高壓開關柜局部放電檢測技術的研究

馬靜君，徐建華，陳建紅，司拴成，呂默影，王曄辰

（國網浙江蘭溪市供電公司，浙江 蘭溪310000）

1 概 述

高壓開關柜是電力系統中不容忽視的一個部分，它如果出現了內部絕緣部分的缺陷、絕緣部分劣化或者是接觸不良等問題，就會對電力系統的安全運行造成威脅。根據全國2005～2010年開關柜出現事故的統計，由于絕緣以及載流兩個方面引起的故障占比40%，其中絕緣部分閃絡造成的事故占比79%；故障潛伏期也可能會出現偶然的放電現象，此時，通過放電監測能夠準確地檢測出相關信息。本文介紹了高壓開關柜局部放電監測技術，做出了具體的分析與監測，希望能夠實現開關柜內部絕緣故障的檢測與定位，這樣不僅能夠預防事故的發生，同時，也有利于開關柜的正常運行。

2 高壓開關柜局部放電的檢測技術

局部放電主要是在某一個區域之內，電器設備絕緣結構的放電現象。如果高壓開關柜絕緣性能不良，就會產生局部放電現象。這種放電僅在這一個區域破壞絕緣結構的內部，卻沒有貫穿性的擊穿主絕緣，但是如果長時間處于此種放電狀態，達到一定程度，就會對設備的整體絕緣強度產生影響。表面放電與內部放電是開關柜局部放電的兩種表現形式。表面放電包含了聲音、光、熱等現象；內部放電包含了電磁波、光、熱、化學氣體等現象，都屬于開關柜局部放電的關鍵信號［1］。

2.1 暫態對地電壓（TEV）檢測

高壓開關柜的絕緣層發生局部放電時，就會有電磁波出現在無線電頻率范圍當中，甚至出現在甚高頻段，其幅值可能在0.1 mV到幾伏之間。而內部放電的電量集中在接地屏蔽的內表面之上，因此，如果屬于連續的屏蔽層，在外部就無法檢測到放電信號。但是從實際來看，它還是可以通過密封墊圈、金屬外殼等間隙泄漏到外表面去。當電磁波處于開關柜外面時，就會有暫態對地電壓出現在接地的金屬外殼之上。

圖1是TEV檢測原理示意圖。如果在對地絕緣部分出現了相應的放電現象，就會有部分電容性的放電電量存在于接地金屬殼之間，一般來說放電持續時間只有幾納秒，而放電電量只有幾兆分之一庫倫。因此，計算放電電量時，如果一次放電達到了1 000 p C，持續1 ns，那么就會有100 mA的電流產生。放電脈沖所能持續的時間較短，無法把被檢測的設備當成一個整體，僅僅視為傳輸線，其電氣特性主要由電感與分布電容所決定。若將其看成金屬板，其縫隙所處的位置是另外的金屬板，傳輸線可以看成是縫隙與地之間相互銜接的距離。脈沖在金屬殼的內表面進行傳播的時候，最終能夠從蓋板、接頭或者是開口等縫隙傳出，然后通過金屬殼的表面傳遞到大地當中。如此，放電信號就可以被電容耦合式傳感器檢測到。

圖1 TEV檢測原理

若TEV信號是因為局部放電產生的，那么放電點的遠近與放電實際的激烈程度就與信號有著直接關系，可以利用專門的探測器來進行檢測。通過檢測局部放電產生的TEV信號，不僅可以具體的測試出局部存在放電情況，同時，也可以測試出電源到不同探測器的時間差，這樣就可以定位局部放電點。

2.2 超聲波檢測

作為一種釋放或者是快速遷移的過程，局部放電一旦出現，就會影響到機械應力、粒子力以及周邊電場應力的平衡性，從而出現振蕩的情況，當機械應力與粒子力出現了快速的振蕩變化時，就會使放電點周邊的介質產生振動，如此就會出現聲波信號［2］。

