浅谈开关柜局部放电带电检测技术的应用

浅谈开关柜局部放电带电检测技术的应用

纪金水

（广东电网有限责任公司汕头供电局广东汕头515000）

摘要：如今，随着我国电力系统的快速发展，高压开关柜在其中得到了广泛的应用，其能够确保电力系统的正常运行和供电的可靠性。我国电力系统一般采用周期性停电例行检测，但是无法有效发现局部放电诱发的设备绝缘缺陷。目前，为了有效的改善上述现状，开始在电力系统中引入了开关柜局部放电带电检测技术，其可以对设备的运行状态进行有效的检测和评估，从而及时发现设备绝缘故障，确保了供电的可靠性。

关键词：开关柜；局部放电带电检测；应用

我国大部分电力系统的变电站都采用了10kV/35kV金属封闭开关柜，由于受到外界因素的影响，会使电气绝缘强度明显下降，从而诱发一系列的安全事故。目前，停电状态下开展开关柜故障检测技术还不够成熟，而且无法对设备的绝缘问题给予及时、有效的发现，导致检测效果不理想。而局部放电带电检测技术，不仅可以对绝缘性故障给予有效的检测，而且还可以确保故障得到有效的解决，避免事故的扩大化。

1.局部放电带电检测技术原理

与相对脉冲电流法检测技术相比，局部放电带电检测属于间接性检测法，其一般是对局部放电伴生现象进行有效的检测，从而达到预期的检测效果。

1.1暂态地电位检测原理

在电力系统中，如果开关柜出现局部放电现象，将会释放出带电的粒子，并从带电体逐渐转移到与大地相连的非带电体，同时还能够在非带电体上生成较高频率的电流行波，然后以光速的形式向每一个方向进行扩散。由于受到集肤效应的影响，会导致电流行波只能在开关柜金属内表面上进行传播，而不可能穿透金属柜体。但是如果电流行波传播过程中出现在绝缘连接处或金属断开现象时，也会导致电流行波从金属柜体内表面向外表面进行传播，然后以电磁波的形式向周围空间进行传播，这样一来就会在金属柜体外表面生成具有一定强度的暂态地电压，该过程中地电波的范围一般会在1mV-1V的范围内变动，此时可以借助与之对应的暂态地电压传感器进行相关检测。而暂态地电位检测原理如图1所示。与耦合电容传感器相似，暂态地电压检测传感器可以对出现快速变化的暂态电压进行有效的检测，并将检测到信号传输至相应的检测设备处理单元，通过相关运算处理后就可以得到局部放电量的大小。

1.2超声波检测原理

通常情况下，在放电过程中电力设备一般会产生一定幅度的声波。而通过能量的角度对其进行分析发现，放电属于能量瞬时爆发的过程，并且是电能以光能、热能、声能、电磁能等形式进行释放的过程。而且在电能释放的过程中，会在空气间隙出现电气击穿现象，从而完成瞬时放电过程，使电能瞬时转化为热能的形式，诱发放电气体的膨胀，其一般是以声波的形式进行传播。在声波传播过程中，会使传播区域内的气体温度升高，从而构成一个等温区，而且该区域的温度要高于外界的环境温度。在气体冷却过程中，会使气体发生收缩，从而产生较低强度和频率的后续波，一般是可以听见声音的超声波或声波。由于放电产生的声波其频谱宽度一般在几十赫兹到几兆赫兹，而低20kHz的信号就可以被人耳听到，但是超过20kHz的超声波信号就需要借助超声波传感器才可以检测到。根据声能与放电释放能量间的关系，通过对超声波信号声压改变情况进行分析就可以得到局部放电过程中所释放的能量，而且通过对超声波信号的声压进行测量，也能够对放电的强弱进行推测。

2.局部放电带电检测技术的方法

众所周之，在局部放电过程中，经常会出现热、光、声、电等物理现象。常用的局部放电带电检测技术有数据判断法、脉冲电流法、地电波法、超声波法等，现对其进行一一介绍,同时介绍应用地电波（TEV）和超声波（AE）检测功能于一身的手持式便携测试仪（多功能便携式局部放电检测仪（UltraTEVplus+））试验检测到的几个案例。

