開關柜局部放電檢測技術及發展前景探討

郭夏杰

浙江天藍環保工程有限公司 浙江杭州 311202

1 局部放電現象產生的危害

第一，導致系統設備絕緣性減少、促進老化；第二，導致不必要的電能被浪費。因為高壓開關有相當高的電壓，有些介質的擊穿場很強，這樣就容易對系統的不同類型的絕緣外皮產生不良影響，在這種高電壓下電流有很強的破壞力，而且在局部放電的作用下絕緣皮容易出現老化的情況，兩者呈正比關系。關于電能浪費，多次的局部放電容易導致系統有更高的電能損耗，曾經有研究人員調查某地10座大型商業建筑和民用建筑，最終的調查結果顯示如果局部放電非常嚴重，會容易造成電能損耗加大。因此，對于電力系統工作必須要注重局部放電問題。因為局部放電自身具有一定的隱蔽性，所以分析高壓開關柜局部放電帶電檢測技術是非常有必要的。

2 開關柜局部放電檢測技術及發展前景

2.1 超聲波法

超聲局放檢測方法是較早采用的局放檢測方法之一，作為非侵入式的檢測方法，在特高頻檢測方法提出之前一直是電力設備主要的局放檢測方法。對于變壓器、開關柜，超聲作為檢測及輔助定位技術，是實現設備局放源精確定位的關鍵。超聲波測試最顯著的優點是沒有強大的電磁擾動，超聲信號的局部放電時域和頻域特性的解析非常詳盡，檢測靈敏度和抗干擾能力更強。但國內外超聲波檢測技術也存在許多不足，導致超聲波實時檢測有一些不可避免的缺陷，如：柜壁內自由顆粒的碰撞也許會對測試結果產生影響[1]；復雜的開關柜內部的絕緣結構會造成超聲波大大衰減，可能無法檢測到絕緣內部的放電；超聲波檢測范圍非常有限，通常信號衰減較大，這將導致現場工作量增加；超聲波檢測僅適用于顆粒，浮動電位放電，對于其他類型放電（如絕緣內部放電）較不靈敏等。

2.2 脈沖電流法

當開關柜內部的絕緣材料等發生局部放電過程時，必然會存在空間電荷的產生與復合，同時也會隨之產生相應的較陡的脈沖電流信號，而以這個脈沖電流信號作為測量對象的局部放電檢測手段稱之為脈沖電流法。脈沖電流法是由英國電氣協會提出的，為了避免無線電的干擾，其采集的是局部放電頻譜中的數kHz到數百kHz的低頻率波段的部分。

在應用脈沖電流法進行局部放電檢測時，默認將絕緣材料等效成一個集總參數結構的對地電容，而在局部放電時會在這個等效電容上出現一個瞬的脈沖電流，在其兩端也會產生電壓變化，利用電容的耦合作用在檢測阻抗中會同樣產生脈沖電壓，分析該電壓即可獲得放電相位、放電量等一系列局部放電相關的信息[2]。這種測試方法對電流的反應極其敏感，且可以通過給定的電荷量脈沖注入校正定量來計算出放電量。脈沖電流法的不足處是由于現場干擾較大，使實驗結果偏差比較厲害，所以對脈沖電流法的檢測區域有較大限制。同時電流法測量間隔時間長，頻率帶寬窄，能夠容納的數據較少。

2.3 暫態地電壓法

暫態地電壓檢測法是采集的電氣設備在局部放電時，在裝置的金屬表面對地出現的一個持續納秒級的暫態電壓脈沖信號。通過其讀數的大小來判斷局部放電的嚴重程度，并由電磁波的衰減特性來對設備內部局部放電情況進行檢測和定位。電容耦合式探測器可以對裝置金屬表面檢測，記錄瞬間電壓脈沖的幅值。經過兩個電容耦合探測器的數據比較，可以由時差法計算出局部放電的準確地點。John Reeves在上世紀七十年代發覺了這些電壓脈沖，并取名為暫態對地電壓。國內對暫態地電壓檢測技術研究比較先進的是西安交通大學，他們研究了不同電極模型下開關柜局部放電的放電特征[3]。但由于檢測位置經常受限于開關柜的構造以及縫隙等，暫態地電壓檢測法難以做到定位的精準。

此外，雖然暫態地電壓法檢測技術可以檢查出開關柜體內部的放電故障，但由于開關柜的數量多，種類繁雜，結構繁瑣，并且通常緊湊型的設備不可以裝配固定的大型檢測設備。更重要的是，基于暫態地電壓法的局部放電監測設備的成本太高，而開關柜設備的造價較低，兩者之間不成比例。因此，開關柜設備不能像變壓器等設備一樣在線監測，只能通過帶電檢測的方法來進行研究。因此，暫態地電壓法還需要一定的改進，比如在檢測周期和數據分析處理方面必須深度地確定。

例如：某變電站開展高壓室開關柜局部放電檢測時，發現10kV開關柜F20、F21等7個開關柜TEV數值存在異常情況。對F21號等7個異常開關柜開展了UHF帶電測試。每個開關柜背面共4個可測試點，見圖1，包括開關柜背面中部開關室2個觀察窗A、B點，開關柜背面下部電纜室觀察窗C點和排風孔D點。

圖1 TEV定位測試示意圖

總而言之，局部放電難免會損壞電力系統部件，也會造成不必要的電能消耗。當前普遍運用的檢測技術包括暫態地檢測和超聲波檢測。這些檢測技術的基本原理是不同的，在實際工作可以結合具體情況選擇適宜的檢測技術。這樣可以保證檢測結果的準確性，也可以提高檢測效率。