带电检测技术在开关柜局放中的应用

带电检测技术在开关柜局放中的应用

闻玉凤

（国网晋城供电公司山西晋城048000）

摘要:电气设备的运行可靠性在很大程度上取决于电气设备的绝缘性能，而衡量设备绝缘性能的重要标准之一是局部放电的发展程度。为使带电检测技术在开关柜局放中的应用更科学、更合理，本文介绍了开关拒局部放电检测常用方法，分析了他们的检测原理，并列举了3种典型的部放电模型。利用地电压法对开关柜进行现场测试过程中有效发现异常故障，取得了实际效果。开关柜局部放电检测技术应当在记录大量典型模型数据的基础上来不断完善。

关键词:带电检测技术；地电压法；超声波法；开关柜；局部放电；应用

以往的设备局部放电现象大都由巡视人员通过目视、耳听等方式进行检查判断，缺乏及时性与准确性，待到发现缺陷时，局部放电现象可能已经发展到异常严重程度。与传统的巡检和停电试验相比，局部放电的带电检测技术在发现设备潜伏性隐患故障方面具有显著优势。

目前，我国电力系统普遍采用状态检修模式，状态检修的基础是需要提前掌握设备状态信息，并依据信息提出检修决策与建议，局部放电的带电检测已经成为设备状态评价的重要技术手段之一，其技术应用对于保证各级电网安全可靠运行具有至关重要的意义。

1、开关柜带电检测技术

1.1地电压法

当高压电气设备发生局部放电时，其局部放电源的周围激发出大量电磁波，并向四周传播。事实上，开关柜不是全密封机构，当电磁波通过金属箱体的开口、接缝处或气体绝缘开关的衬垫时，会产生一个暂态电压脉冲，通过设备的金属箱体外表面而传到地下去。此类电压脉冲信号称为TEV信号，其反应灵敏度高，我们可通过金属箱体检测到开关柜内部的局部放电信号，这就是地电压检测法。

1.2超声波法

电气设备发生放电过程中，随着放电的发生，其周围的机械应力、粒子力会发生振荡而产生超声波，且很快向四周介质传播。伴随有声波能量的放出，超声波信号以某一速度通过不同介质(隔板、油、SF6气体等)，并以球面波的形式向四周传播。由于超声波频率高且其波长较短，因此它的方向性较强，能量较为集中，抗干扰能力强，容易实现检测，但其通过两种材料边界时会发生反射，传播过程中会很快衰减，故其检测灵敏度较差。

2、开关柜带电检测技术原理

局部放电是一个复杂的化学物理过程，发生放电时不仅存在电磁辐射、能量损耗，而且还伴随声、光、热等一系列现象，开关柜带电检测技术可以通过检测局部放电过程中发生的各种现象来判断放电位置及严重程度，为停电检修提供充足的数据支持。目前常用的开关柜带电检测技术有暂态地电压检测、超声波检测。

2.1暂态地电压检测技术

高压开关柜内部发生局部放电时，带电粒子快速由导体向外迁移.在开关柜柜体上产生高频电流行波。受集肤效应的影响，电流行波无法穿透金属柜体，只能集中在开关柜内表而，当遇到不连续的金属断开而时，电流行波从内表而转移到外表而，以电磁波的形式向空间传播，且在金属柜体外表而产生暂态地电压，该信号可由特定的传感器接收、识别。通过对比开关柜不同部位接受到的暂态地电压信号幅值大小、重复程度可初步判断局部放电的位置及危险程度。

2.2超声波检测技术

局部放电发生时，电荷的快速迁移会引起开关柜内粒子出现振荡性机械运动，从而产生声波。通过开关柜间隙检测到声波强度正比于放电活动强度，放电活动达到一定程度导致绝缘击穿，危急设备、人员安全。开关柜中的局部放电信号频率为10~1000kHz,使用超声波传感器可有效检测声波信号中的特征信息。

实际使用中的便携式开关柜超声波局部放电检测设备只能简单地测试信号强度。为掌握更多缺陷信息，通常使用局放调理电路将超声波信号转变为可听信号，检测人员使用耳机依据音频信息判断局部放电类型及局部放电位置。

