开关柜局部放电带电检测技术的应用

开关柜局部放电带电检测技术的应用

姜少华赵易辰范亚红张亮海

（国网山西省电力公司晋中供电公司山西晋中030600）

摘要：随着我国电力系统的不断发展，开关柜在电力系统的应用也逐渐广泛。在电力系统中一般会利用局部放电带电检测技术对开关柜进行检测，通过这一方式可以有效的对开关柜异常故障进行检测，同时取得良好的应用效果。本文通过对开关柜故障原因的分析，提出开关柜局部放电带电检测技术的应用。

关键词：开关柜；局部放电；带电检测技术；应用

在我国的电力系统中，各个变电站已经利用了10kV/35kV金属封闭开关成套设备。在这些电气设备中，由于外部因素，例如，电、化学、热等因素的影响，会导致电气绝缘强度降低，从而发生故障。在对全国变电站的不完全统计下，全国的电力系统开关柜事故中由于截流或者绝缘所引起的故障高达40.1%，由于绝缘部分出现闪络的事故达到了79.2%。在停电状态下对高压开关柜内的故障进行检测并进行带电检测的技术不太成熟，在预防性实施周期内，很难发现绝缘劣化等问题。由于在电力系统的变电站中，高压开关柜设备放置在柜内，即使设备出现异常状况也不容易及时被工作人员发现。红外测温也不能够对内部设备的故障，因此通过局部放电带电检测能够有效地检测出绝缘性的故障原因，采取有效的措施解决安全隐患，避免击穿等突发事故。

1、局部放电检测原理

局部放电是指发生在电极之间但并未贯穿电极的放电，这些原本微弱的放电产生累积效应，会使绝缘的介电性能逐渐变差，最后导致整个绝缘击穿。局部放电主要分为绝缘材料内部放电、表面放电、导体尖端放电等，以电磁波、声波、气体形式等释放能量。我公司应用的便携式开关柜局部放电带电检测系统可以测量超声波和暂态地电压两种放电信号。

1.1超声波检测

高压电气设备内部存在局部放电时，会产生超声波，且超声波很快向四周介质传播。伴随超声波能量的放出，超声波信号以某一速度通过不同介质(隔板、油、SF6气体等)以球面波的形式向四周传播。由于超声波频率高，波长较短，方向性较强，因此它的能量较为集中，容易进行定位。超声波检测主要采用20kHz以上的频率，可不受外部噪声的干扰。通常认为，当技术人员在被测设备外壳的接缝处进行测量时，由于探头完全置于设备体外，放电信号通过绝缘介质衰减很严重，灵敏度较差。此时定量分析比较困难。可见，某些场合下，超声波检测仅对局部放电初步检测及比较严重的空气中放电才比较有效。

1.2暂态地电压检测

根据麦克斯韦电磁场理论，局部放电现象产生出变化的电场，变化的电场激起磁场，而变化的磁场又会感应出电场，这样，交变的电场与磁场相互激发并向外传播，形成了电磁波。放电产生的电磁波通过金属箱体的接缝处或气体绝缘开关的衬垫传播出去，同时产生一个暂态电压。暂态电压经过设备的金属箱体外表面而传到地下去，这些电压脉冲即为暂态地电压。当开关柜的内部元件绝缘对地发生局部放电时，小部分放电能量会以电磁波的形式转移到柜体的金属铠装上，并产生持续约几十纳秒的暂态脉冲电压，在柜体表面按照传输线效应进行传播。地电波局部放电检测技术采用容性传感器探头检测柜体表面的暂态脉冲电压，从而发现和定位开关柜内部的局部放电缺陷。

2、对开关柜局部放电带电进行检测的意义

在电力系统的运行过程中，开关柜已广泛应用于电力系统的发电、配电、输电以及电能转换等工作当中，在整个电力企业的发展中，有着举足轻重的地位和作用。然而，在对开关柜的检测工作中，都是在断电的情况下进行的，对开关柜局部放电带电的检测相对较少。由于开关柜预防性实验周期为六年，因此，在这实验周期内很难详细地掌握开关柜的情况和问题，这就使得对开关柜的检测很难真正实施，不能及时对对开关柜存在的问题进行检测和维修，进而产生故障。而且，开关柜是安置在安装箱内，电力设备的运行的过程中若发生故障，工作人员也很难在巡视的过程中及时发现，这也给电力系统的安全稳定运行带来很大的安全隐患。因此，积极加强对开关柜放电带电进行检测能够及时了解和掌握开关柜内部设备的放电变化情况，并且做好有效的事故防范措施，确保电力系统的安全稳定运行。

