基于35kV高壓開關柜綜合局部放電檢測技術研究

吳由予

摘要：隨著國內城市電網建設與改造的加快，高壓進入市區，直接深入負荷中心，環網供電成為解決城市負荷密度增加而呈現的必然結果。環網供電是在不同的變電所或同一變電所的不同母線的兩回或多回饋線。相互之間連接成一個環路進行供電的方式。這需要在環網中連接大量配電開關設備，這使得城市電網對環網開關設備硬件的需求也越來越大。絕緣換網柜的需求也越來越大。對高壓開關柜局部放電產生原因及檢測方法進行介紹，并結合35KV高壓開關柜進行檢測試驗，結果表明可真實模擬運行狀態情況。能夠有效地發現運行中GIS的絕緣缺陷并進行定位，為設備維護和安全運行提供有力的保障。

關鍵詞：高壓開關柜;局部放電;檢測技術

一、引言

隨著城市電網用戶對供電穩定性和可靠性的要求越來越高，為盡可能減小系統檢修和故障停電對城市生產生活造成的影響，我國城市電網原有的以變電站為中心，采用放射式或樹干式的配電形式已逐漸被環網供電方式代替。目前，市場主流產品是 SF6 氣體絕緣環網柜。根據設備運行情況，影響開關柜絕緣故障的類型有絕緣系統內部存在缺陷導致絕緣消減或喪失，電極表面出現凸起異常，接地出現接觸不良情況，另外設備在制造或者安裝過程中如果有殘存金屬微粒也會造成設備的局部出現放電情況。通過采取局部放電檢測手段進行設備檢查，可以檢測其內部早期的缺陷，因這些缺陷還不至于對系統運行造成影響，通過對這些早期缺陷進行干預，避免后期運行中產生故障。

二、高壓開關柜產生局部放電的原因分析

局部放電過程是一個相對復雜的物理過程，在此過程中還伴隨著電荷的轉移和電能的損耗，同時還伴隨著產生電磁輻射、光、熱等能量。在絕緣中如果存在氣泡，高頻電壓施加在絕緣體的兩端，如果作用在氣泡上的電壓低于其擊穿電壓，此時氣泡上的壓力隨著外加電壓的變化而變化，如果氣泡上的電壓高于擊穿電壓，氣泡則會發生放電，放電過程中使得中性氣體分子發生電離，產生大量的帶有相反電荷的氣體分子，并在外加電壓的作用下發生相對移動，遷移到氣泡壁上，形成與外加電場相反方向的內部電壓，此時的電壓則是內部電壓和外部施加電壓的疊加結果，當氣泡上的實際電壓低于其擊穿電壓時，此時放電暫停，氣泡上的電壓隨著外加電壓的升高而升高，直至增加至擊穿電壓時，此時則會發生第二次放電過程，周而復始，則會出現多次放電。

三、基于35 kV高壓開關柜綜合局部放電檢測技術

（一）超聲波檢測原理

在進行局部放電檢測過程中，會伴隨產生聲波發射現象。超聲波檢測技術就是通過檢測局部放電過程中產生的超聲波信號，對設備內部的缺陷進行檢測。超聲波的測試聲波頻率處于20-200KHz區間。

利用超聲波檢測技術具有明顯的優勢，可以對電磁干擾造成的干擾進行屏蔽、具有定位準和操作簡便的特點。因為超聲波在設備的內部的產生和傳遞比較復雜，存在超聲波的反射和折射作用，會隨著折射和反射的進行，超聲波的能量會出現衰減，對測試結果造成影響。因此，利用超聲波檢測對于前期缺陷比較嚴重的設備進行檢測具有可行性，而對于缺陷比較少的設備進行檢測時，可能會出現檢測結果不準的情況出現。

（二） 特高頻檢測原理

在進行局部放電檢測過程中，會伴隨產生高頻電波現象。特高頻檢測技術就是通過檢測局部放電過程中產生的高頻電波信號，對設備內部的缺陷進行檢測。超聲波的測試聲波頻率處于300-3000MHz區間。利用特高頻檢測手段進行局部缺陷的定位檢測，近幾年應用比較廣泛，該方法的優點是敏感度高、對低頻電暈的干擾屏蔽效果好，能夠有效的識別缺陷的類型和位置，該技術在應用過程中容易受到環境中的相同頻率的電波影響。采用該方法進行缺陷檢測不能準確做到量化描述。

