在線檢測10kV開關柜局部放電方法的分析

云南電網有限責任公司昆明供電局 和定繁

在配電系統中10kV開關柜是非常重要的電氣設備，10kV開關柜的局部放電問題會直接影響整個配電系統的運行質量。導致10kV開關柜出現局部放電的原因有很多，材料、制作工藝、安裝工藝等都會導致電氣設備出現一些絕緣缺陷，從而在運行過程中出現內部電場分布不均勻問題并引起局部放電現象。局部放電對設備的影響較大。當電氣設備長時間存在局部放電問題時設備絕緣介質會出現絕緣裂化，嚴重時造成電氣設備絕緣擊穿、使設備無法正常運行，讓整個電氣系統也面臨癱瘓的風險。因此在10kV開關柜運行過程中要做好在線檢測，通過檢測全面掌握設備絕緣狀況，從而實現對潛伏性故障、突發性故障的預防，為電氣設備的正常穩定運行提供保障。

1 10kV開關柜局部放電類型及檢測技術

在電力系統中10kV開關柜屬于成套的電氣設備，主要承擔著電力系統配電以及電能轉換過程中開關的開合和保護任務，在電力系統中發揮著重要作用。10kV開關柜的主要特征是零件多、結構相符復雜、各部件布置的相對緊湊絕緣距離較小。受材料、工藝、安裝技術等影響，10kV開關柜普遍存在內部絕緣缺陷，因而發生局部放電故障、絕緣故障的概率也就更高。

1.1 沿面放電

10kV開關柜運行過程中的沿面放電現象是氣體或液體絕緣的接觸面上產生釋放全部電能的現象。10kV開關柜在運行過程中出現沿面放電現象主要與環境、傳導物質以及交變電流波形、磁場、天氣等有關。當環境中顆粒物數量較多、粒徑較大時10kV開關柜運行狀態就會受到影響。同時天氣狀況過于惡劣也會導致10kV開關柜出現局部放電的可能性增加。由此可知，10kV開關柜的沿面放電具有較大的不穩定性。同時開關柜在運行過程中出現沿面放電現象還可能與電纜材質、安裝工藝有關。若電纜安裝質量不過關，就有可能引起局部放電并導致護套被燒毀，從而使相連電氣設備的運行狀態也大受影響[1]。

1.2 電暈放電

也是常見局部放電類型。開關柜的電暈放電現象主要與氣體性質、氣候條件、天氣狀況以及電壓強弱度等有關。當10kV開關柜套管長期存在電暈放電問題時套管容易被擊穿，開關柜運行狀態會受到影響。

1.3 懸浮放電

在10kV開關柜制作或安裝過程中，若出現工藝不標準等問題使開關柜中某純金屬零件受到損壞、造成其不能接地，那么在開關柜運行過程中就容易造成設備絕緣受損，使設備出現局部放電現象[2]。懸浮放電嚴重時也會造成套管被擊穿、線路被燒毀，使10kV開關柜以及其他與之相關聯的設備不能正常穩定運行。

1.4 AE檢測技術

當10kV開關柜出現局部放電問題時就會有沖擊振動產生。通過收集、監測設備產生的振動信號也可獲得開關柜局部放電位置及程度，從而為各項運維管理工作提供參考依據。當前比較常見的AE檢測技術正是通過設備產生的振動來測量開關柜局部放電信號。該項技術主要是通過超聲波傳感器裝置來檢測、收集開關柜局部放電信息并達到檢測目的。

1.5 TEV檢測

1.5.1 檢測理論

電力系統中的10kV開關柜連接著用電設備，引起其局部放電問題會直接影響到用電設備的運行狀態。若10kV開關柜出現嚴重的局部放電問題，那么用電設備也就無法正常穩定運行，進而引起大面積停電，給用電用戶的正常生活帶來巨大影響。為此在設備運行過程中要加強對其的監測與管理。具體的檢測理論是：當10kV開關柜出現局部放電時磁場就會出現變化、同時變化電場也會產生，因布局放電而產生的電磁波通過非屏蔽區、金屬柜的縫隙等不斷向外輻射。在不斷向外輻射過程中電磁波與開關柜表面接觸，開關柜金屬外殼上就會有暫態對地電壓產生。通過對這一現象的捕捉與分析就掌握10kV開關柜是否出現局部放電現象。

