基于35kV高压开关柜综合局部放电检测技术研究

吴由予

摘要：随着国内城市电网建设与改造的加快，高压进入市区，直接深入负荷中心，环网供电成为解决城市负荷密度增加而呈现的必然结果。环网供电是在不同的变电所或同一变电所的不同母线的两回或多回馈线。相互之间连接成一个环路进行供电的方式。这需要在环网中连接大量配电开关设备，这使得城市电网对环网开关设备硬件的需求也越来越大。绝缘换网柜的需求也越来越大。对高压开关柜局部放电产生原因及检测方法进行介绍，并结合35KV高压开关柜进行检测试验，结果表明可真实模拟运行状态情况。能够有效地发现运行中GIS的绝缘缺陷并进行定位，为设备维护和安全运行提供有力的保障。

关键词：高压开关柜;局部放电;检测技术

一、引言

随着城市电网用户对供电稳定性和可靠性的要求越来越高，为尽可能减小系统检修和故障停电对城市生产生活造成的影响，我国城市电网原有的以变电站为中心，采用放射式或树干式的配电形式已逐渐被环网供电方式代替。目前，市场主流产品是 SF6 气体绝缘环网柜。根据设备运行情况，影响开关柜绝缘故障的类型有绝缘系统内部存在缺陷导致绝缘消减或丧失，电极表面出现凸起异常，接地出现接触不良情况，另外设备在制造或者安装过程中如果有残存金属微粒也会造成设备的局部出现放电情况。通过采取局部放电检测手段进行设备检查，可以检测其内部早期的缺陷，因这些缺陷还不至于对系统运行造成影响，通过对这些早期缺陷进行干预，避免后期运行中产生故障。

二、高压开关柜产生局部放电的原因分析

局部放电过程是一个相对复杂的物理过程，在此过程中还伴随着电荷的转移和电能的损耗，同时还伴随着产生电磁辐射、光、热等能量。在绝缘中如果存在气泡，高频电压施加在绝缘体的两端，如果作用在气泡上的电压低于其击穿电压，此时气泡上的压力随着外加电压的变化而变化，如果气泡上的电压高于击穿电压，气泡则会发生放电，放电过程中使得中性气体分子发生电离，产生大量的带有相反电荷的气体分子，并在外加电压的作用下发生相对移动，迁移到气泡壁上，形成与外加电场相反方向的内部电压，此时的电压则是内部电压和外部施加电压的叠加结果，当气泡上的实际电压低于其击穿电压时，此时放电暂停，气泡上的电压随着外加电压的升高而升高，直至增加至击穿电压时，此时则会发生第二次放电过程，周而复始，则会出现多次放电。

三、基于35 kV高压开关柜综合局部放电检测技术

（一）超声波检测原理

在进行局部放电检测过程中，会伴随产生声波发射现象。超声波检测技术就是通过检测局部放电过程中产生的超声波信号，对设备内部的缺陷进行检测。超声波的测试声波频率处于20-200KHz区间。

利用超声波检测技术具有明显的优势，可以对电磁干扰造成的干扰进行屏蔽、具有定位准和操作简便的特点。因为超声波在设备的内部的产生和传递比较复杂，存在超声波的反射和折射作用，会随着折射和反射的进行，超声波的能量会出现衰减，对测试结果造成影响。因此，利用超声波检测对于前期缺陷比较严重的设备进行检测具有可行性，而对于缺陷比较少的设备进行检测时，可能会出现检测结果不准的情况出现。

（二） 特高频检测原理

在进行局部放电检测过程中，会伴随产生高频电波现象。特高频检测技术就是通过检测局部放电过程中产生的高频电波信号，对设备内部的缺陷进行检测。超声波的测试声波频率处于300-3000MHz区间。利用特高频检测手段进行局部缺陷的定位检测，近几年应用比较广泛，该方法的优点是敏感度高、对低频电晕的干扰屏蔽效果好，能够有效的识别缺陷的类型和位置，该技术在应用过程中容易受到环境中的相同频率的电波影响。采用该方法进行缺陷检测不能准确做到量化描述。