3、局部放电带电检测技术的应用

我们知道，在发生局部放电的过程中，常伴随着热、电、光、声及化学分解等物理现象。在这些局部放电的检测过程中，我们可以通过脉冲电流法、紫外成像法、震荡波法等多种检测方法对开关柜进行局部放电检测。

3.1脉冲电流法

我们可以通过放电过程所产生的电磁波所通过金属箱体的接缝及绝缘开关上的衬垫传播来测量。在这个过程中会产生暂态电压将通过金属箱体传送至地下，这些电压脉冲即为暂态对地电压。脉冲电流法作为一种应用较早的局部放电带电检测技术，其工作的原理是，当局部放电产生电荷移动时，在移动电荷的外围可以测量整个回路中所产生的脉冲电流。从而，通过脉冲电流来检测局部放电。利用脉冲电流法可以较好地检测出脉冲电流信号的低频区，通常范围在数kHz到数百kHz。在回路中常规局部放电主要通过在回路中传入检测阻来抵抗信号进行取样。而在线检测则往往通过电流传感器进行测量，获取被测对象的脉冲电流信号。目前，在我国电力系统中所采用的局部放电检测法往往都是脉冲电流法。脉冲电流法的主要特点是被测量敏感度较高，可标定放电量的一种测量检测方法。

3.2数据判断法

数据判断法主要是通过大量的测试以及测试的经验来判断检测的一种方法。以下是常用的几种判断方法：若发现开关室内的测试值与背景值都低于20dB时，则表示没有出现信号源，一切开关设备都正常。若开关室内背景值与被测值都处在20~30dB以上时，则表示出现信号源，应该关注开关室，缩减检测的周期，注重测试信号的变化。若开关室内的背景值处在20dB以下，而某几个开关柜的测试值处在20~25dB，且测试值大于背景值则表示测试人员应该通过定位系统来检测放电位置并采取相关的措施。若当在开关室内，测试值和背景值都处在3dB以上，并且在其中的某个开关柜上出现了峰值，则可以通过定位的方式来判断放电信号的位置。例如，如果发现有放电信号从开关柜上传来，而不是来自与外界的干扰信号，那么我们就需要立即对开关柜采取相应的对策进行处理。

3.3现场联合测试法

通过以上两种对开关柜局部放电带电测试技术的分析，我们可以看出这两种方法各有利弊，在实际的应用中都存在一定的局限性，不利于提高检测的准确性。因此，应该对某一信号进行全面的分析而不是单独地对某一信号做出描述。所以，在实际的检测过程中，我们需要结合多种检测方法进行检测。通过联合检测模式对开关柜进行局部放电带电检测。例如，我们可以先通过脉冲电流法来排除现场的干扰措施。在测试的过程中超声波法以及数据分析法进行进一步的判断，从而获得正确的结果。

4、结语

地电波法和超声波法的联合带电检测方法能够准确地反应开关柜的潜在故障，现场应用效果较好。超声波法在实际过程中甚至能够检测到地电波法发现不了的缺陷，特别是异常主要表现为柜体内部机械振动时，超声波法更具优势。目前开关柜局放和缺陷分析尚处于积累资料阶段，且现有的检测技术仍然无法准确地判断故障类型和故障程度，因此有必要研究开关柜局放综合管理和数据分析系统，对测试数据进行统计、归纳、分类，对放电类型和故障类型进行模式识别，综合评价设备运行状态，并由此建立专家数据库，为设备状态监测的推广奠定基础。

参考文献

[1]编委会.高压电器稳定性试验新技术新设备应用与操作及检验标准实务全书(全三卷)[S].2005:147.

[2]何肖军,徐志斌.高压开关柜绝缘性能检测与故障诊断技术研究[J].浙江电力,2010(5):5-10.