1.5.2 TEV定位檢測

10kV開關柜在運行過程中出現局部放電現象時，帶有電荷的粒子會快速向不帶電部分移動，開關柜的金屬柜就是不帶電物體。帶有電荷的粒子移動到金屬柜表面后形成電壓波與電流波，電壓波與電流波在一些因素的作用下向四周輻射發散出去。在這一過程中產生電流會在金屬柜表面做無序的移動發散，移動過程中如遇到縫隙電流就會沿著縫隙傳導到金屬柜外側，并以電磁波的形式在空氣中自由傳導，從而導致金屬柜體表面有暫態電壓產生，該電壓的波動與變化有一定的規律性，基于這一規律將檢測探頭伸入到處于運行狀態開關柜的內部，通過檢測內部各元器件及采集數據，就能分析出10kV開關柜是否出現局部放電故障[3]。

在進行10kV開關柜局部放電定位檢測時主要利用TEV探頭來完成。TEV探頭主要由PVC及金屬盤兩大部分組成，其中PVC包裹在探頭的外部起到支撐與保護金屬盤的作用，使探頭有良好的絕緣性。在應用TEV探頭對10kV開關柜進行就按側測量時，于金屬柜體表面緊貼TEV探頭，利用探頭對金屬柜體上的暫態電壓數據進行探測、收集。采集到的數據在金屬表盤上發生變化并形成感應信號，信號被經過傳輸處理就能真實反映出開關柜局部放電信息[4]。

在應用TEV技術對10kV開關柜局部放電故障位置進行定位時，根據開關柜所處位置確定傳感器布設位置（一般兩者間的距離不能超過300mm）。在放置到合適的位置后采集開關柜運行狀態信息，計算與分析開關柜局部放電強度，然后對局部放電信號到達兩個測試探頭的先后順序進行計算分析，最后就能得到故障的具體位置。要想進一步提升定位的精確性，可在開關柜運行過程中多進行幾次以上操作。

1.5.3 TEV檢測注意事項分析

在采用以上技術進行局部放電檢測時容易受到各類因素的干擾，如電源、電磁輻射及接地系統、元件的放電等。要想獲得精確的檢測結果就要采取有效措施對干擾信號進行屏蔽或區別，使檢測結果更為準確[5]。此外在對10kV開關柜局部放電位置進行檢測評估時，需對局部放電影響程度進行分析判斷，若局部放電影響程度較輕可將故障定位工作適當延后，若故障程度較重需及時開展位置檢測及故障處理，避免引起大范圍停電。對處于運行狀態的10kV開關柜進行局部放電檢測時，需有重點、有目的地進行。如結合以往經驗發現，在開關柜側面板上中下部分、前面板中、下部分易出現放電事故，因而在檢測過程中應對這些區域做重點檢測。在檢測時要使地電波檢測儀器探頭盡量垂直于開關柜金屬外殼，構成電容親和結構對10kV開關柜因局部放電產生的地電波進行檢測[6]。

2 基于TEV技術與智能監測裝置的在線監測系統

2.1 系統構成與功能

10kV開關柜局部放電問題會給相關電氣設備及電氣設備的運行狀態帶來很大影響，因此對于開關柜的局部放電問題要能采取相應措施進行在線監測，通過動態監測隨時掌握設備運行狀態，及時發現設備潛存的故障隱患并做出預防與處理，將故障影響降到最低。傳統檢測技術多屬于停電檢測技術，是10kV開關柜在出現局部放電問題后再將設備停電檢查處理，狀態檢查工作有一定的滯后性，不利用對各類故障的預防。在現代科技背景下，可結合TEV及相關智能監測設備構建在線監測系統，利用這一信息化系統對10kV開關柜進行動態監測與防護，盡可能減少或避免故障的發生[7]。

