PDS AirTM 手持式局部放電巡檢儀檢測方法及應用

李嘉正

（廣東電網有限責任公司珠海供電局，廣東珠海，519055）

0 引言

10kV配網開關柜是電力系統配電環節中重要的電氣設備，具有數量多、應用廣等特點，其絕緣水平不僅影響供電半徑內的供電質量，還對電網的安全運行起著舉足輕重的作用[1]。

據統計，開關柜中40%的故障是由絕緣劣化引起的，而局部放電是引起絕緣劣化的重要原因[2,3]，因此，對10kV配網開關柜進行局部放電檢測，對發現絕緣存在的缺陷，防止停電事故發生具有重要意義。

10kV 配網開關柜內的局部放電主要為表面放電和內部放電。局部放電發生過程經常伴有聲、光、電、熱等物理現象以及化學分解，根據表征這些現象的不同的物理量（如電脈沖，電磁波，光，熱等）設計出不同的檢測方法，通過檢測這些物理量，并對其進行加工和分析，進而評估局部放電嚴重程度和絕緣狀態。

目前，在配網中主要是采用手持式局部放電在線巡檢儀對10kV 配網開關柜進行局部放電檢測，其中英國HVPD公司的PDS AirTM手持式局部放電巡檢儀在珠海局10kV 配網開關柜中應用比較廣泛。現場經驗表明，運維人員使用PDS AirTM巡檢儀能夠有效檢測開關柜中的局部放電，及時發現開關柜中存在的缺陷，進而采取相應的運維措施，保障開關柜的安全穩定運行。

1 PDS AirTM 手持式局部放電巡檢儀檢測方法

PDS AirTM局部放電巡檢儀是英國HVPD 公司生產的手持式便攜設備，是檢測開關柜設備局部放電活動的第一道防線，如圖1 所示。PDS AirTM局部放電巡檢儀擁有一個數字TEV 分貝顯示屏、外部高頻電流傳感器（HFCT）以及空間超聲波探頭，此外還包括一個內置TEV 傳感器和超聲波傳感器。各傳感器峰值局部放電等級自動顯示在7 級局部放電LED陣列上，并可讀出TEV的dB值。

圖1 PDS AirTM 局部放電巡檢儀

PDS AirTM局部放電巡檢儀主要是通過高頻電流傳感器、TEV 傳感器和超聲波傳感器進行局部放電檢測，其檢測原理分別為高頻脈沖電流檢測法、暫態地電波檢測法和超聲波檢測法。

■1.1 高頻脈沖電流檢測法

1.1.1 檢測原理

當連接開關柜連接的電纜線路的電纜本體或者電纜附近存在局部放電時，局部放電產生的高頻脈沖電流將沿著電纜線芯和金屬屏蔽層傳播，故可以在電纜本體或電纜終端頭引出接地線上安裝高頻脈沖電流傳感器，耦合高頻脈沖電流流經通路上所產生的電磁場信號。

HFCT 高頻電流傳感器實際上是一種寬頻帶羅戈夫斯基線圈型電流傳感器，檢測頻帶通常在幾百kHz 到幾十MHz，能夠有效地獲取局部放電信號。該電流傳感器主要由磁芯、線圈、金屬屏蔽盒等組成。磁芯采用耐磨耐蝕、高頻高導磁率、損耗小、穩定性好的磁性材料，由兩個半環經金屬屏蔽盒的閉合結構而形成圓環。金屬屏蔽盒為兩半環結構，尺寸稍大于磁芯，安放和固定磁芯，該屏蔽盒可屏蔽現場空間的干擾，以減少甚至避免現場測量局部放電時的干擾。

HFCT 高頻電流傳感器原理如圖2(a)所示，在半環磁芯上纏繞線圈并串接積分電阻R，構成自積分電路。圖中M為電流傳感器的互感，Ls 為線圈的自感，Rs 為線圈的等效電阻，Cs 為等效雜散電容。

圖2 高頻電流傳感器原理

局部放電檢測時，將HFCT 卡在電纜地線（或電纜本體）上。發生于電纜上的局部放電電流脈沖沿金屬屏蔽傳播到地線時，該電流脈沖信號被HFCT的線圈耦合，其中R 上的電壓信號大小、波形由局部放電脈沖信號決定，該信號即為采集到的局部放電信號，經屏蔽盒上的 BNC 接頭引出。

1.1.2 檢測步驟

在使用PDS AirTM高頻電流傳感器檢測時，接線示意圖如圖3 所示。檢測前，將高頻電流傳感器置于空氣中，測量背景噪聲。背景噪聲HFCT 讀數應小于黃色標色所代表的數值，若背景噪聲過大，應加裝一個聯機式濾波器。檢測時，將HFCT 傳感器卡在電纜接地線上，傳感器通過50 歐姆BNC 電纜連接至PDS AirTM，LED 燈顯示測量的局部放電等級。

圖3 HFCT 傳感器檢測接線示意圖

■1.2 暫態地電波檢測法

1.2.1 檢測原理

當開關柜等高壓設備存在局部放電時，高壓設備內部會輻射出電磁波信號。在被遮擋物完全屏蔽情況，電磁波信號則會被限制在遮擋區域內部，遮擋區域外檢測不到電磁波信號；在有縫遮擋的情況下，大部分電磁波被金屬外殼屏蔽，有小部分從縫隙傳播至遮擋區域外。

