一种小型通用式开关柜局放检测装置的研发与10kV开关柜局部放电检测方法研究

一种小型通用式开关柜局放检测装置的研发与10kV开关柜局部放电检测方法研究

曾鸿润

广东电网有限责任公司汕头供电局  广东汕头 515000

摘要：在电气设备中，由于开关柜受到局部缺陷问题的影响，随即所引起的放电现象则称之为开关柜局部放电。在开展开关柜局部放电检测工作时，其目的在于加强对设备的监测，在及时发现放电缺陷位置之后，基于准确全面的定位和分析，提出有效应对措施，避免形成更大的故障或者事故。因此，结合开关柜局部放电原理与相关特征，根据其原因探索传统和新兴的局部放电检测方法，通过对两种检测方法的对比，结合相关案例提出有效优化对策，以供参考。

关键词：10kV；开关柜；局部放电；传统检测；新兴方法

引言：在10kV配网的运行过程中，开关柜的工作状态正常与否直接决定了电网运行的安全和稳定，因此10kV配网开关柜有着十分重要的作用，将其作为配网系统全面控制中的重点，针对局部放电这一常见问题，认真组织局部放电带电检测作业的开展，对促进10kV配网安全性能的提升具有现实指导意义。

1.10kV开关柜局部放电的原理与特征

开关柜在生产、运输及安装过程中，若内部有金属轻微变形突起、表面出现毛刺或是绝缘体的老化或灰尘覆盖就极易导致在绝缘的内侧或表层引起局部放电现象的发生。局部放电现象也可表现在高电压汇流排的连接部位，也可以表现在触头接触不良时，在制造和组装过程中，如果发现了金属颗粒，即使没有接触，也会伴随着高电压导线的接近而发生放电，而开关柜的四周都是密封的金属结构，可以对外部的电磁波进行有效的隔绝，柜体的内部存在局部放射的信号，也能存在于内部而不随意传到外界，因为局部放电现象的发生过程复杂且隐蔽，致使运维过程中难以被及时发现。在探测开关柜内部局部放电信号时，本身有着较高的信噪比，利用信号处理技术，可以使局部放电信号检测操作更加容易。

2.传统局部放电检测方法

2.1地电波检测法

随着开关柜局部放电问题的出现，若处于绝缘层，此时会产生电磁波，而金属外壳会屏蔽掉一大部分的电磁波，但仍然有小部分传播到外界。随着的电波的产生，会通过金属外壳传到地下，维持在几毫伏到几伏特的范围内。在试验过程中，对于运行中的开关柜，可将其外表面的局放探测器与仪表的探针相接触，在检测过程中，主要是以局部放大的状态进行检测。

2.2超高频检测法

在产生局部放电现象时，电磁波的频率很高，所以可以通过两个探测器，来判断放电的位置。利用 PD超声检测器，在开关柜金属表面放上检测探头，整个检测过程高效且简单[1]。

2.3超声波检测法

局部放电是一种以声能、热能、光能、电磁能等各种形式的能量瞬间迸发的过程，并伴随着电能的释放，在空气中产生击穿，实现瞬间放电，将电能瞬间转换为热能。用作放电器的中间气体，使得气体膨胀，通过声波向外传播。当气体在某一温区中被加热时，使其处于高于周围环境温度的高温状态，冷却后则发生收缩，并产生后续波，其频率超过20kHz。在检测时，可以利用超声波原理，借助局部放电超声巡检仪器，针对开关柜的表面，能够实现对局部放电检测点的直观检测。

3.新兴局部放电检测方法

3.1暂态地电压检测法

在较高的电场强度下，对电内的电介质产生了作用，在电极间没有击穿的现象，而是出现在导线周围或其它部位。从内部放电、表面放电、电晕三个方面对其进行分类，发现各种物理现象，如电磁波、光、热、超声等。暂态地电压法属于目前比较主流的检测方法。暂态地电压检测具有灵敏性，能够快速做好定位，在金属断裂处或绝缘接头处，电流波向外侧区域传播，该区域内有电磁波渗入，并与金属外表面接触，此时会形成瞬态对地电压，该测试可以通过耦合电容式传感器来实现。