同時，基于TEV技術與智能監測裝置的在線監測系統具備遠程同步檢測與監控10kV開關柜局部信號的功能，能實現對10kV開關柜的有效防護。該系統主要由幾大模塊構成：無線數據通訊模塊、智能監測模塊及數據處理模塊。系統可對10kV開關柜運行狀態進行在線監測，監測到設備運行過程中產生的各項數據，并通過對數據的處理掌握開關柜運行狀態。若開關柜在運行過程中出現局部放電現象系統可自動發出報警，從而避免重大故障的產生。在對10kV開關柜局部放電情況進行監測時，系統采用的是多通道瞬時同步檢測方式，能動態監測并真實反映出各通道的各局部放電信號大小及波形等特征，從而便于工作人員更準確、全面且系統的掌握10kV開關柜運行狀態，根據具體運行狀態采取必要的防護措施對各類運行故障做出有效預防。這一信息化在線監測系統還具有很好的擴展能力，同時預留有足夠的數據通道。在監測過程中，基于無線通信網絡對10kV開關柜進行在線檢測、故障分析、定位與報警，為10kV開關柜的正常穩定運行提供保障。在10kV開關柜運行過程中，系統中的6個通道可對三面開關柜進行監控，以多通道實時同步監測的方式對系統中10kV開關柜的運行狀態進行監測，并對各通道內各局部放電信號的波形、大小等特征進行同步顯示。

2.2 在線監測過程

在10kV開關柜運行過程中，在線監測系統的數據采集、信號處理及隔離模塊會按照一定程序協議有序運作，檢測傳感器自動完成放電信號采集及傳輸工作，系統的信號處理模塊在接收到信息后對各信號進行計算、分析與整理，并將經過整理后的局部放電信號發送到隔離模塊，隔離模塊按照預設參數與程序將數據采集處理模塊與信號處理模塊進行隔離，使兩大模塊獨立運作、互不影響。通過該系統對10kV開關柜進行局部放電檢測，能使各工作人員更及時、準確、全面地了解開關柜絕緣情況，從而采取有效措施對各類故障做出預防。此外也能發現10kV開關柜在材料、制作工藝以及安裝技術等方面的問題，據此對開關柜日后的運行狀態做出預測，分析開關柜在運行過程中可能會出現哪種類型的局部放電問題并提前做出防范，以此實現對各類故障的有效防范，讓10kV開關柜的運行狀態得到改善。

2.3 在線監測效果

與其它監測技術相比，該信息化系統在10kV開關柜局部放電在線監測方面有顯著應用優勢。如在該系統中可根據具體監測需求對每一個TEV通道的報警值進行設置，可為工作人員直觀展示出10kV開關柜運行過程中的信號大小、局部放電活動的圖形、特征等，便于工作人員在最短時間內確定出開關柜局部放電位置以及原因，進而采取針對性措施對故障進行預防。此外該在線監測系統也可對各開關柜在每一個運行階段所產生的數據信息進行儲存，讓工作人員的檢查、防護以及維修等工作更便于開展。在10kV開關柜運行過程中，通過該信息化系統可對電氣設備自由金屬顆粒放電情況做出自動的監測與判斷，能根據電氣設備具體的運行數據為工作人員給出各種放電發生的可能性。如懸浮電位體放電、自由金屬顆粒放電、絕緣件內部氣體放電等，為工作人員的診斷與防護提供便利。該系統結合了TEV技術以及智能監測裝置，因而功能豐富、性能可靠、實用性強，有強大的在線監測功能。合理運用這一系統可大大簡化10kV開關柜局部放電監測工作，提升電氣設備局部放電監測結果的科學性、準確性，減少10kV開關柜局部放電以及其他故障的發生，確保10kV開關柜以及電氣系統的正常穩定運行。

綜上，10kV開關柜局部放電會對開關柜以及相關電氣設備產生影響，導致設備運行狀態失穩、使用壽命縮短，嚴重時還會造成系統癱瘓，引起大面積停電。因此對于10kV開關柜局部放電問題要做好監測與防控，將局部放電的影響降到最低。當前適用于10kV開關柜局部放電監測的技術方法相對較多，本文分析的TEV技術以及基于這一技術的PDAN系統功能豐富，性能穩定，可靠性高，在10kV開關柜局部放電監測等方面有著相對顯著的應用優勢。相關單位可考慮研究、引進與應用上述技術方法，從而為電力系統的穩定發展提供保障。