高压开关柜局部放电检测技术的研究

2015-03-15马静君徐建华陈建红司拴成吕默影王晔辰

通信电源技术 2015年1期

马静君，徐建华，陈建红，司拴成，吕默影，王晔辰

（国网浙江兰溪市供电公司，浙江兰溪310000）

1 概述

高压开关柜是电力系统中不容忽视的一个部分，它如果出现了内部绝缘部分的缺陷、绝缘部分劣化或者是接触不良等问题，就会对电力系统的安全运行造成威胁。根据全国2005～2010年开关柜出现事故的统计，由于绝缘以及载流两个方面引起的故障占比40%，其中绝缘部分闪络造成的事故占比79%；故障潜伏期也可能会出现偶然的放电现象，此时，通过放电监测能够准确地检测出相关信息。本文介绍了高压开关柜局部放电监测技术，做出了具体的分析与监测，希望能够实现开关柜内部绝缘故障的检测与定位，这样不仅能够预防事故的发生，同时，也有利于开关柜的正常运行。

2 高压开关柜局部放电的检测技术

局部放电主要是在某一个区域之内，电器设备绝缘结构的放电现象。如果高压开关柜绝缘性能不良，就会产生局部放电现象。这种放电仅在这一个区域破坏绝缘结构的内部，却没有贯穿性的击穿主绝缘，但是如果长时间处于此种放电状态，达到一定程度，就会对设备的整体绝缘强度产生影响。表面放电与内部放电是开关柜局部放电的两种表现形式。表面放电包含了声音、光、热等现象；内部放电包含了电磁波、光、热、化学气体等现象，都属于开关柜局部放电的关键信号［1］。

2.1 暂态对地电压（TEV）检测

高压开关柜的绝缘层发生局部放电时，就会有电磁波出现在无线电频率范围当中，甚至出现在甚高频段，其幅值可能在0.1 mV到几伏之间。而内部放电的电量集中在接地屏蔽的内表面之上，因此，如果属于连续的屏蔽层，在外部就无法检测到放电信号。但是从实际来看，它还是可以通过密封垫圈、金属外壳等间隙泄漏到外表面去。当电磁波处于开关柜外面时，就会有暂态对地电压出现在接地的金属外壳之上。

图1是TEV检测原理示意图。如果在对地绝缘部分出现了相应的放电现象，就会有部分电容性的放电电量存在于接地金属壳之间，一般来说放电持续时间只有几纳秒，而放电电量只有几兆分之一库伦。因此，计算放电电量时，如果一次放电达到了1 000 p C，持续1 ns，那么就会有100 mA的电流产生。放电脉冲所能持续的时间较短，无法把被检测的设备当成一个整体，仅仅视为传输线，其电气特性主要由电感与分布电容所决定。若将其看成金属板，其缝隙所处的位置是另外的金属板，传输线可以看成是缝隙与地之间相互衔接的距离。脉冲在金属壳的内表面进行传播的时候，最终能够从盖板、接头或者是开口等缝隙传出，然后通过金属壳的表面传递到大地当中。如此，放电信号就可以被电容耦合式传感器检测到。

图1 TEV检测原理

若TEV信号是因为局部放电产生的，那么放电点的远近与放电实际的激烈程度就与信号有着直接关系，可以利用专门的探测器来进行检测。通过检测局部放电产生的TEV信号，不仅可以具体的测试出局部存在放电情况，同时，也可以测试出电源到不同探测器的时间差，这样就可以定位局部放电点。

2.2 超声波检测

作为一种释放或者是快速迁移的过程，局部放电一旦出现，就会影响到机械应力、粒子力以及周边电场应力的平衡性，从而出现振荡的情况，当机械应力与粒子力出现了快速的振荡变化时，就会使放电点周边的介质产生振动，如此就会出现声波信号［2］。

放电所释放出来的能量同声能之间是成正比的，虽然现实当中存在很多因素影响到这一比例，但是从统计的角度需要确定两者的关系。根据球面波声能量公式，在不考虑声速与空气密度的前提下，声压平方同声能量之间是成正比的。根据放电所释放出来的能量同声能之间的关系，局部放电所释放出来的能量可以通过超声波信号声压的变化来表现，那么放电强弱就可以通过测量超声波信号的声压来推测。局部放电超声检测系统结构图如图2。

3 高压开关柜局放数据的采集和分析方法

从原理上来看，TEV法和超声波法是具备比较性的检测技术。某一个开关柜所检测到的结果应该同相同类型的开关柜检测数据或者是以前的检测数据进行相互的比较，如果说所取得的数据相比相同型号或者是之前的结果要超出很多，就说明开关柜处于放电活动之中，这样就可以推断出故障发生的可能性。

3.1 高压开关柜局部放电的数据采集

当前，相对成熟的检测方式有TEV检测仪器和超声波检测仪器，为了让检测数据存在可比性，就需要保持每一次高压开关柜的测试点不变，也就是每次需要在某一个固定的开关柜点位进行测量［3］。如此，就可以让每一次测量都保持一致的干扰环境，在后期的分析时，就可以将环境干扰排除掉。

3.2 高压开关柜局部放电的数据分析

在同一开关柜的局部放电检测中使用统计分析法，就能够分类统计TEV检测数值以及超声波检测数值在相同情况下的实际数值，如此，就可以初步做出判断的依据。而环境条件、工作电压、绝缘材料以及开关柜制造厂家等都会对局部放电的测量结果产生影响，所以，这一部分因素都会导致检测结果出现错误的判断，这是现场操作当中需要留心与特别注意的。

趋势分析主要是分析同一开关柜在不同时间的测试结果，并且根据月份、季度以及年度来进行统计分析，然后将局部放电的趋势分析出来。

4 开关柜局部放电的故障判断

根据相应的初步判断、统计分析以及趋势分析，就可以动态的判断开关柜的局部放电，其具体操作：

（1）进行初步的判断。主要是对实际的故障情况进行详细的统计了解，之后将故障率确定在a%；（2）统计分析。对于N面开关柜局部放电情况做好相应的普测处理，然后取出最大的Na%，然后再取出最小的Na%，将其作为比较值A；（3）趋势分析。在某一个时间段内，再一次普测所有N面开关柜，然后取出检测数值最大的Na%面开关柜，然后再取出Na%最小数值的开关柜数值作为比较值B。然后，将A和B进行相互的比较；（4）比较分析。将A和B进行比较分析，可能出现以下情况：其一，当B＜A，可能考虑到的情况是开关柜负荷有所减小，背景的干扰出现了好转，湿度与温度都有所好转。其二，B＞A同B＜A的情况刚好相反。其三，如果B＝A，那么就表明开关柜的负荷、背景干扰、湿度与温度保持一致的前提下，开关柜趋于平稳；（5）将判据值确定出来。通过开关柜常年的运行，就可以确定A或者是B的判断依据，但是因为开关柜周边的环境可能会对局部放电产生影响，所以，在确定判断值的时候，需要考虑到±2 d B的误差。然后根据步骤（1）到步骤（5）的顺序，确定其判断的实际依据，通过长时间的比较，建立相应的数据库，以确定一个具有指导意义的数值。