开关柜局部放电检测技术及发展前景探讨

郭夏杰

浙江天蓝环保工程有限公司 浙江杭州 311202

1 局部放电现象产生的危害

第一，导致系统设备绝缘性减少、促进老化；第二，导致不必要的电能被浪费。因为高压开关有相当高的电压，有些介质的击穿场很强，这样就容易对系统的不同类型的绝缘外皮产生不良影响，在这种高电压下电流有很强的破坏力，而且在局部放电的作用下绝缘皮容易出现老化的情况，两者呈正比关系。关于电能浪费，多次的局部放电容易导致系统有更高的电能损耗，曾经有研究人员调查某地10座大型商业建筑和民用建筑，最终的调查结果显示如果局部放电非常严重，会容易造成电能损耗加大。因此，对于电力系统工作必须要注重局部放电问题。因为局部放电自身具有一定的隐蔽性，所以分析高压开关柜局部放电带电检测技术是非常有必要的。

2 开关柜局部放电检测技术及发展前景

2.1 超声波法

超声局放检测方法是较早采用的局放检测方法之一，作为非侵入式的检测方法，在特高频检测方法提出之前一直是电力设备主要的局放检测方法。对于变压器、开关柜，超声作为检测及辅助定位技术，是实现设备局放源精确定位的关键。超声波测试最显著的优点是没有强大的电磁扰动，超声信号的局部放电时域和频域特性的解析非常详尽，检测灵敏度和抗干扰能力更强。但国内外超声波检测技术也存在许多不足，导致超声波实时检测有一些不可避免的缺陷，如：柜壁内自由颗粒的碰撞也许会对测试结果产生影响[1]；复杂的开关柜内部的绝缘结构会造成超声波大大衰减，可能无法检测到绝缘内部的放电；超声波检测范围非常有限，通常信号衰减较大，这将导致现场工作量增加；超声波检测仅适用于颗粒，浮动电位放电，对于其他类型放电（如绝缘内部放电）较不灵敏等。

2.2 脉冲电流法

当开关柜内部的绝缘材料等发生局部放电过程时，必然会存在空间电荷的产生与复合，同时也会随之产生相应的较陡的脉冲电流信号，而以这个脉冲电流信号作为测量对象的局部放电检测手段称之为脉冲电流法。脉冲电流法是由英国电气协会提出的，为了避免无线电的干扰，其采集的是局部放电频谱中的数kHz到数百kHz的低频率波段的部分。

在应用脉冲电流法进行局部放电检测时，默认将绝缘材料等效成一个集总参数结构的对地电容，而在局部放电时会在这个等效电容上出现一个瞬的脉冲电流，在其两端也会产生电压变化，利用电容的耦合作用在检测阻抗中会同样产生脉冲电压，分析该电压即可获得放电相位、放电量等一系列局部放电相关的信息[2]。这种测试方法对电流的反应极其敏感，且可以通过给定的电荷量脉冲注入校正定量来计算出放电量。脉冲电流法的不足处是由于现场干扰较大，使实验结果偏差比较厉害，所以对脉冲电流法的检测区域有较大限制。同时电流法测量间隔时间长，频率带宽窄，能够容纳的数据较少。

2.3 暂态地电压法

暂态地电压检测法是采集的电气设备在局部放电时，在装置的金属表面对地出现的一个持续纳秒级的暂态电压脉冲信号。通过其读数的大小来判断局部放电的严重程度，并由电磁波的衰减特性来对设备内部局部放电情况进行检测和定位。电容耦合式探测器可以对装置金属表面检测，记录瞬间电压脉冲的幅值。经过两个电容耦合探测器的数据比较，可以由时差法计算出局部放电的准确地点。John Reeves在上世纪七十年代发觉了这些电压脉冲，并取名为暂态对地电压。国内对暂态地电压检测技术研究比较先进的是西安交通大学，他们研究了不同电极模型下开关柜局部放电的放电特征[3]。但由于检测位置经常受限于开关柜的构造以及缝隙等，暂态地电压检测法难以做到定位的精准。

此外，虽然暂态地电压法检测技术可以检查出开关柜体内部的放电故障，但由于开关柜的数量多，种类繁杂，结构繁琐，并且通常紧凑型的设备不可以装配固定的大型检测设备。更重要的是，基于暂态地电压法的局部放电监测设备的成本太高，而开关柜设备的造价较低，两者之间不成比例。因此，开关柜设备不能像变压器等设备一样在线监测，只能通过带电检测的方法来进行研究。因此，暂态地电压法还需要一定的改进，比如在检测周期和数据分析处理方面必须深度地确定。

例如：某变电站开展高压室开关柜局部放电检测时，发现10kV开关柜F20、F21等7个开关柜TEV数值存在异常情况。对F21号等7个异常开关柜开展了UHF带电测试。每个开关柜背面共4个可测试点，见图1，包括开关柜背面中部开关室2个观察窗A、B点，开关柜背面下部电缆室观察窗C点和排风孔D点。

图1 TEV定位测试示意图

总而言之，局部放电难免会损坏电力系统部件，也会造成不必要的电能消耗。当前普遍运用的检测技术包括暂态地检测和超声波检测。这些检测技术的基本原理是不同的，在实际工作可以结合具体情况选择适宜的检测技术。这样可以保证检测结果的准确性，也可以提高检测效率。