高壓開關柜局部放電監測技術的研究

楊飛茹 梁亮

摘要：在開關設備中開關柜運行維護的實際情況關乎到局部區域是否安全穩定供電。目前，電力系統中針對開關柜局部放電帶電檢測方法主要有暫態地電位和超聲波檢測兩種運用較多。為了在停電試驗周期內發現一些絕緣缺陷，通過帶電檢測對高壓開關柜內設備的運行狀態進行評估。這也便于后續采取預防措施，避免突發停電事故。自從開展變電站高壓開關柜帶電檢測以來，在實際工作中已經十分成熟地使用超聲波法、暫態對地電壓法（即TEV法）、紅外線溫度檢測法等方法。文章首先介紹局部放電現象及其主要危害，然后分析高壓開關柜局部放電帶電檢測的優勢，最后提出了高壓開關柜局部放電帶電檢測技術的基本原理，以供參考。

關鍵詞：高壓開關柜;局部放電帶電;檢測技術;暫態地電位檢測;超聲波檢測

引 言：高壓開關柜內部的導電件和絕緣件之間有可能出現局部放電，導致電氣絕緣性能下降，如不及時處理可能導致嚴重的后果。充分利用在線監測技術，對高壓開關柜進行狀態在線監測是必要的。高壓開關柜與高壓變壓器、GIS設備故障檢測具有顯著差距，由于高壓開關柜數量較多、造價較低，很難實現停電改造，無法采取GIS在線監測技術路線。所以選擇小型化、智能化、經濟型、免停電或少停電的監測技術是開關設備在線監測的發展趨勢。

1.高壓開關柜局部放電帶電檢測的優勢

近年來，隨著供電安全性和穩定性要求的不斷提高，高壓開關柜局部放電帶電檢測顯得至關重要。當前，我國電力生產管理的主要方法是高壓開關柜的局放檢測，其可以迅速找到柜內的問題，隨時了解設備的實際運行情況。相對于傳統的停電檢測方式，高壓開關柜局部放電帶電檢測的優勢具體表現在如下兩點。第一，經濟優勢。無論是定期的例行檢修還是試驗，都必須在停電的基礎上開展，這樣就勢必會出現由于停電而產生的經濟損失，并且容易出現過修或者失修的問題。但是如果采用高壓開關柜局部放電帶電檢測技術，就可以在很大程度上避免這種情況出現。第二，技術優勢。通常就例行試驗條件來講，停電和設備運行中存在很大的差異。運行過程中設備容易受到多種因素的影響，如應力因素以及電磁場因素等，這些都是不能在停電的狀態下可以模擬的。在停電條件下開展的實驗往往都不能準確找到絕緣缺陷。缺陷潛伏發展都需要一個過程，在這個期間進行帶電檢測，可以將絕緣狀態下所有信息情況都全面反映出來。但是例行試驗的前提條件是必須要在停電情況下進行，通常都無法迅速正確的找到故障。如果在檢測設備實際運行情況時采用局部放電帶電檢測技術，可以更加方便的了解設備實際使用情況。

2.高壓開關柜局部放電現象及其主要危害

2.1局部放電現象

一般局部放電現象主要是指在強度充足的電場作用下，電力設備絕緣介質局部范圍內發生的放電情況[1]。結合現階段的研究結果來看，局部放電容易在固體絕緣空穴或者液體絕緣氣泡等邊緣位置出現，很多都主要集中在氣隙位置。

2.2局部放電現象產生的危害

局部放電產生的危害具體表現在如下兩點：第一，導致系統設備絕緣性減少、促進老化;第二，導致不必要的電能被浪費[2]。因為高壓開關有相當高的電壓，有些介質的擊穿場很強，這樣就容易對系統的不同類型的絕緣外皮產生不良影響，在這種高電壓下電流有很強的破壞力，而且在局部放電的作用下絕緣皮容易出現老化的情況，兩者呈正比關系。關于電能浪費，多次的局部放電容易導致系統有更高的電能損耗。因此，對于電力系統工作，必須要注重局部放電問題。因為局部放電自身具有一定的隱蔽性，所以分析高壓開關柜局部放電帶電檢測技術是非常有必要的。

3.高壓開關柜局部放電帶電檢測技術的基本原理

與傳統檢測法相比，局部放電帶電檢測法是一種間接性檢測方法，其是利用檢測局部放電伴生情況而達到檢測放電目的的檢測方式。現階段，電力系統中高壓開關柜局部放電帶電檢測技術主要包括兩種，一種是暫態地電位檢測，另一種是超聲波檢測。

3.1 暫態地電位檢測的基本原理

一旦開關柜出現局部放電的情況，放電形成的帶電粒子就會迅速從帶電體向接地的非帶電體轉移，而且在非帶電體中形成高頻電流行波，這時電流行波迅速擴散到每個方向。因為集膚效應，電流行波只是集中在開關柜金屬內的表面，通常不會將金屬柜體直接穿透。然而如果在電流行波傳統中存在金屬斷開或者絕緣連接位置時，電流行波就會立刻從金屬柜體內表面向外表面轉移，還通過電磁波的形式傳播到自由空間中，而且在金屬柜體表面往往會形成暫態地電壓。地電波范圍最好控制在1mV～1V，能夠在檢測中采用專業的暫態地電壓傳感器。此外，暫態電壓檢測傳感器和耦合電容傳感器是非常相似的，如果使用傳感器對迅速變化的暫態地電壓進行檢測，這樣就可以向檢測設備處理單元傳送檢測信號，經過正確的運算處理而獲取局部放電量。

3.2 超聲波檢測的基本原理

就電力設備來講，在放電中難免會出現聲波。站在能量的角度分析，放電是能量瞬時間爆發的過程，也是電能以電磁能以及聲能等多種形式釋放的過程。在空氣間隙中如果出現電氣擊穿的情況，放電瞬時就會有效完成，其電能向熱能瞬時轉化，造成放電中心氣體出現膨脹的情況，該瞬時膨脹的結果往往都是通過聲波的形式進行傳播，隨著聲波傳播過程中，聲音頻率越高，其衰減也會越來越快。因此，當高壓開關柜發生放電時，其產生的超聲波信號會從開關柜的接縫處或空氣間隙傳播出來，然后通過傳感器測量超聲波信號的聲壓，可以根據聲音的衰減情況來推測出放電的強弱和位置。放電形成的聲波的頻譜都是相當寬的，最小是幾十赫茲，最大有幾兆赫茲，如果信號頻率小于20kHz，人們的耳朵就可以聽到，反之，如果信號頻率高于20kHz，就屬于超聲波信號，需要使用超聲波傳感器才可以順利接收。結合放電釋放的聲能和能量之間的關系，將局部放電釋放能量的變化用超聲波信號聲壓變化表示，通過對超聲波信號的聲壓進行準確測量，這樣就能夠推測出放電的實際強弱。這就是超聲波信號檢測高壓開關柜局部放電的基本原理。

結 論

局部放電難免會損壞電力系統部件，也會造成不必要的電能消耗。當前普遍運用的檢測技術包括暫態地檢測和超聲波檢測。這些檢測技術的基本原理是不同的，在實際工作可以結合具體情況選擇適宜的檢測技術。這樣可以保證檢測結果的準確性，也可以提高檢測效率。

參考文獻

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