開關柜局部放電檢測技術的應用研究

雷志勇 王偉

摘 要：隨著經濟與科技的不斷發展，已經成為了當前我們國家非常重視的問題之一。在當前商業開關柜領域中對于局部放電源的特征展開分析，將暫態對地電壓和超聲波技術對于開關柜存在的不足展開分析和檢測。通過實驗結果能夠發現，具有不同缺陷的脈沖相位圖各自有著獨有的特征。放電能量存在差異，同一典型的分布圖自然也是如此。本篇文章將闡述本次實驗需要使用的裝置和設備，探討具體實驗結果，并對于相關分析提出一些合理的見解。

關鍵詞：開關柜；局部放電；暫態對地電壓檢測法；超聲波檢測法

1 引言

從現階段發展而言，開關柜是能夠向廣大局部提供日用電力的基礎設備，以其可靠性高、體積小等在各個小區的電力系統中得到了廣泛普及。其運行可靠性直接關系到供電質量和供電可靠程度。在長期運行的過程中，開關柜中絕緣的部分會逐漸發生老化，導致自身絕緣強度逐漸下降，進而出現電力故障。為此，工作人員必須在開關柜發生電力事故之前，對其展開全面研究，做好相應的診斷工作，，及時檢測潛在絕緣故障，從而提升開關柜使用的穩定性已成為電力監管部門日益關心并及亟待解決的問題。

2 實驗裝置和設備

本次實驗選擇的是KYN36A-13開關柜，依靠模擬局部放電的方式，在開關柜的母線室之中產生不同類型的局部放電。本次實驗選擇的電源是無局部放電的變壓器，其額定電壓通常為400V、高壓能夠達到160kV，頻率則為60Hz，局部的放電量完全不超過6pC。通常而言，該模型主要包括三種，分別是針板電極、懸浮金屬以及絕緣空穴。另外，該實驗中選擇的地點電波傳感器是最為常見的設備，帶寬數據為4～160MHz，而中心頻帶的數據則為50kHz[1]。

3 實驗分析和結果

3.1 針板模型下放電檢測研究

針板模型中針電極的主要材料為鉻，而平板電極的主要材料為紫桐。針電極的直徑通常為3mm，而尖端半徑則為3μm，實際電極的間距則為12mm。

針板電極中的局部放電現象首先會在外部電壓的負半周期附近出現，在進入穩定狀態之后，整個放電脈沖的相位在實際統計圖中將會近似為一根橫線。伴隨實驗電壓不斷上升，放電量也在持續增加，放電相位也會變得更寬。當外部附加的實驗電壓達到一定數值的時候，正版周期附近將會有局部放電的情況發生。這其中，正半周期的放電頻率非常稀疏，整體放電的強度很大；而負半周期的放電頻率非常密集，整體放電的強度相對較小。正是由于金屬電機處在負極狀態的時候，很容易產生電子，同時由于正離子與陰極發生碰撞，從而造成二次電子發射，造成電機周圍氣體放電壓過低的情況發生，從而出現了放電次數過多而整體放電量卻相對偏小的情況發生。因此在一些不對稱的系統之中，其產生的波形同樣也是不對稱的形態。隨著外部電壓不斷升高，針板電極的局部放電在系統圖形中將會呈現出英文字母“M”形狀，而整體放電基本上全部集中于而形態的兩端位置，負半周期附近的放電次數明顯下降[2]。

在進行針板電極局部檢測的時候可以發現，超聲波放電檢測的技術實際放電量非常小，基本上只有42.1pC，此時進行檢測，效果最為明顯。地電波法必須做到放電劇烈，且實際放電量達到一定數值之后才能更好地進行檢測。究其原因主要因為針板放電的實際能量相對比較低，所有輻射信號基本上都集中于1MHz以下，如果放電十分劇烈，則有少部分能夠達到10MHz以上。最為常見的便是TEV傳感器，其檢測頻帶通常都在3到150MHz之間，頻帶實際交疊的程度較低，使得針板檢測的靈敏度同樣非常有限，缺乏足夠的有效性。