（三）時差定位法

利用納秒精度級別的高速示波器對測試部位進行檢測，通過對比檢測部位信號的時間差對其進行定位分辨，若分辨率能夠達到1ns，定位精度能夠達到30厘米，具有數據定位可靠的優勢。該方法測試簡便、定位精度高。但應用難點是對設備的精度要求比較高，且需要較高的采樣頻率，需要初始的脈沖信號較強，以準確讀取信號的開始時間。

（四）聯合檢測方法

采用超聲波檢測和特高頻檢測手段對開關柜運行狀態進行確認，對其整體設備情況的具體情況進行檢測，是具有重要可行性。兩種方式均可在不影響開關柜設備運轉的前提下完成對設備的檢測。兩種檢測手段各有優劣勢，超聲波檢測方法可以比較精準地定位缺陷發生的部位，而特高頻檢測手段抗干擾能力較強，對設備內部的缺陷更加敏感，充分利用超聲波檢測和特高頻檢測的優勢進行聯合檢測，可以更好地確認和保證開關柜設備安全運轉

四、檢測結果分析

GIS真型平臺可模擬GIS的主要運行狀態，并通過狀態量模擬技術對主要的非正常狀態進斤再現。我們采用真實的局部放電物理模型來模巧GIS內部的局部放電現象，確保所產生的局部放電信號的真實性。首先我們研究開發出滿足智能GIS檢測系統所需的起始放電電壓、放電量范圍和使用壽命要求的各類局部放電物理模型，包括：尖刺放電模型，自由金屬願粒放電模型，沿面放電模型和懸浮電位放電模型。通過接入不同類型的局部放電模型，產生不同的局部放電信號，利用示波器、局放儀等設備進行對比試驗，從而對局部放電檢測IED的性能進行檢測。

檢測系統主要可以分為加壓系統、局部模擬系統、檢測系統、局部放電檢測系統四個模塊。其中加壓系統可細分為主控臺、變壓器和調壓器、保護電阻設備等;局部放電模擬系統可以模擬產生小放電（5-20pC）、大放電（1000-10000pC）及聯合放電。對于運行中的GIS而言，超聲波檢測技術和特高頻檢測技術無疑是最理想的檢測方法，兩者都可以實現帶電檢測，其檢測方法都比較簡便實用，且不必改 變設備的運行方式。比較兩者的優缺點可以發現，特高頻法抗干擾能力強，對電信號比較敏感且較超聲波法而言對絕緣內部缺陷更敏感。而超聲波法不受檢測位置的限制，對缺陷定位更加方便和準確。兩者聯合使用，互相補充，是實現GIS設備局部放電檢測的重要手段。

（1）GIS雷電沖擊試驗

GIS進行充氣，充壓0.4Mpa。斷路器的氣壓為0.6Mpa，為了保證試驗的完整性，1050KV分別進行正負各三次進行沖擊試驗，試驗結果滿足要求

負極性：充電電壓每級47KV，充電的時間57秒。三次分別為1076KV、1076KV、1080KV。

正極性：充電電壓每級46KV，充電的時間56秒。三次分別為1045KV、1050KV、1046KV。

（2）本體局部放電試驗

將所有的電子設備開關進行關閉，并將電源線進行切斷處理，加壓175KV，局部儀小于2-3pC，試驗結果滿足要求。

（3）局部放電試驗

加壓18kV，局放儀15pc;加壓40kV，局放儀2邸C，此時為尖刺放電。隔離開關閉合，4號氣室尖刺放電高壓導桿斷開，此時只有1號氣室懸浮放電模型。加壓99kV，局放儀最大口5pc，此時為懸浮放電。

建立了檢測校驗系統。最后對聯合調試實驗，包括本體局部放電試驗、雷電沖擊耐壓試驗和局部放電試驗等，實驗結果均符合要求。

六、結語

本文結合35KV高壓開關柜產生局部放電的基本原因及局部放電的檢測方法進行分析，并進行了局部放電的檢測試驗，通過對聯合實驗過程和結果的介紹，可以看出監測平臺可真實模擬運行狀態情況。能夠有效地發現運行中GIS的絕緣缺陷并進行定位，為設備維護和安全運行提供有力的保障。

參考文獻：

[1]李永祥， 王天正， 晉濤， et al. 基于多種檢測技術的高壓開關柜內部局部放電檢測與分析[J]. 高壓電器， 2017（1）：45-50.