局部放電監測在高壓開關柜狀態檢修中的應用

李慶才

（國網山東省電力公司莘縣供電公司，山東 聊城 252400）

高壓開關柜出現局部放電異?，F象后，其內部會發生一系列的化學反應，同時形成一定的化學氣體，同時伴隨過熱現象和發光、發聲現象的出現。常規檢修方法主要為非電檢修，檢修人員通過對高壓開關柜進行觀察，了解當前開關柜是否出現聲、光和熱量上升等異?，F象。隨著技術發展，利用檢修機器的電監測技術出現，其在精準度、效率性及安全性等方面的優勢使得其迅速取代了非電檢修技術。

1 高壓開關柜局部放電監測技術手段

在高壓開關柜的實際運行過程中，由于開關柜內部發生的絕緣缺陷問題，會造成某一點形成過電流，從而造成該點的局部放電現象。隨著放電時長的增加，開關柜內部還會產生一定量的電量信息以及非電量信息，這些信息一般為物理現象信息，在物理環境變化過程中表現出來，因此通過對這部分放電信息進行監測，在一定程度上對當前運行環境下的高壓開關柜運行狀態做出判斷。監測技術主要面對的事實上應當是發生絕緣變化以及局部放電問題后開關柜自身的放電物理參量，這部分物理參量與常態參量之間差距大，因此可以通過監測的方式獲取。在應用環境中的技術條件內部，需要結合測算方式，對放電信號的具體規模、放電位置、放電影響范圍等做出精確判斷。結合監測物理量不同，目前應用于高壓開關柜狀態監測的局部放電監測技術主要為以下幾種。

脈沖電流檢測法在進行放電信號測量時，可以對部分頻率極低的信號進行測算并放大，從而實現檢測范圍的拓寬，但該技術僅能夠應用在離線檢測當中，無法實現在線監測；紅外檢測法是通過紅外線技術對高壓開關裝置外部的電信號規律進行獲取，通過紅外線的反饋，實現放電覆蓋范圍的測算，但是由于紅外線穿透能力不足，無法應用在開關柜裝置內部，因此效果并不理想；化學檢測法主要通過對開關柜內部的化學現象發生規律進行分辨，是在線監測技術中檢測數據精準度最高的技術手段，但是由于化學測算和分析過程還需要依賴人工，因此缺少時效性和動態性；UHF 法則是借助傳感器裝備，對高壓開關柜中的電信號進行獲取，并由上位機對信號進行解讀和分析，從而做出實時的精確判斷。但是傳感器硬件成本較高，同時安裝困難、安裝位置限制明顯，對于技術條件和環境條件要求較高。

2 高壓開關柜狀態檢修中局部放電在線監測系統設計

（1）開關柜局部放電信號搜集。前文指出，高壓開關柜的實際運行受到絕緣裝置缺陷的影響，會出現局部放電問題。在出現放電時，放電位置本身所對應的電源不同、放電機理不同，因此表現出的放電類型也有著十分明顯的差異。電暈放電的主要位置集中在開關柜的導體尖端，在出現放電現象時，尖端會發出明顯的電磁波信號，同時伴隨蜂鳴聲。暗光環境中可以看到放電位置出現藍光，化學反應下會產生O3，這種放電現象表明開關柜內部電場強度不均衡；氣隙放電是指高壓開關柜內部出現的絕緣介質放電現象，在發電放生時，絕緣介質會產生氣泡，同時相鄰位置也會發生變化。電信號變化規律則以介電常數的變化位置，放電氣體的介電常數較小，一旦絕緣介質當中含有雜質，就會出現氣隙放電問題；沿面放電現象表現在開關柜內部的部件表面，其中絕緣子表面放電以及絕緣套管表面放電較為明顯。在放電時，部件表面的放電情況與表面平行，同時在高壓導體的影響之下，形成場強。研究表明，沿面放電影響范圍大、造成損壞也更為嚴重。該放電現象的主要產生原因表現在環境濕度、空氣質量等方面。在開展在線監測系統設計時，首先應當對各種類型的放電現象做出綜合判斷，并通過放電位置、放電出現環境，對高壓開關柜的內部情況做出解析和解答，進而更加精準地完成異常狀態的判斷。為了滿足這一目的，本文選擇了具有應用優勢的TEV 信號傳感器展開對放電信號的采集，保證系統能夠獲得全面、細致的局部放電信息，用以進行監測和分析。在設計當中，筆者將前端信息采集環節設定為3 個硬件部分，其中傳感器設備將直接接入到常見放電狀態所處的尖端、絕緣介質、部件表面等位置，作為信號采集。隨后，傳感器通過建立同軸電纜，完成信號的外部傳遞，并介入到高速采集卡當中。高速采集卡完成信號采集和轉換，與上位機進行連接。