（三）时差定位法

利用纳秒精度级别的高速示波器对测试部位进行检测，通过对比检测部位信号的时间差对其进行定位分辨，若分辨率能够达到1ns，定位精度能够达到30厘米，具有数据定位可靠的优势。该方法测试简便、定位精度高。但应用难点是对设备的精度要求比较高，且需要较高的采样频率，需要初始的脉冲信号较强，以准确读取信号的开始时间。

（四）联合检测方法

采用超声波检测和特高频检测手段对开关柜运行状态进行确认，对其整体设备情况的具体情况进行检测，是具有重要可行性。两种方式均可在不影响开关柜设备运转的前提下完成对设备的检测。两种检测手段各有优劣势，超声波检测方法可以比较精准地定位缺陷发生的部位，而特高频检测手段抗干扰能力较强，对设备内部的缺陷更加敏感，充分利用超声波检测和特高频检测的优势进行联合检测，可以更好地确认和保证开关柜设备安全运转

四、检测结果分析

GIS真型平台可模拟GIS的主要运行状态，并通过状态量模拟技术对主要的非正常状态进斤再现。我们采用真实的局部放电物理模型来模巧GIS内部的局部放电现象，确保所产生的局部放电信号的真实性。首先我们研究开发出满足智能GIS检测系统所需的起始放电电压、放电量范围和使用寿命要求的各类局部放电物理模型，包括：尖刺放电模型，自由金属願粒放电模型，沿面放电模型和悬浮电位放电模型。通过接入不同类型的局部放电模型，产生不同的局部放电信号，利用示波器、局放仪等设备进行对比试验，从而对局部放电检测IED的性能进行检测。

检测系统主要可以分为加压系统、局部模拟系统、检测系统、局部放电检测系统四个模块。其中加压系统可细分为主控台、变压器和调压器、保护电阻设备等;局部放电模拟系统可以模拟产生小放电（5-20pC）、大放电（1000-10000pC）及联合放电。对于运行中的GIS而言，超声波检测技术和特高频检测技术无疑是最理想的检测方法，两者都可以实现带电检测，其检测方法都比较简便实用，且不必改 变设备的运行方式。比较两者的优缺点可以发现，特高频法抗干扰能力强，对电信号比较敏感且较超声波法而言对绝缘内部缺陷更敏感。而超声波法不受检测位置的限制，对缺陷定位更加方便和准确。两者联合使用，互相补充，是实现GIS设备局部放电检测的重要手段。

（1）GIS雷电冲击试验

GIS进行充气，充压0.4Mpa。断路器的气压为0.6Mpa，为了保证试验的完整性，1050KV分别进行正负各三次进行冲击试验，试验结果满足要求

负极性：充电电压每级47KV，充电的时间57秒。三次分别为1076KV、1076KV、1080KV。

正极性：充电电压每级46KV，充电的时间56秒。三次分别为1045KV、1050KV、1046KV。

（2）本体局部放电试验

将所有的电子设备开关进行关闭，并将电源线进行切断处理，加压175KV，局部仪小于2-3pC，试验结果满足要求。

（3）局部放电试验

加压18kV，局放仪15pc;加压40kV，局放仪2邸C，此时为尖刺放电。隔离开关闭合，4号气室尖刺放电高压导杆断开，此时只有1号气室悬浮放电模型。加压99kV，局放仪最大口5pc，此时为悬浮放电。

建立了检测校验系统。最后对联合调试实验，包括本体局部放电试验、雷电冲击耐压试验和局部放电试验等，实验结果均符合要求。

六、结语

本文结合35KV高壓开关柜产生局部放电的基本原因及局部放电的检测方法进行分析，并进行了局部放电的检测试验，通过对联合实验过程和结果的介绍，可以看出监测平台可真实模拟运行状态情况。能够有效地发现运行中GIS的绝缘缺陷并进行定位，为设备维护和安全运行提供有力的保障。

参考文献：

[1]李永祥， 王天正， 晋涛， et al. 基于多种检测技术的高压开关柜内部局部放电检测与分析[J]. 高压电器， 2017（1）：45-50.