2.1数据判断法

在局部放电带电检测构成中，数据判断法一般是借助大量的试验和测试来进行相关检测和判断的一种方法。其常用的检测和判断方法有：（1）如果发现开关室内的测试值低于背景值20dB时，可以说明未发现信号源，并且所有开关设备都处于正常；（2）如果开关室内被测值和背景值都超过20-30dB时，可以说明有信号源，此时应该对开关室给予关注，并适当的缩短检测周期，以实现对信号变化的有效测试；（3）如果开关室的背景值低于20dB时，但是部分开关柜的测试值却在20-25dB时，而且测试值均超过了背景值时，则说明应该借助定位系统对放电位置进行有效的检测；（4）如果开关室内的背景值和测试值都超过了3dB时，并且某个开关柜出现了峰值，此时借助定位系统可以对放电信号的位置进行判断。例如当从开关柜上传来放电信号时，而未发现外界干扰信号时，则可以对开关柜采取有效的对策给予解决。

2.2脉冲电流法

目前，在大部分的电力系统中，都选择了脉冲电流法来进行局部放电带电检测，因为该方法具有较高的敏感度，而且能够对放电量给予有效的标定。脉冲电流法一般可以通过对放电过程中所生成的电磁波通过绝缘开关上的衬垫及金属箱体的接缝传播进行测量，该过程出现的暂态电压一般可以通过金属箱体传播到地下。脉冲电流法是局部放电带电检测中应用比较广的一种技术，其主要的工作原理是在局部放电产生电荷移动的过程中，能够检测到移动电荷外围存在的脉冲电流。因此，借助脉冲电流就可以实现对局部放电的有效检测，同时借助脉冲电流法还能够对脉冲电流信号的低频区进行有效的检测，其能够检测到的范围一般在数kHz到数百kHz。在一个正常回路中所出现的常规局部放电一般是将检测阻传入到回路之中，从而达到抵抗信号进行取样的目的。在线检测一般是借助电流传感器来进行有效的测量，从而得到被测对象的脉冲电流信号。

2.3地电波法

如果高压电气设备出现了局部放电现象，会使电磁波沿着金属内表面进行传播。当金属内表面为全封闭状态时，则会把电磁波屏蔽下来，导致在开关柜外面无法检测到放电信号。但是开关柜并非全封闭结构，这样一来就会使放电过程出现的电磁波沿着接缝、开口、盖板等位置传播出去，并产生电压脉冲，而且电磁波也可以通过设备箱体外表面传播到地面上。这些电压脉冲即所谓的暂态对地电压（TEV），借助特制的电容耦合式传感器能够对TEV信号进行有效的检测，从而了解和掌握放电的频率和幅值。虽然地电波法具有较高的检测灵敏度，但是在空气中地电压具有较大的衰减性。

2.4超声波法

在开关柜局部放电过程中，由于电荷的快速迁移和释放，会使放电点周围的机械应力、电场力与粒子力失去原有的平衡而出现振荡，从而发出声波，即所谓的机械振动波。该过程中，超声波传感器借助压电材料所具备的压电效应，就能够对机械振动波进行有效的检测，从而检测出局部放电的程度。同时借助多个超声传感器还能够对声信号与电信号之间的时间差进行有效的测量，从而推算出传感器位置与放电点的距离，以达到一定的定位效果。超声波法具有较强的抗干扰能力，可以在强电场环境环境中发挥作用，而且还可以有效的检测到松动、电晕、悬浮放电等现象。但是由于超声波的方向性较强，波长较短，而且还能够在两种材料边界发生全发射或局部反射，同时在传播的过程中，还可以发生干涉或叠加现象。因此，在进行超声波法检测的过程中，声波信号的传播路径和介质会对其灵敏度产生一定的影响，因此在实际检测过程中，最好多选几个测试点，从而确保检测结果的准确性。