（2）信號特征提取環節設計。上位機在接收到傳感器經由高速采集卡的局部放電信號信息后，需要通過系統分析和系統判斷，完成放電信號特征的提取，從而完成對于信號及其所代表的高壓開關柜異常狀態的判斷。為了能夠實現精準、高效率的在線監測功能，本文在進行信號特征提取環節的系統設計當中，選取了小波包能量譜技術以及神經網絡技術，來實現對于信號的處理能力。在實際運行當中，信號特征提取環節的小波包能量譜技術主要通過分解歸一以及分形維數2 種方式，對信號進行檢驗，其中分解歸一主要對多層小波包信號進行特征類型的提取，而分形維數則以分形和截距方法對于分解歸一無法完成的信號進行特征參數提取，最終將獲取到的特征參數輸入到神經網絡當中，神經網絡借助分類器，將特征參數和其代表的開關柜狀態進行一一對應，完成信號解讀。

相比于其他類型的信號分析和特征提取技術，小波包處理技術主要能夠對信號當中存在的噪聲進行去除，從而實現對于不同情況下的異常信號進行波形分析、頻率分析以及幅值分析，隨后通過分解方式，獲得各個層級所代表的信號能量值。信號能量值可以在對應的頻段當中作為能量的特征參數，完成對信號特征特點的總結。

而在神經網絡的選擇當中，筆者選用了在放電識別方面具有優勢的RBF 網絡。相較于其他分析類型當中常見的BP網絡，RBF 網絡更符合高壓開關柜放電現象的判斷，并能夠借助特征向量，完成特征分類，因此更具應用優勢。

（3）數據通信設計。本文選用了RS485 總線進行數據信息的通信，在總線系統當中，RS485 擁有2 個接口，其中PW 接口是總線的輸出端口，PR 接口則是總線信息的發送端口。在端口之間，設置了專門的TC、RD、RC 寄存器，用以進行數據信息的臨時存儲。APB 是總線當中的串口時鐘，用以進行數據信息的同步時間校準，保證局部放電信息的傳送效率。在RS485串口通信的整體系統結構構成當中，TC 充當發送位移以及接受位移寄存器，兩者同步進行協調傳輸，并與PW、PR，2 個環節構成聯通，形成數據傳輸閉環，實現實時的數據通信。

（4）在線監測系統的實時檢修應用。在線監測系統在實際應用當中的主要價值，在于幫助相關管理檢修人員能夠實現遠程數據分析和開關柜異常狀態判斷，并制定出相應的高壓開關柜維修處理計劃。相比于傳統現場檢修技術而言，更具安全性和客觀性。在線監測技術的應用下，高壓開關柜的檢修改變了以往的定期檢修和抽樣檢修方案，改為了狀態檢修為主的檢修策略，通過監測系統對異常狀態所進行的評判，幫助檢修人員形成檢修意識和檢修理念。

本文在實際的狀態檢修過程中，根據數據處理結果和分析結果，對局部放電的數據進行了常態運行、預警狀態以及告警狀態3 種情況的設置。其中常態運行狀態當中，局部放電數據信號低于30dB，檢修人員可以不必進行檢修工作；預警狀態當中，是指檢修數據分析得出數據區間達到了30 ～50dB，此時，檢修人員需要選擇時間開展對高壓開關柜的檢修工作；而當狀態數據達到了60dB 標準后，設定為告警狀態，此時檢修工作人員需要第一時間開展檢修處理工作。為了保證數據分析信息的精準，筆者在pc 端顯示過程中，還設置了對具體開關柜機組的比較策略，通過比較方式，對一定時間段內未休眠機組的運行狀況進行觀察，從而形成評估報告，判斷其運行狀態趨勢，對于存在的放電譜圖的波動現象問題，系統需要第一時間完成數據測算，并得到當前狀態的告警數值，判斷其是否達到了告警臨界點，引導檢修人員積極進行處理。

3 結語

綜上所述，在線監測技術對于高壓開關柜的狀態波動和狀態異常檢修工作而言具有舉足輕重的意義和價值。通過利用傳感器等信息采集設備完成對于開關柜局部放電問題的監測，能夠更好地判斷一段時間內開關柜機組的運行穩定性，并以此為根基制定出周密、詳盡的檢修計劃和檢修開展方案，保證檢修工作能夠在安全環境下運行。