高压开关柜局部放电检测技术研究及应用

高压开关柜局部放电检测技术研究及应用

孔超 范瑶

西安宝光智能电气有限公司

摘要：现阶段中，人们对电力的依赖程度越来越高，电力在人们生活中的作用越来越明显。开关柜作为电力系统中的关键组件已广泛应用于输电配电网络，承担着开合、控制和保护用电设备的作用，其运行可靠性直接影响着电力系统供电质量及安全性能。变电检修、电气试验一般为周期性工作，可能不能及时发现设备存在的缺陷。电力设备局部放电检测技术可以及时发现设备存在的缺陷，保障电力系统平稳、高效运行。本文主要介绍了局部放电检测技术的原理和应用，为电力行业中故障诊断提供借鉴与参考。

关键词：高压开关柜；局部放电；检测技术；应用

引言

高压开关柜是直接面对用户的电力设备，具有是极其重要的地位，其可靠性直接关系着系统稳定性。保证开关柜安全运行的关键是对开关柜运行状态进行有效监测、预判和合理检修。局部放电作为一种潜在威胁，直接影响着开关设备和电力系统的稳定和绝缘安全。因此，对开关柜局部放电进行检测和定位是发现其内部早期绝缘缺陷的基础，可用于指导巡检人员对开关柜进行下一步操作、维护及检修。

1开关柜局部放电产生的原因

当外加电压在电气设备产生一定场强，使绝缘部分区域发生放电，但在并未形成固定放电通道的这种放电现象称为局部放电。主要分为四种:沿面放电、电晕放电、内部放电以及悬浮放电。然而，开关柜的局部放电分为两种:沿面放电和内部放电，据统计，开关柜局部放电中沿面放电百分比大。发生在绝缘介质表面的局部放电称为沿面放电。沿面放电电压主要受电压波形、空气污秽程度、电场分布情况、介质表面状况和气候条件等因素的影响。发生在固体绝缘介质内部的局部放电称为内部放电。由于材质和工艺等缺陷，使绝缘介质内部在生产过程中会存有少量杂质和气隙，从而形成绝缘内部缺陷。当在绝缘介质上施加高电压时，内部缺陷就可能发生局部或重复性的击穿。内部放电的发生主要受与气隙的大小、形状、位置及气隙中气体种类和介质本身特性有关条件的影响。

2局部放电带电检测方法

2.1特高频检测

设备发生局部放电时的电流脉冲能在内部激励频率高达数千兆赫兹的电磁波，特高频检测技术利用这种电磁波信号来检测局部放电。检测开关柜时，常利用外置式传感器通过开关柜的金属缝隙或观察窗部位进行检测。特高频检测能有效避免现场300MHz以下的电晕干扰，具有较高的检测灵敏度和抗干扰能力。

2.2超声波检测

超声波检测技术是通过采集电力设备发生局部放电时产生的超声波信号，进行处理和分析来获取设备运行状态的一种检测技术，又称声发射法。当电力设备发生局部放电时，会产生频率大于20kHz的超声波信号，通过超声波传感器可以检测到因放电产生的超声波信号，从而判断设备局部放电情况。

2.3暂态地电压检测

电力设备内部发生局部放电时，放电脉冲激发的电磁波能在设备金属外壳上产生瞬时的对地电压，这些瞬时电压脉冲可由设备外表面安装的特制耦合电容传感器检测，从而判断设备内部绝缘状态。

3高压开关柜局部放电智能检测系统原理及功能

3.1相关原理

开关柜在进行使用的过程中，温度与放电情况与负载电压、电流以及环境的因素具有十分密切的联系。为了更好地进行开关柜的判断，通过智能在线监测系统对外在因素进行测量与判断，获得接口位置的电压、电流等的运行状态与参数，从而可以对开关柜的状态进行综合分析状况。比如，在每天同时间内的接触点温度的变化情况，一定时间段内的电流变化等进行详细了解。同时，在统一环境下的温度与开关柜状态之间具有较强关联性，可以利用电流情况对温度变化进行分析，判断其变化是否合理。开关柜在放电过程中其开关启动与闭合所存在较大的差别。因此，在电力系统放电过程中需要对开关的状态进行判断。同时，电力系统在放电的时候容易受到电压、电流大小以及环境湿度的影响。接触放电与温度的变化也存在十分密切的关系。因此，基于智能在线监测系统的开关柜的状态进行精确的分析与判断。当前，我国的开关柜在进行监测过程中使用最多的就是对温度进行测量，且没有针对开关柜的负载、环境等众多因素进行分析，对于电触头工作状态不能进行诊断。但是，采取智能在线监测系统在开关柜中的使用可以对温度、湿度、电压、电流等众多因素进行分析，对开关柜的状态进行整体了解，对电力系统的运行情况中可能存在的故障进行综合分析，将潜在的故障进行及时诊断，避免重大问题的产生，避免经济效益与社会效益的产生。开关柜的智能化发展是时代的趋势，智能在线监测系统可以对电力系统中开关柜的使用进行保护、控制与监视，也可以对运行过程中产生的数据进行自动分析，进而实现内部与外部信息之间的沟通，在最大程度上满足系统集成中的相关需求。

3.2紫外电弧光传感技术

这一项技术的使用在进行研究的过程中利用紫外传感器进行探测，其是智能在线监测系统在开关柜中使用的重点，其可以对电力系统中放电情况下的紫外线辐射情况进行详细准确的监测与判断。

3.3电弧光超声探测技术

这一技术在使用的过程中是智能在线监测系统在开关柜中所研究的重点。这一技术在使用过程中主要是通过开关柜的放电情况进行分析，从而对运行状态中的超声音频进行采集与处理，为故障产生与故障判断提供相关依据。（1）无线温度测量与传感器组网技术。这一技术在研究过程中主要是针对电网系统中存在的低功耗情况进行研究，从zigbee的无线测温技术进行出发，结合无线传感组网、路由、协调等众多方面的技术进行分析与研究，进而更好地了解智能在线监测系统在开关柜中的使用。（2）SCADA系统的接口技术。这一技术的使用在进行研究过程中主要是针对通讯协议等方面进行分析，从而进行信息的获取、收集、分析与处理等。（3）开关柜状态的评价判断。通过这一个技术的使用主要可以获取到温度、紫外线数据、湿度、温度、电流等情况进行综合性分析，从而在各种数据的基础上面得出开关柜的运行状态。从以上三种技术进行分析后可以进行开关据的设计，从而可以对电网状态进行综合性评判，将故障数据进行正确诊断。基于智能在线监测系统开关柜可以实现对开关柜的正确诊断与分析。就目前阶段来说，开关柜数量非常多，由于开关柜所引起的故障也相对较多，采用三种技术综合可以有效将故障进行充分分析，进而将运行状态进行监测，对所获得相关数据进行分析，从而最大程度降低故障发生率，产生较大的经济效益与社会效益。

结束语

综上所述，电力系统在人们生活与工作中的地位越来越重要，如何保证电网的稳定、安全运行十分重要。开关柜是电力系统中的重要组成部分，对其运行状态进行监测是十分重要的。在如今智能化时代中，智能在线监测系统在开关柜中的使用将成为一个趋势。特高频局部放电检测较其他检测方法的检测灵敏度较高，可有效发现开关柜内部绝缘缺陷。现场检测环境复杂，在对开关柜检测时建议结合其他方法重点开展特高频检测，依据局部放电机理缺陷特征和设备结构，进行缺陷类型综合判断。必要时应立即停电检修，避免绝缘劣化引起突发故障。

参考文献

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