10kV開關柜局部放電綜合診斷方法研究及應用

王 崢

（廣東電網有限責任公司江門供電局,廣東 江門 529000）

0 前言

在我國配網系統中，隨著10kV開關柜內部的絕緣缺陷及接觸不良等問題的頻繁發生，給開關柜的運行造成了嚴重的安全隱患，這就要求必須加強10kV開關柜的檢測。由于開關柜發生故障前，會產生局部放電現象，為此通過對局部放電的檢測來綜合診斷開關柜絕緣隱患的相關信息，將事故隱患消除在萌芽狀態，以保證電力系統的正常運行。

1 局部放電檢測技術

1.1 地電波（TEV）檢測技術

開關柜在發生局部放電時會產生電磁波，通過金屬外殼上的孔洞向四周傳播。當電磁波傳播至開關柜表面時，通過集膚效應作用，金屬殼外表面將形成一種對地電壓信號，即TEV，它的大小與局部放電的激烈程度、開關柜電壓等級及放電點的遠近有直接關系。通過檢測局部放電產生的TEV信號，不僅可以對局部放電做定量測試，又可通過同一放電源到不同位置的時間差異來對局部放電進行定位，同時還能夠對現場運行的10kV開關柜局部放電做定位在線監測[1]。采用TEV定位法，要優于采用電磁波信號強度比較來確定放電點的方法，主要因為電磁波經過多次反射，將會影響幅值的測量結果[2]。

1.2 超聲波（AE）定位監測技術

超聲波定位法是根據電力設備內部產生局部放電的超聲波傳播方向和時間來確定放電位置的，常用的方法有V型曲線定位法、順序定位法和雙曲面定位法[3]。由于超聲波在固體設備中的傳播速度較快，但也衰減得更快，為此超聲波是很難穿透電力設備金屬外殼，可用于具有開口或裂縫的檢測。因此，對于10kV開關柜子的檢測，可以選擇散熱孔、開關柜棱角縫隙作為傳感器放置點，離放電點越近，聲音就越大，其超聲信號就越強。對放電點準確定位，可利用空間幾何方法，結合不同位置的超聲傳感器所測出的時延來計算局部放電位置。

1.3 超高頻（UHF）檢測技術

超高頻檢測技術是通過超高頻傳感器對電力設備中局部放電時產生的超高頻信息進行檢測[4]。對于10kV開關柜的運行，當發生局部放電時，產生的超高頻電磁波范圍在300MHz~3GHz內。超高頻檢測技術可以有效避免現場的電暈干擾，主要因為現場的電暈干擾產生的電磁波在300MHz以下，并且超高頻檢測技術具有較強的抗干擾能力和較高的靈敏度，可實現局部放電檢測、絕緣缺陷類型識別等。采用超高頻檢測技術時，一般采用時差法，根據電磁波傳播速度和采用分辨率較高的示波器接受到統一電源的信號時間差來確定放電源的位置，從而實現放電點的準確定位。

2 10kV開關柜局部放電綜合診斷方法的應用

2.1 仿真模型建立

對于局部放電檢測技術在10kV開關柜局部放電中的應用，首先，建立開關柜仿真模型，如圖1、2所示，分別表示SM 6開關柜外形示意圖和仿真模型圖[5]。通過將開關柜分成兩個空間，分別為A和B，并在仿真模型中作無縫處理。考慮到開關柜材料采用是碳質量分數為0.03%~2.12%的鐵碳合金，對于局部放電仿真激勵源的設置，應設為0~200MHz的高斯脈沖。在局部放電檢測中，因激勵源脈沖寬度、脈沖幅值及檢測距離對TEV檢測有重要影響，隨著脈沖寬度的增加，檢測點的TEV強度將越來越小，即TEV定位法的檢測能力隨著局部放電的速度增加而減小；同理，檢測點的TEV波形幅值是隨著檢測距離的增加而減小；而檢測點的TEV波形強度隨著激勵源脈沖幅值的增加而增加。

圖1 開關柜外形示意圖

圖2 開關柜仿真模型圖

2.2 實際應用案例

江門供電局開展10kV開關柜局部放電檢測5年以上，結合實際工作和國內外電網公司在狀態檢測方面的先進經驗，利用了TEV、AE等檢測技術和便攜式Ultra TEV Plus+、移動式在線PDM 03等設備手段，有效地發現了多起存在故障和缺陷的開關柜案例。

以110kV農林站高壓室10kV開關柜為例。在常規的預試工作中，試驗人員對站內10kV開關柜局部放電情況做普測檢測，使用便攜式UltraTEV Plus+，運用TEV、AE等檢測技術，經過幅值比較發現：AE檢測正常，而TEV檢測時500開關柜幅值最大，隨著距離的延伸，附近TEV幅值逐漸減小，判定500開關柜為內部放電最大可能的局放源，測試情況如圖3所示。

圖3 普測TEV最大幅值橫向比較

為進一步實現對缺陷的診斷及確認，繼續使用移動式在線PDM 03對500開關柜進行復測分析，根據普測實際情況，設定合理的信號通道布置，情況如表1所示。通過連續性的在線監測和定位分析，最終確認500開關柜上部為實際局放源。

表1 在線監測信號通道布置情況

對在線監測的數據做診斷分析發現：通道②監測到的局放脈沖與系統總的脈沖趨勢吻合，兩條曲線基本重疊；連續的TEV幅值監測也發現基本在34-36dB之間。情況如圖4所示，從而進一步判定500開關柜上部為實際局放源。

3 總結

通過多種檢測方法和手段相結合的方式，開展站內10kV開關柜局部放電的診斷分析，能夠更加真實地反映開關柜實際運行的真實情況，有效識別放電源的位置，從而為開關柜的故障檢修提供更為堅實的依據，這對于保障電網的安全運行有著重要的現實意義。在實際工作中，根據開關柜的具體運行工況，采用基于TEV、AE、UHF的局部放電檢測技術對其局部放電進行診斷和排查，對消除設備隱患，避免意外停電事故的發生，保障電網的安全運行有著重要的現實意義。

圖4 脈沖數與總脈沖關系圖

[1]國家電網公司生產技術部.電網設備狀態檢測技術應用典型案例[M].中國電力出版社，2012（07）:358-359.

[2]胡冉，張順斌.10kV開關柜局部放電在線檢測仿真分析及應用[J].廣東電力，2011（08）:87-90.

[3]王俊波，章濤，李國偉.在線檢測10kV開關柜局部放電方法研究[J].絕緣材料，2011（06）:60-64.

[4]楊柳，張顯聰，李徽勝.110kV玉樹站高壓開關柜局部放電綜合診斷與分析[J].電氣技術，2014（0）:72-76+85.

[5]王流火，呂鴻，王增彬，李興旺，吳吉，龐小峰.開關柜局部放電檢測定位技術的應用研究[J].廣東電力，2014（04）:91-94+104.