在針板放電模型之中，外部電壓達到8.7kV的時候，依靠TEV方法以及超聲波方法都能夠對局部放電信號進行檢測。然而，TEV所使用的傳感器和超聲傳感器的檢測原理完全不同，其獲得的結果也有著非常大的差別。TEV主要針對金屬外殼部分的對地電流進行檢測，超聲波則主要針對局部放電的時候產生的聲波。

3.2 懸浮電極模型下放電檢測研究

懸浮電極主要是在一些高壓導體旁邊分布的一條鋼針，其長度通常在4cm左右。而懸浮電極和高壓電極之間的距離基本上為2mm左右。

懸浮電極在進行局部放電的時候，經常會在正半周期和負半周期的位置同時出現，實際放電的相位相對比較寬，整體放電的強度較為稀疏。而將其投到相位圖中后，會發現有3條放電脈沖出現，并形成一條線。這條線則主要表示固定放電，基于高壓電極和位置關系，當外部電壓達到一定數值之后，能夠形成多個放電通道。本次實驗選用金屬的材料為鎢針，其表面位置并沒有提前進行拋光處理，因此自然會有一定的毛刺存在。此外，盡管懸浮針的尖曲率最高，然而針體和電極的軸線之間保持為平行狀態，以此便為后期多個位置同時進行放電提供了良好的基礎。懸浮電極的實際放電量會隨著外部電壓的提高而有一定的增加，局部放電的具體相位也有一定的增寬。不僅如此，局部放電時非常劇烈，因此在前兩條脈沖分布產生的線條中也出現了一定的放電脈沖，并且十分混亂，沒有任何規律。

除此之外，當外部電壓達到12.17kV的時候，TEV傳感器和超聲波傳感器都能夠獲得信號，由此可以看出二者效果均十分突出[3]。

3.3 空穴模型下放電檢測研究

空穴放電模型主要由兩塊直徑為90毫米，厚度為3毫米的玻璃板組成。之后再將直徑為90毫米，厚度為2毫米、通孔直徑為12毫米的玻璃板放置于中間，做好固定之后，以此對每部放電的氣隙進行模擬。絕緣板之間通常利用一層有機玻璃膠進行粘合。

在不同等級電壓的影響下，局部放電特征有著較大的區別。放電量會雖則外部電壓的提高而逐漸加大，具有非常強的放電強度，且正負半周的實際放電量與具體放電次數十分接近。究其原因主要是放電模型本身兩個電極在物理結構層面保持對稱，從而使得周圍的電場強度大致相同，產生的放電概率也沒有太大的區別。因此，相對應的放電脈沖也基本上保持對稱分布，在正負兩半波的波形也大致相同。放電相位和外部電壓相位會發生一定程度的偏移，空穴放電模型的分散性非常強，系統中呈現出的圖形也不再是傳統的橫線，會表現為“土堆”形狀。整體放電幅值的變化非常大，但是卻集中于一定相位內。

外部電壓達到9.6kV的時候，TEV傳感器仍然能夠檢測出具體想信號么人超聲波卻無法檢測出。主要是由于有機玻璃的存在，使得超聲波的信號出現了一定的衰減。信號經過絕緣材料的傳播之后，幾乎被完全吸收，因此無法有效傳到外部。因此，模型外部并沒有局部超聲波信號存在，從而無法檢測。從具體相位分布能夠發現，其表現幾乎與噪音無異。

通過對于檢測信號的波形進行分析，從中可以看出，TEV傳感器獲得的信號基本上處于幾十到上百的范圍內，獲得的信號頻率也基本上維持在40kHz上下。

4 結束語

綜上所述，通過對于不同放電脈沖進行分析，其產生的相位分布圖也有著較大的差別。因此可以明白，具有不同缺陷類型的TEV檢測信號的頻譜有著較大的差異，其產生的效果也完全不同。

參考文獻：

[1] 孔令明，肖云東，劉娟，等.開關柜局部放電帶電檢測定位技術的應用與研究[J].山東電力技術，2016（6）：5～8.

[2] 章濤，王俊波，李國偉.10kV開關柜局部放電檢測技術研究與運用[J].高壓電器，2015（10）：100～104.

[3] 孔令明，肖云東，劉娟等.開關柜局部放電帶電檢測定位技術的應用與研究[C].山東電機工程學會2011年學術年會論文集.2017：5～8.