢測法

超高頻檢測法通過超高頻天線傳感器接收超高頻電磁波信號，通過開關柜超高頻電磁波信號對局部放電進行檢測和識別，作為非接觸式檢測方法，超高頻檢測法具有靈敏度高、抗干擾能力強等諸多優勢。

2.5 暫態對地電壓（TEV，也稱地電波）檢測法

局部放電產生的電磁波，通過屏蔽層不連續部分在設備表面產生感應電流，設備表面存在波阻抗進而在設備外層形成一個暫態對地電壓（TEV）。暫態對地電壓檢測法就是充分利用這一原理，采用電容耦合探測器對局部放電的幅值和放電脈沖頻率進行檢測。

3 開關柜常用在線檢測法的試驗對比及使用經驗

3.1 研究試驗回路

模擬典型放電類型如圖1所示。圖1（a）是模擬針板放電結構示意圖，采用直徑為6 mm的模擬針電極以及半徑為0.5 mm的模擬針尖曲率，實驗中錐角呈30°，模擬針尖長 15 mm，針板距離設計為20 mm；（b）為模擬絕緣內部氣隙放電的電極結構，試品采用兩塊厚度和直徑分別為5 mm、 50 mm的環氧樹脂板，利用厚度1 mm、直徑為10 mm中間通孔的環氧樹脂板進行粘合，在兩塊環氧樹脂板中間形成扁平空氣隙；（c）為模擬懸浮放電的電極系統結構，懸浮電極采用直徑和高度分別為10 mm和3 mm的銅材質圓柱體，高壓電極和地板電極之間用厚度和直徑分別為5 mm和70 mm環氧樹脂板。試驗中懸浮電極和柱電極間距為15 mm。

試驗回路示意圖如圖2所示。圖2的試驗中將試品置于開關柜內部斷路器室，試驗變壓器輸出的高壓引線經套管引至柜體內高壓電極端，AE/ TEV/UHF傳感器分別并排布置于斷路器室或電纜室。回路中=10 kΩ為保護電阻，Ck為試驗用耦合電容器，Zm為DDX7000局部放電檢測儀配套用檢測阻抗。

圖2 試驗回路示意圖

3.2 試驗結果分析

開關柜局部放電的產生的原因具有一定的隨機性，并且局部放電中每種放電類型的統計特征都各有不同，所以進行實驗的過程中，可以采取逐步升高電壓至出現微弱局部放電的方式，通過局部放電測量儀進行數據采集，或通過傳感器采集數據信號。每升壓一次采集一次信號，并反復做兩三次，以檢驗試驗的可重復性。因以上3種傳感器以定性判斷局放是否存在，并根據算法判別局放嚴重程度和定位，故在線檢測傳感器檢驗數據主要以對數dB形式，同時與局部放電測量儀顯示的測量值進行簡單匹配。

3.2.1 AE檢測結果

試驗結果顯示超聲波幅值（dB）特征在3種典型放電模型下會隨著缺陷放電量變大而增加趨勢明顯。超聲波幅值對內部放電反應敏感。但對于其他幾種放電模型，當缺陷放電量高于1 000 pC后檢測幅值趨于平穩，穩定于25 dB左右。

3.2.2 TEV檢測結果

實驗結果表明，在懸浮和氣隙模型試驗中，只要有局部放電，不管量多大，地電波幅值會維持在25 dB左右不變；針板模型試驗中，局部放電量越大，地電波幅值也會隨著放電量增加而增加，但最終幅值也在25 dB左右；三種模型下每周波放電次數特征隨著缺陷放電量變大而增加趨勢明顯。

3.2.3 UHF檢測結果

TEV法和UHF法對脈沖的變化速度比較敏感，在檢測介質內部放電方面具有明顯優勢；TEV法和UHF法在檢測放電頻譜較低的套管、終端、絕緣子表面放電時，十分不敏感，有較大的局限性，容易受到外界電磁干擾，對檢測結果具有較大影響，與此同時，雖然TEV法和UHF法能夠精確定位，但TEV法和UHF法受到設備精度限制分辨率不高。

4 開關柜局放在線監測應用策略

開關柜局部放電采用任何單一的檢測方法都存在著局限性，只有將不同的檢測方法進行綜合運用，融合多種檢測技術，才能保證軟件測試結果的專業性和準確性，保障開關柜設備監測運行結果的客觀性，根據科學結果做出合理決策。地電波（TEV）和超高頻（UHF）檢測技術在局部放電在線檢測中具有不可替代的重要地位，主要是由于地電波（TEV）和超高頻（UHF）檢測技術通過檢測電磁信號判斷局部放電情況，充分利用了高壓開關設備電磁波以波導的方式傳播的結構特點，增強了檢測的靈敏度，所以受到廣泛應用。但是局部放電具有一定的復雜性，不同運行環境、不同絕緣介質、不同類型條件下會產生不同的局部放電現象，所以產生的電磁波范圍也會相應有所不同，地電波頻帶范圍為3～100 MHz，超高頻頻帶范圍為0.3～3 GHz，所以如果開關柜局部放電現象產生的電磁信號頻率超出地電波（TEV）和超高頻（UHF）檢測技術檢測范圍，則局部放電現象無法被檢測到，這時就要通過超聲傳感器等其他傳感行彌補地電波（TEV）和超高頻（UHF）檢測技術的不足；除此之外移動通訊信號，廣播信號、電子圍欄、照明燈、SF6測漏裝置、軌道交通、電表柜、空調、二次回路等產生的電磁信號也會對地電波（TEV）和超高頻（UHF）檢測技術檢測結果造成影響和干擾，此時干擾來源的判斷，直接影響局部放電是否存在。

［1］柯鴻飛.高壓開關柜局部放電檢測技術應用淺析［J］.通訊世界，2017（19）：222-223.

［2］劉云鵬，王會斌，王娟，等.高壓開關柜局部放電UHF在線監測系統的研究［J］.高壓電器，2009（1）：15-17.

［3］錢勇，黃成軍，江秀臣，等.基于超高頻法的GIS局部放電在線監測研究現狀及展望［J］.電網技術，2005，29（1）：43-46，58.

U224

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.23.074

2095－6835（2019）23－0158－02

陳慶榮（1976—），男，福建人，本科，工程師，主要研究方向為智能化電器。

〔編輯：張思楠〕