由電磁感應原理可知，當電磁波在空間傳播遇到導體時，會在柜體內表面會感應出脈沖電流，其幅值大小、頻率等參數與局部放電電磁波有關。由于實際的柜體不是完全密封的，柜體的屏蔽層在絕緣部位、墊圈連接處、電纜絕緣終端等部位通常出現縫隙，根據電磁波傳播特性，柜體內表面感應脈沖電流最終會從開口、接頭、蓋板等的縫隙處傳出，然后沿著金屬柜體外表面傳到大地，這樣就形成了一個個暫態對地電壓，如圖4 所示。若在設備的金屬外箱殼上放置一個電容性探測器，該傳感器可感應到設備外表面的暫態地電波，再將信號傳輸到局部放電檢測儀。

圖4 暫態地電波形成

地電波的強度隨局部放電脈沖寬度的增加而迅速減小，隨局部放電脈沖幅值的增加而增加，隨著距離的增加而減小。因而地電波檢測法對于放電過程越快、越激烈、距離越近的局部放電檢測能力越強。該方法可以在設備運行條件下進行，減少設備停電次數，提高供電可靠性和穩定性。

1.2.2 檢測步驟

在使用PDS AirTM暫態地電波（TEV）傳感器檢測時，接線示意圖如圖5 所示。檢測前，將PDS AirTMTEV 傳感器水平放置在不出現局部放電活動的金屬制品表面上，測量背景噪聲，同樣，背景噪聲的等級應低于“黃色”。檢測時，將內置式TEV 傳感器放置在金屬外殼開關設備上，靠近金屬外殼的通風口、墊圈或者接縫，讀取TEV 分貝顯示屏顯示的讀數。為提高檢測的準確性，應對開關柜多個位置（如上中下三個部位）進行檢測，并比較讀數的大小。

圖5 TEV 傳感器檢測接線示意圖

■1.3 超聲波檢測法

1.3.1 檢測原理

局部放電是一個復雜的物理過程，微觀上放電區域分子間會發生劇烈的撞擊，宏觀上表現為一種壓力波。由于局部放電是一連串的脈沖電流，所以由此產生的壓力波也表現為脈沖形式。通常局部放電激發的聲信號頻帶較寬，一般為10Hz～10MHz之間，其中頻率超過10kHz的波段稱為超聲波。

局部放電源可以看作點脈沖波聲源，以球面波形式向四周傳播，與機械波一樣，在不同介質中傳播速度不同，在介質交界處同樣會發生反射和折射現象。若在設備外部安裝超聲波傳感器（通常采用壓電傳感器）即可接收到設備內部局部放電產生的超聲波信號。

超聲波方法是非侵入式的局部放電檢測方法，受電氣干擾小，主要用于定性地判斷局部放電信號的有無，以及結合電脈沖信號或直接利用超聲信號對局部放電源進行物理定位。超聲波檢測方法避免了與電氣設備的直接電氣連接，適用于不需斷電的局部放電帶電檢測和在線監測，如開關柜內的局部放電。

由于目前超聲信號的強弱與絕緣劣化程度之間的定量關系還不能確定，因而在設備局部放電的檢測中，超聲檢測法只是作為一種輔助測量手段。此外，電氣設備的絕緣往往是多種材料構成的復合絕緣，結構復雜，各種絕緣材料對聲波的衰減及對聲速的影響都不一樣，限制了局部放電超聲檢測法定位的準確性。

1.3.2 檢測步驟

在使用PDS AirTM超聲波傳感器檢測時，接線示意圖如圖6 所示。檢測前，將傳感器平放在設備表面（而非放置在通風口或氣隙上方），測量背景噪聲。檢測時，將空間聲學內置傳感器直接放置在通風口或其他開口處（有聲波通路）進行測試，LED 燈顯示測量的局部放電等級。

圖6 超聲波傳感器檢測接線示意圖

2 現場實例分析

2015 年3 月，某供電所運維班巡視人員在使用PDAir便攜式局部放電檢測儀對某10kV 配電房進行局部放電檢測時，檢測到的暫態地電波信號輸出為26dB。經對比儀器給出的局部放電等級參考表可以知道，設備存在輕微局部放電現象。此后運維班將該配電房列為重點巡視對象，將原本的差異化巡視周期2 個月改為1 個月，并在2015 年10 月的巡視中發現該配電房602 開關電纜頭存在放電現象。為防止局部放電惡化，供電所迅速安排人員進行缺陷處理。缺陷處理前和處理后分別如圖7(a)和7(b)所示。

圖7 缺陷處理前和處理后

3 結論

本文介紹了英國HVPD 公司生產的PDS AirTM手持式局部放電巡視儀三種傳感器的檢測原理及步驟，并分析了一起使用PDS AirTM成功發現開關柜中局部放電缺陷暗戀，驗證了PDS AirTM手持式局部放電巡視儀在開關柜現場局部放電檢測中的有效性。