10 kV开关柜局部放电检测技术探析

洪碧尧

摘 要：文章基于10 kV开关柜局部放电可能引起的故障，阐述了局部放电检测的重要性，分析了基于TEV、AE、UHF的局部放电检测技术，并通过实例进行验证分析，为掌握10 kV开关柜的运行状况和故障检测提供了具体的分析方法。

关键词：开关柜；局部放电；检测技术

中图分类号：TM591 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）26-0114-02

10 kV开关柜是配电网的重要电气设备，其运行状况直接影响到配电网供电的可靠性。而开关柜在长期运行过程中，由于受到如电、热、化学等各种因素的影响，很容易造成绝缘老化，使其绝缘强度降低。根据电力系统的统计数据，开关柜发生的所有故障中，由于绝缘老化所引起的故障占比达79%。由于开关柜在发生故障前往往会出现局部放电，因此通过加强对开关柜运行过程中的局部放电状况检测，能有效将事故隐患消除在萌芽状态，确保配电网的正常运行。基于此，本文对10 kV开关柜局部放电检测技术进行了研究。

1 10 kV开关柜局部放电检测的重要性

以往在对开关柜进行巡视、检测及试验时，很难准确掌握开关的各种实时参数。在带电检测方面，常采用非接触检测方法，这种检测方法对于敞开的电力设备，如避雷器、变压器等具有很好的效果，而对于封闭的10 kV开关柜，效果并非最佳。对封闭的10 kV开关柜来说，要实现对其绝缘故障的检测和评价，采用局部放电检测方法具有十分重要的作用和意义。

2 10 kV开关柜局部放电检测技术

2.1 基于TEV的局部放电检测技术

运行中的10 kV开关柜出现局部放电时，会产生电磁波，电磁波沿着属外壳的表面泄漏到开关柜的外部，并在接地金属外壳产生暂态地电压（以下简称TEV），且持续时间很短，通常只有几纳秒。通过安装专门的传感器捕捉TEV信号，可以检测10 kV开关柜的局部放电状况。通常情况下，为了确保检测的准确性，一般将传感器安装在靠近10 kV开关柜有缝隙的表面。对开关柜来说，局部放电产生TEV信号的强弱直接取决于开关柜放电程度的强弱和距离，距离放电点位置越近，TEV幅值越大。在具体测试过程中，可以将多个传感器安装在10 kV开关柜的不同位置，根据信号到达传感器差别确定局部放电具体位置的信息。

然而要引起重视的是，开关柜外部的电磁波也可以在金属外壳产生TEV信号，因此在进行判断时，必须首先消除掉干扰信号。消除干扰信号的方法可采取下述两种方法：①由于干扰信号一般会在多种金属材料上出现，通过测量金属制品和设备上的信号并进行对比，进而获得开关柜局部放电活动程度。

②利用局部放电监测仪探测干扰信号，在最后进行信号处理时，将其考虑到输出结果中。

2.2 基于AE的局部放电检测技术

10 kV开关柜若出现局部放电，就会产生冲击振动，AE法就是在开关柜外壳安装超声波传感器测量内部局部放电信号。超声波在固体中传播时不仅具有很快的传播速度，还具有极大的衰减，因此局部放电产生的超声波很难穿透开关柜的金属外壳，因此要通过这种方法检测局部放电，必须要将超声波传感器安装在检测的开口或者裂缝处。

同时由于超声波具有很强的方向性，要进行有效的检测，必须指向局部放电源才具有很好的灵敏度，因此AE法只能检测到沿面放电。具体就10 kV开关柜而言，可以选择开关柜的散热孔、棱角缝隙处等作为超声波传感器的安装位置，离放电点越近，接受的信号就越强，基于此，可对放电点进行粗略的定位。要准确确定放电点的位置，必须通过不同位置的超声波传感器接收到的信号，利用几何方法确定局部放电的具体位置。要注意的是，采用AE方法不能准确判别放电类型。

采用这种检测技术也会受到环境噪声的干扰，对于环境噪声，可首先测试空气中的干扰噪声，再在被测设备上测量，通过两者对比就能得出10 kV开关柜局部放电活动程度。

2.3 基于UHF的局部放电检测技术

10 kV开光柜工作时若出现局部放电就会产生高频电磁波，UHF（高频无线电波）检测方法是通过对高频电磁波进行检测，实现对开关柜的局部放电检测。开关柜出现局部放电时，电晕干扰主要集中在300 MHz以下，采用UHF方法能够有效避免这些电晕的干扰，具有很好的灵敏度和抗干扰能力，还具有能准确对局部放电位置、定位及缺陷类型进行识别等优点。

具体检测时，UHF通常采用时差法，根据不同位置传感器接受到局部放电信号的时间差获得开关柜出现局部放电的具体位置。由于电磁波传播速度非常快，因此接收到的信号时间差一般为ns级别，因此必须使用具有极高分辨率的示波器，以便能判断信号到达的准确时间。

采用UHF检测方法也会受到其它信号的干扰，这些干扰主要来源于设备外部，因此可通过屏蔽法解决，最方便、快捷的方法就是将检测传感器用屏蔽金属布包扎起来，通过实践证明，这种方法具有良好的屏蔽效果。

3 检测实例

笔者对某110 kV变电站的10 kV开关柜局部放电进行检测。具体检测过程如下，首先使用便携式超声波检测仪器对其进行检测，为了避免周围环境对检测结果造成干扰，对每个开关柜进行两次检测，并测量开关柜周围空气的背景值，再将其放置在柜门进行检测，具体检测结果，如图1所示。

由图1可知，不考虑背景干扰后，108，109的测量值仍然很大，靠近108，109开关柜的地方，背景值和测量值都具有一定的提升，说明这两个开关柜可能存在局部放电，必须进行深入验证。

接下来采用TEV局部放电检测仪进行检测，具体测试位置为开关柜的上部、中部和下部，具体测试幅值对比，如图2所示。

据图2可知，108，109开关柜的测量值高于其他开关柜，并且越靠近这两个开关柜，幅值越大，说明这两个开关柜存在局部放电。根据上图2的测量结果可判断出在108开关柜侧存在局部放电。为了进行深入的详细检查，停电进行检修，打开108开关柜，如图3所示。

根据图3可知，开关柜母线距离穿墙套管太近，两者之间间隙过小，开关柜经过长时间运行后，绝缘特性出现一定程度的下降，进而使得10 kV开关柜出现局部放电现象。

4 结 语

不同的10 kV开关柜运行环境存在一定的差别，可能存在不同类型的干扰源，因此在进行局部放电检测时可能难以有效甄别干扰，基于此，可采用多种检测方式相结合的方式进行，通过对比分析多种检测信号，排除运行环境带来的干扰，提高识别的准确性，确保开关柜的正常运行。

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