配電設備異常放電檢測裝置研制

王新宇，任 正，鄭博文，趙振宇

（國網內蒙古東部電力有限公司電力科學研究院，內蒙古 呼和浩特 010000）

1 現狀分析

電網中設備種類繁多，一次設備大部分結構的材質為金屬，金屬設備端部長期運行中，不可避免的產生結構污染、銹蝕等情況，在電磁環境發生變化等條件下，易發生異常放電情況，嚴重者會造成開關跳閘、設備損壞，甚至引發設備燃燒、爆炸等危險情況。有研究表明，電弧是電氣火災的罪魁禍首之一，當電弧電流大于0.5 A 時就可能引起火災，當電弧電流達到2～10 A 時，就能產生2000 ℃以上的高溫，高溫能量在開關柜等有限空間內聚集，很容易出現燃燒、爆炸。而高溫高壓下，電氣設備產生的有毒氣體也可能對設備運維人員造成人身傷害。因此加強設備內部異常放電監測，是保障配電網安全運行、可靠供電的重要方式。

近年來因設備絕緣破壞造成異常放電引發事故的情況多發，如：潮濕環境中封閉式開關柜排風不暢導致進出線電氣連接處金具表面凝露誘發異常放電；部分電纜溝封堵不嚴，灰塵通過柜底縫隙進入開關柜內部，導致設備積污，誘發放電；配電箱及保護屏柜內部元件有時也會因絕緣老化造成異常放電。如圖1所示。

圖1 部分異常放電損毀的設備

2 原因分析

通過統計分析配電網設備運行環境及放電損壞情況，查找事故原因，總結并歸納出以下幾方面：

配電設備故障須人工現場查驗，無法遠程監測。正常運行的配電設備大多運行于封閉空間，缺乏異常放電檢測的傳感器，當發生異常放電情況，需要人工根據經驗定位排查，不易快速發現故障點，耗時耗力且容易延誤搶修時機，導致事故風險增加甚至故障擴散引發大面積停電。

配電設備安裝位置空間狹小，光線昏暗。由于傳統檢修運維手段多為人工現場排查設備故障及隱患點，受限于空間及光線問題，事故排查存在較大“盲區”，需要更加靈活的輔助檢測設備，適用于各種配電設備不同安裝位置及運行環境，以便于對設備故障及隱患點進行全面排查。

異常放電檢測設備成本高，使用不便捷。目前用于異常放電檢測的設備多為紫外成像類儀器，其成本高昂，便攜性差，工作環境適用性單一，手持攝像的方式也不適用于配電設備空間狹小、光線昏暗的檢測環境，存在視覺盲區，急需一套高效且價格低廉的異常放電信號檢測裝置，克服使用高成本低適用問題，提高檢測安全性、準確性及快速性。

3 對策實施

本項目的技術方案主要是開發一套低成本、高效率的配電設備異常放電檢測裝置，利用紫外光探頭檢測放電過程中產生的紫外光，通過光傳導技術、光譜分析技術、光電轉換技術、數字轉換傳輸技術等，將傳感器采集的光信號，經光電轉換為電信號，再經光譜分析及數字轉換后，分揀出異常放電信號達到異常放電檢測目的。其整體結構及樣機如圖2、圖3所示。具體方案如下。

圖2 整體結構示意圖

圖3 裝置樣機

3.1 本地檢測模式

考慮到長期帶電運行的配電設備無人值守問題，裝置設計了本地檢測模式，如圖4～5所示，將紫外光探測部分長期駐留在檢測區域，通過敷設光纖傳輸信號至檢測后臺，實現對設備實時檢測，當檢測到設備異常放電信號，可實時傳輸至后臺提醒運維人員，并根據設備ⅠD快速定位故障點。

圖4 本地檢測模

圖5 本地檢測分析后臺界面

3.2 便攜檢測模式

確定故障點后，運維人員到場處理故障時受限于配電設備安裝位置空間狹小，光線昏暗等條件，不便于故障排查的問題，因此，裝置設計了便攜檢測模式，可由運維人員攜帶至現場，隨時隨地進行檢測，如圖6～7所示。采用多級伸縮桿結構，桿首端配有紫外光探頭，檢測到的放電信號通過尾端的光纖傳輸至便攜分析箱，提高測試安全性的同時增加不同應用場景的適應性，從根本上解決了工作場地空間狹小、光線昏暗等不便于排查的問題及測試人員安全距離問題，實現設備異常放電便攜式檢測。

圖6 便攜檢測模式示意圖

圖7 便攜式檢測

3.3 分體設計一機多用

為降低裝置成本，充分發揮裝置各部分的功能，增加使用的便捷性，該裝置采用分體式設計，每一部分都能實現獨立的功能，使得其能應用于不同場合，實現一機多用，如圖8 所示。同時，設置了紫外光探頭和可見光探頭，在檢測異常放電發出的紫外光信號的同時，還兼顧檢測由電弧引燃的可見光火警信號，具體參數如表1 所示，增強裝置的適用性，有效降低檢測成本。

表1 弧光探頭參數

圖8 裝置各部分

4 效果評價

配電設備異常放電檢測裝置采用分體式結構、多用途探測器和多用途傳感器，創新探測器結構，創新光源采集方式，實現了配電網電氣設備異常放電的安全、可靠探測，大大降低檢測成本，使得檢測過程變得簡單、安全、可靠，大大推進一次設備放電檢測的普及化，對改善配電網供電可靠性、保障工作人員安全，能夠起到很好的作用，在檢測性能及安全方面均有較高的保障。

該裝置開發成本低廉，環境適應性強，堅固耐用，由于光纖壽命較長，該裝置可作為良好的放電檢測無源傳感器長期應用于系統中配電設備異常放電檢測，對在線監測數據進行有效補充，從而更好地判斷故障點。