2.5现场联合测试技术

由于超声波法和地电波法在局部放电带电检测过程中存在着一定的局限性，单独选择任何一种检测方法都不能够对局部放电现象进行有效的描述，而将两种方法结合在一起，可以达到不错的检测效果。目前，通常以地电波检测为主导，同时辅以超声波检测。借助现场联合测试技术可以对10-35kV开关柜的局部放电现象进行有效的检测。在进行地电波法进行检测过程中，由于会受到现场干扰的影响，所以在开始测量之前要做好干扰排除措施，可以将开关室内的排风扇关闭、借助地电波法的脉冲数（2s内）来对干扰源进行判断、采用不同时间进行测试等。开始测试之前，要把前后金属门及开关室内空气测试平均值作为参考值。在进行测试时，首先局部放电容易发生的位置，如开关闸刀、母排、电缆接头等，或者也可以对每一面开关柜的两个侧面及上、中、下部分作为测试点。

当通过地电波法发现异常之后，就可以借助超声波法进一步确认，在超声波法检测之前一般需要将探头朝向空气读取背景值，而且在进行测试的过程中，还需要将传感器与每个开关柜的缝隙对准，从而有效的接受信号，当耳机中传出放电声时，就是所谓的超声波信号。在现场联合测试技术中，当超声波法的检测值大于6dB或地电波法检测值大于26dB时就应该给予高度的关注，同时还需要与开关柜的背景读数进行对比，从而确保测量数据的准确性。下面是运用地电波（TEV）和超声波（AE）联合测试技术制造的一款手持式便携测试仪（多功能便携式局部放电检测仪（UltraTEVplus+））试验检测到的几个案例分析和结果。

案例：1

2013年06月19日（天气：多云；温度：29℃；湿度：75%），对濠江区10kV觉河线1#环网柜第四单元的开关柜进行带电状态检测，结果为局部放电超标（脉冲值：250；TEV模式：背景值3dB，检测值30dB；AE模式：检测值29dB，通过超声波耳机听到较明显的放电声音），通过观察窗口看，电缆T型头A、C两相封帽绝缘护套缺失，A、C相电缆T型头绝缘塞表面盖上有水珠，C相T型头绝缘塞上面有一条掉落的电线，绝缘塞对电线持续放电，肉眼可见的紫蓝色放电火花，情况如图1所示。

事后，对开关柜进行检查，分析认为是开关柜内二次接电线由于安装工艺不良而脱落，电缆进线口密封不紧，且天气潮湿，A、C两相T型头绝缘塞表面吸附水分形成大量细密凝露，且由于A、C两相封帽绝缘护套缺失，安全距离不够，进而激发紫蓝色放电火花，最终致使局部放电现象。

3.开关柜局部放电带电检测过程中的注意事项

（1）按照电力系统各变电站的检修状态进行检修，并适当的扩大局部放电检测设备的数量。在获得检测数据之后，还需要根据其他的测试项目进行针对性的分析，从而确保开关柜局部放电带电检测的有效性；（2）对开关柜局部放电带电检测过程中，还需要借助同类比较、数据分析、分析判断等方法来提高开关柜在线检测能力，对局部放电带电检测的结果进行系统的分析，从而为判断开关柜是否能够正常运行提供参考；（3）借助局部放电检测仪和与之配套的分析软件，可以提高对干扰波形的判断能力，有效把握设备放电的时间和特点；（4）在选择开关柜局部放电带电检测仪的过程中，还需要采取其他手段来实现对预防性测试结果的补充，这样可以及时发现开关柜中潜在的安全隐患，保证设备能够持续、安全的运转，确保电力系统供电设备的可靠性和安全性。

4.结束语

在我国电力系统发展过程中，一般可以借助局部放电带电检测技术来实现对开关柜的有效检测，从而保证供电设备能够正常的运行。在局部区域内，当发现区域介质与电场强度的相同时，则说明该区域存在局部放电现象。此时可以借助局部放电带电检测技术来对开关柜故障部位进行有效的检测和定位，从而及时发现开关柜中潜在的安全隐患，并采取有效的措施给予解决，以确保电力系统的安全、可靠运行。

参考文献

[1]刘喆,马垚.基于带电检测技术的开关柜局部放电缺陷查找[J].机电信息,2016,8(1):84-85.

[2]黄诗敏.10kV开关柜局部放电带电检测技术应用与仿真分析研究[D].北京交通大学,2015.