放電所釋放出來的能量同聲能之間是成正比的，雖然現實當中存在很多因素影響到這一比例，但是從統計的角度需要確定兩者的關系。根據球面波聲能量公式，在不考慮聲速與空氣密度的前提下，聲壓平方同聲能量之間是成正比的。根據放電所釋放出來的能量同聲能之間的關系，局部放電所釋放出來的能量可以通過超聲波信號聲壓的變化來表現，那么放電強弱就可以通過測量超聲波信號的聲壓來推測。局部放電超聲檢測系統結構圖如圖2。

3 高壓開關柜局放數據的采集和分析方法

從原理上來看，TEV法和超聲波法是具備比較性的檢測技術。某一個開關柜所檢測到的結果應該同相同類型的開關柜檢測數據或者是以前的檢測數據進行相互的比較，如果說所取得的數據相比相同型號或者是之前的結果要超出很多，就說明開關柜處于放電活動之中，這樣就可以推斷出故障發生的可能性。

3.1 高壓開關柜局部放電的數據采集

當前，相對成熟的檢測方式有TEV檢測儀器和超聲波檢測儀器，為了讓檢測數據存在可比性，就需要保持每一次高壓開關柜的測試點不變，也就是每次需要在某一個固定的開關柜點位進行測量［3］。如此，就可以讓每一次測量都保持一致的干擾環境，在后期的分析時，就可以將環境干擾排除掉。

3.2 高壓開關柜局部放電的數據分析

在同一開關柜的局部放電檢測中使用統計分析法，就能夠分類統計TEV檢測數值以及超聲波檢測數值在相同情況下的實際數值，如此，就可以初步做出判斷的依據。而環境條件、工作電壓、絕緣材料以及開關柜制造廠家等都會對局部放電的測量結果產生影響，所以，這一部分因素都會導致檢測結果出現錯誤的判斷，這是現場操作當中需要留心與特別注意的。

趨勢分析主要是分析同一開關柜在不同時間的測試結果，并且根據月份、季度以及年度來進行統計分析，然后將局部放電的趨勢分析出來。

4 開關柜局部放電的故障判斷

根據相應的初步判斷、統計分析以及趨勢分析，就可以動態的判斷開關柜的局部放電，其具體操作：

（1）進行初步的判斷。主要是對實際的故障情況進行詳細的統計了解，之后將故障率確定在a%；（2）統計分析。對于N面開關柜局部放電情況做好相應的普測處理，然后取出最大的Na%，然后再取出最小的Na%，將其作為比較值A；（3）趨勢分析。在某一個時間段內，再一次普測所有N面開關柜，然后取出檢測數值最大的Na%面開關柜，然后再取出Na%最小數值的開關柜數值作為比較值B。然后，將A和B進行相互的比較；（4）比較分析。將A和B進行比較分析，可能出現以下情況：其一，當B＜A，可能考慮到的情況是開關柜負荷有所減小，背景的干擾出現了好轉，濕度與溫度都有所好轉。其二，B＞A同B＜A的情況剛好相反。其三，如果B＝A，那么就表明開關柜的負荷、背景干擾、濕度與溫度保持一致的前提下，開關柜趨于平穩；（5）將判據值確定出來。通過開關柜常年的運行，就可以確定A或者是B的判斷依據，但是因為開關柜周邊的環境可能會對局部放電產生影響，所以，在確定判斷值的時候，需要考慮到±2 d B的誤差。然后根據步驟（1）到步驟（5）的順序，確定其判斷的實際依據，通過長時間的比較，建立相應的數據庫，以確定一個具有指導意義的數值。

5 結束語

在實際應用中，基于TEV和超聲波技術的高壓開關柜局部放電檢測已經得到有效應用，相比其它的測試技術，它具有測試效果更好、效率更高等優點。通過此技術的應用可以提供最可靠的數據支持來實現狀態檢修，對于今后的狀態評級以及狀態檢修都有幫助。

［1］ 劉新宇，王 衡.一起應用超聲法檢測高壓開關柜局部放電的案例分析［J］.新疆電力技術，2011，（3）：38-40.

［2］ 裴斌斌，張 麗.基于超聲的局放檢測系統［J］.電工技術，2009，（11）：43-44.

［3］ 孫西方，泰 永，梁 英.基于電磁波檢測的局部放電在線監測技術探討［J］.太原大學學報，2010，（2）：134-137.