与开关柜超声波局部放电检测相比，GIS超声波局部放电检测理论更为成熟.检测设备使用经验更丰富。虽然开关柜结构与GIS结构明显不同，但局部放电过程中的超声波产生机理是一样的，当怀疑开关柜内部存在局部放电时，可以使用GIS超声波局部放电检测仪进行综合诊断。

3、几种典型的放电模型

由于实际应用中多以地电压检测法为主，超声波法为辅，本文暂进行地电压法的探讨。为探究几种典型放电模式下的监测数据，笔者设计了3种试验模型置于开关柜内进行试验，其试验接线图如下，升高电压时，对其进行TEV检测并记录相关数据。

3.1针板放电

按照图1接好线后开始升压，每种试验条件下连续测量5次，并取不同的测量部位，对开关柜的TEV数据进行整理后得出针板放电TEV值与试验电压的关系曲线。观察关系曲线，可知TEV局放测试仪的输出dB值几乎与试验电压呈线性关系，随着放电量大增大，TEV局放测试仪的输出值也随之增大

3.2沿面放电

利用沿面放电模型进行试验，逐渐升压，每种试验条件下连续测量5次，并取不同测量部位，得到沿面放电TEV值与试验电压对应关系，TEV起始值较高，上升坡度较为平缓。

3.3悬浮放电

利用悬浮放电模型进行试验，并开始逐步升压，每种试验条件下测量5次，每次测量位置不同，得出试验电压与TEV值之间的曲线关系。悬浮放电的起始TEV值很高，且其上升坡度更为平缓，放电量较大，达到了TEV峰值53dB。

4、案例分析

2015年7月28日，某变电站在进行室内开关柜局部放电隐患排查中发现，326开关柜内局部放电数据超标。

测试数据表明后中位置测量值最高，且其地电压分布情况与悬浮放电的典型曲线相似度最高，初步判断为悬浮颗粒导致的局部放电现象停电检查后发现:B相高压电缆头上有一小块发黑区域，摘去悬挂在C相上的电力电缆设施标识牌，检查发现标识牌左上角有很明显的黑色痕迹，且难以抹掉，尽管擦去热缩套表面的黑色物质，黑色痕迹仍然可以辨别原来的黑色区域。检查黑色区域对应位置的交联聚乙烯绝缘层，未发现击穿痕迹或贯穿性击穿通道。对B,G两相电缆分别进行串联谐振耐压试验，试验电压为21.7KV，试验时间5分钟,耐压试验合格，可基本判定电缆头内绝缘层并无击穿或放电通道，绝缘无损坏。由于标识牌四个角非常尖锐，而左上角靠近B相电缆外热缩套，导致标识牌左上角附近电场强度很高，因而可能发生了电晕放电。综上所述，电缆室的局部放电是由于悬浮电位导致的铝板尖角电晕放电。

地电压法能够发现设备的潜在性放电缺陷，通过与典型放电模型的比对，可以较为准确地定位为哪种类型的故障。目前开关柜局部放电的检测尚处在经验积累阶段，应通过大量的典型放电模型来记录试验数据，在对数据进行整理归纳之后找出规律，以达到对设备故障的快速、准确甄别。

5、结语

带电检测的目的是通过各种技术手段掌握设备真实运行状态，对设备故障进行定性、定位，提前干预，防止设备事故的发生。现场局部放电现象的电磁特征和产生机理复杂多变，而检测工作受环境干扰和传感器精度的影响较大，可能经常出现误判或漏判现象，给状态评价工作带来负面影响。在现有的仪器装备技术水平下，应充分发挥各种检测方法的优势互补特性，不断积累检测数据，充分利用统计分析技术和趋势分析技术，为设备状态评价提供强有力的数据支撑。

参考文献:

[1]杨超，张霖.开关柜局部放电带电检测技术的运用[J].电气开关，2011（5）:6一11.

[2]袁易全.局部放电超声特性实验研究[J].电工技术学报，1992,7(1):18一23.

作者简介

闻玉凤（1977.12）、女、汉族，山西省晋城市、工程师、硕士研究生、变电站的运行维护与发展。