3.2光学检测法

对于10kV开关柜，红外光学法属于先进且有效的检测手段，通过运用红外光学技术，对10kV开关柜进行全面监测。利用专业的红外成像设备，精准捕捉开关柜各个部位所散发出来的红外辐射，敏锐察觉并转化为清晰的热成像图像，在显示屏观察不同区域的温度分布情况，能够及时发现问题并处理。

4.不同检测方法的比较与分析

暂态地电压检测方法原理简单，且安装与操作比较便利，可以针对设备进行带电检测，总体投入成本不高，利用在线检测的方式，促进缺陷发现效率的提升，以便尽快消除缺陷和隐患。但对于套管、终端、绝缘子的表面，由于放电频谱比较低，所以敏感度不高[2]。

对于超声波检测法，可以减少电气方面的干扰，使放电源定位操作更加准确。但是，当有自由粒子存在时，极易与开关柜的壁面发生碰撞，对测试结果产生影响。由于开关柜的内部绝缘结构较为复杂，极易发生超声波的折反射、衰减等现象，因此很难准确地发现某些局部放大现象。

5.一种小型通用式开关柜局放检测装置的研发

上述对于暂态地电波检测法、超声波检测法的对比由于存在一定局限，所以本文以研发一种小型通用式开关柜局放检测装置进行运用来进行分析。借助装置中的液晶显示面板，可以针对局部放电量予以实时读取，通过与开关柜带电指示器的集成，形成一体化的系统。利用高压带电指示器的输出接口，既可以在不停电的情况下完成安装，也能够不改变现有的柜体柜门等结构。

在开关柜中通常设置有充电显示装置，该显示装置采用母线支承绝缘子，并将电容器与 LED灯串联，以显示三相母线是否有电。该装置提出了一种利用等效电容进行局放试验的新方法，即用一个等效电容与一个带电显示器的外部试验系统相结合，从而实现对局放过程的实时监控。由于使用开关柜中原来的绝缘子等效电容，所以在监控过程中，无需额外增加电容器，从而降低实际的安装费用，简化接线工作。

该装置在应用于10kV配电开关柜中时，通过使用前局放信号引线接口以及后局放信号引线接口来对多个电路进行分路检测，通过使用散热风扇来对外壳内部的热量进行排出，通过使用内定位柱以及限位卡座来防止检测线束在开关柜内部产生伸缩晃动，通过使用绝缘胶圈来提升检测线束的绝缘效果，上述设计可充分满足该装置在实际应用中的安全可靠运行。

通过分接头来对多个检测电路进行集中检测，通过在装置内部装设一组用于对消除开关柜内部各种等效参数影响的PD信号发生器、局部放电测试信号加强的局放加强器以及一组用于对检测数据进行计算处理的控制设备，可聪一定程度上减少信号的扰乱与干扰，提高该装置在检测过程中的精确性。

通过使用等效电容器来对作为脉冲电流法局部放电测试的耦合电容器，并通过集成了局放加强器的带电显示装置外接测试系统，借助局部放电检测技术的支持，促进监测灵敏度的提升，且装置功能齐全，实现对局部放电的监测。运用了故障指示器和高压带电指示功能，针对设备绝缘缺陷，在监测时具有连续性和实时性，可以快速发现电气设备在运行时的异常状态。

结束语：在电力行业和工程领域中，开关柜局部放电检测具有广泛的应用前景，可以帮助行业快速发现放电缺陷，从而及时解决，避免产生重大事故和安全隐患，有利于保障设备在运行时的安全性与可靠性。在分析和处理放电信号时，提取有关特征参数，可以客观评估设备的健康状态，在日常运行维护及监测和智能运维等环节均有着关键的指导作用。

参考文献：

[1]汪晨,余嘉文,陈强.10kV开关柜局部放电检测方法研究[J].计算技术与自动化,2022.

[2]田超华,吴国森,赵欢,等.一种配电室10kV开关柜局部放电检测方法及系统:202310837397[P][2024-05-13].