高压开关柜内部电气设备局部放电特性的检测与分析

高压开关柜内部电气设备局部放电特性的检测与分析

盛丽君、胡海灵、程伟龙

平高集团有限公司 河南省平顶山市 467000

摘要：绝缘故障是高压开关柜的主要故障，可通过局部放电检测得到故障的信息。高压开关柜局部放电的电气检测方法，分析了各种方法的优缺点。开关柜内部局部放电的主要原因是绝缘缺陷或劣化、绝缘间隙不足。因此，确定局部放电的方式对判断开关柜的状态很重要。对高压开关柜局部放电试验方法进行了试验，以确定检测方法的方向。

关键词：高压开关柜；局部放电；绝缘故障；电检测

当前，高压开关柜广泛用于主要用于控制和保护线路和设备的配电网。绝缘和载流占事故的40.2%，闪络事故占事故的79%。当事故潜伏期可能会在事故发生局部放电，并通过放电的检测相关信息。这对局部放电的研究至关重要。

一、慨况

高压开关柜是直接连接到配电网或用户供电的设备，广泛应用于各种变电站。安全可靠的运行决定了供电的可靠性和安全性，在供电方面起着重要作用。开关柜电气设备长期运行期间，电、热、化学阻尼等受到严重削弱。这是不可避免的，使得电气绝缘甚至变得效率低下。估计50%以上的故障是由绝缘问题引起的。带电检测开关柜，提高其维修的效率，并确保设备安全可靠地运行。现阶段，局部放电检测开关柜方法主要包括超声波、特高频、暂态对地电压及红外热成像检测法等，研究机构已对开关柜内部在线监测系统、局部开关柜模拟平台和局放图谱识别方法进行了相应的研究。由于现场环境影响，不同的局部电压检测方法是合适的，单个检测方法不能充分、客观和真实地反映开关柜的状态。

二、开关柜内部结构及局部放电检测方法

1.内部结构和组件。高压开关柜是由断路器、负荷开关、接触器、熔断器丝、断路器、接地开关、互感器、避雷器、保护装置和辅助装置组成的封闭或半封闭的金属机柜，体积小，便于维护检修。大大减少现场安装所需的时间和工作量。结合现场确定的开关柜类型，对内部开关柜进行了分析，如图1所示。

图1开关柜内部结构示意图

2.局部检测原理。对于产生局部放电它会伴随着电、光、声、热等物理现象。对这些物理量进行检测和分析，提取特征量来评价局部放电和绝缘状态。（1）暂态磁场电压检测（TEV）原理。暂态电压检测原理：电磁波检测开关柜外表面的高频电流，电容耦合测量输出功率和脉冲。其主要特点：局部放电电源的高频信号为3～60mhz，电磁波沿开关柜表面传播，不同厂家的同类开关柜衰减路径相同。由于开关柜结构封闭，柜间传输规律不明确，很多情况下，暂态电压检测结果无法确定放电信号的具体来源。（2）UHF检测原理。UHF检测原理：UHF传感器用于检测开关柜中心局设置过程中产生的UHF电磁波信号（300MHz~3GHz），获取信号的幅值和相位信息。UHF信号只能从机柜的观察缝隙或孔传出，可通过非接触式外部传感器在机柜内使用。远离物理测试。该方法具有较强的抗干扰能力、识别缺陷类型的波形特征和上部特征的准确定位等优点，具有良好的应用前景。（3）超声检测原理。超声检测的原理是通过超声传感器有效地接收超声信号。其主要特点：测量表面放电，幅值为-7～68dBμv；探测范围为10hz～100mhz。该过程不受电磁信号干扰，但对环境噪声或设备机械振动敏感。

3.如何局放判定。为了综合评价开柜内部位置，采用比较法、曲线、参考经验判趋势分析法对开柜内部位置进行判断：（1）比较法。比较方法包括横向比较和纵向比较。水平比较比较相同电压水平下相同开关元件中所有开关的相同测试结果。如果一个或多个开关柜的测试结果大于其他开关柜的测试结果和现场背景值，则可以认为开关柜有缺陷。纵向比较包括比较不同时刻的试验结果，分析开关柜局部放电趋势，获得设备的运行状态。（2）曲线分析。由于所有设备在现场干扰下工作方式相同，因此可以对开关室内所有开关柜进行快速测试，记录测试结果，绘制数据曲线。如果曲线平坦，则无明显放电；如果曲线上有一个凸起，则表明开关柜。（3）参考经验数据。指国外和国内其他地区适用标准见表1和表2。

表1 TEV检测参考判据

表2超声波检测参考判据

4.局部放电定位方法。当前高压开关柜局部放电定位方法有时不同，如差分法、幅值法、平分法、声功率法等。采用多个TEV、AE或UHF传感器，通过时差和振幅确定局部电压位置。声电组合定位方法通过计算电信号与超声波信号之间的时间差，确定开关柜特定位置的异常故障，实现快速准确的定位。

二、局部放电案例分析

1.TEV测试结果。在线检测到某220kv变电站35kv高压开启柜局部放电。局部放电异常信号采用瞬态接地电压法而不是超声波法检测。变电站后柜接地电压试验数据与其他柜相比非常大，最大相对值为32 dB，大大超过标准值20 dB其放电严重。

2.定位放源。2号变电站开关柜内由电缆进、出线、支柱绝缘子和高压侧并联隔板组成。本文通过电源故障测试确定局放源的位置。采用交流YDQ耐压试验变压器，分别提高电缆、支架绝缘子和偶联剂的压力，模拟工作，记录临时接地电压和实时超声波值。试验结果表明电缆与支架绝缘子性能良好，试验值未超过，但对避雷器TEV试验结果异常。其中，2号变电站开关柜的避雷针试验值在停电试验中，C相避雷针暂态接地电压试验值大大高于其他两个相位值，最大相对值为55dB。

3.诊断分析。对开关柜2号电站C相避雷针进行现场解体检查，发现避雷针内阀零件松动，底部有明显裂纹，上部弹簧和部分阀门零件有明显的放电痕迹，但没有进水受潮，从解体中可以看出，2号变电站局部放电是无超声波信号空穴放电，局部放电是由避雷针内阀板脱位引起的。

三、高压开关柜局部放电检测技术的发展

每种电检测法方法各有优点:(1)每种方法各有优点，但其缺点原则上难以克服。根据目前的研究，声光相结合的两种检测方法能够实现互补优势，克服原理上的缺陷，将是一个新的发展方向，如瞬态电压接地法和超声波法相结合。(2)在线缺陷监测可以然而，由于技术上的限制和分析方法，无法准确地确定和确定填埋缺陷的类型和位置。将在线监测等固定装置与移动装置结合起来进行综合分析和判断将变得越来越重要。(3)抗干扰能力是判断各种探测技术利弊的标准之一，也是一个挑战。今后的方向之一是开发更有效的干扰保护技术和更先进的信号保护技术。

为了通过结合开关柜的内部结构特点，提高开关柜电气设备局部放电缺陷的准确判断和定位水平，采用现场检测技术对各种电气设备局部放电特性进行了分析为测量现场局部放电信号异常，需要结合几种局部放电试验方法，检测和定位开孔柜局部放电，跟踪可疑局部放电开关柜，采用几种判断方法对局部电源进行综合评价，提供重要数据。

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