试析开关柜局部放电带电检测技术的应用实践

云南电网有限责任公司昆明供电局 何 晔

带电检测技术是针对电力设备运行状况实施检测的技术手段，相较于传统的离线检测方式不会对电力生产造成较大影响，能明确不同工况条件下设备运行状况，为检修和维护提供可靠参考。开关柜设备在配电网中发挥着关键作用，当出现局部放电故障时易引起设备和线路的损坏，进而引起大范围的事故问题，不利于电力行业的健康发展。尤其是开关柜的运行环境较为复杂，当外界条件出现变化时也有可能导致局部放电故障发生，这也给检修工作带来一定难度。应充分发挥带电检测技术优势，明确局部放电位置和原因等，从而保障开关柜的良好绝缘性，防止出现安全事故。根据实际运行特点制定切实可行的检测方案，达到预防和控制目的。

1 开关柜局部放电带电检测重要性

局部放电现象出现后易使开关柜绝缘性受到影响，因此易出现安全事故，同时引起设备老化。系统运行会由于局部放电的存在而增加能耗，导致不必要的浪费问题，使电力企业成本投入加大，因此应通过带电检测技术进行全面检测和处理，以保障设备的良好运行状态，消除高能耗问题。带电检测相较于其他检测方法，由于不需进行停电处理，因此能创造良好的经济效益，避免停电给用户造成的损失[1]。开关柜在停电后状况和运行中状况存在较大差异性，只有通过带电检测技术的运用才能真正了解运行过程中的局部放电情况，使绝缘缺陷得到快速处理，因此在技术优势上也十分显著。

2 开关柜局部放电的缺陷类型

气隙放电。在开关柜的局部放电中气隙放电十分普遍，气泡出现在液体和固体的绝缘位置中，进而引起局部放电现象。出现气隙放电时会存在较大脉冲频率，相较于容性阻抗电阻对放电脉冲的阻抗要更大，相较于绝缘介质场强气隙中的场强也更大[2]。绝缘介质的击穿电压要比气隙击穿电压大，不会导致固定放电通道的出现，这是引起局部放电的主要原因；沿面放电。周围电场会对绝缘介质产生影响，随着沿表面场强的不断增大会导致局部放电现象的发生，同样未能击穿绝缘介质，因此也不会有固定放电通道的出现。沿面放电的影响因素较多，通常会由于积灰或受潮等原因而出现，严重时会造成闪络和设备损坏情况。

悬浮电位放电。开关柜既不和高压极连接也不和接地极连接，此时存在一种悬浮电位状态，因此会导致电荷的不断积累引起局部放电情况。气隙放电和悬浮电位放电具有一定的相似性，然而在悬浮电位放电时产生的电量会更大，放电脉冲幅值不会产生较大的波动；电晕放电。高压导体附近气体场强达到击穿场强是引发电晕放电主因，该放电形式也只是局部。导体的正负极性会对电压产生直接影响，如存在负极性的导体那么电压相对不高[3]，遇到交流电压后会出现整齐的放电脉冲。

3 开关柜局部放电带电检测技术应用实践

3.1 常规脉冲电流检测法

针对开关柜的局部放电问题可采用常规脉冲电流检测法，其发展较为成熟，我国相关部门也制定了相应的标准体系，为检测工作的实施提供了依据。局部放电问题出现在绝缘介质当中时会导致电荷的出现，通过电流回路的构建获得相应的脉冲电流。对阻抗脉冲电压进行检测能满足局部放电检测的要求。检测阻抗、耦合电容和滤波器等共同组成检测电路，同时又可分为串联测试电路和并联测试电路两种，前者适用于电容较小的情况，能充分发挥杂散电容的作用，获得良好滤波效果。后者应用于较大电容情况中，也是在实践中应用较为广泛的电路形式。应根据国家和行业相关标准要求明确检测系统的灵敏度，耦合电容要在1000pF内，使用局部放电测量仪时频率应该在30～500kHz之间[4]。

3.2 高频电流检测法

当开关柜出现局部放电的情况时会伴随磁场的出现，对其中的能量可运用耦合器进行获得，在线圈技术下能对脉冲电流信号进行耦合处理。发生局部放电时，脉冲电流会产生于接地线中且频率相对较高、进而导致磁场的出现。借助于传感器测定电动势值，则能获得可靠的检测结果，这是高频电流检测法的基本原理。罗格夫斯基线圈在高频电流检测法检测局部放电中应用较多，可作为传感器使用。连接接地线和传感器钳，借助专业检测仪器接收信号并完成数据的处理[5]。高频电流定相技术的运用能有效定位局部放电源。局部放电问题出现在一相电缆中时局部放电信号也会出现在其他相电缆中，因此可通过高频电流传感器的应用获得信号。在对其进行定位过程中，需针对相位的关系情况和信号的幅值情况进行判断。

3.3 特高频检测法

开关柜设备的击穿场强会受到绝缘体绝缘强度的影响，两者呈正相关关系。如局部放电故障出现在开关柜中，会在极短时间内对其造成击穿，脉冲电流的上升时间在1ns内，伴随着较多的电磁波，其频率能达到GHz级别，这就是特高频电磁波产生的主要原因。通常情况下特高频电磁波频率最低为300MHz，最高可达3GHz。运用特高频检测技术对开关柜的局部放电实施带电检测时，需针对电磁波信号运用特高频传感器进行获取与处理，达到高效化检测目的。外置式特高频传感器和内置式特高频传感器是当前实践应用中的两种主要类型，应根据现场带电检测实际要求进行选择。

针对开关柜的观察窗和缝隙等进行检测时通常会采用外置式特高频传感器。电晕干扰也会存在于带电检测中，其频率通常不超过300MHz，而特高频电磁波的频率在300MHz以上，因此能防止出现严重的干扰问题，能增强局部放电带电检测的灵敏性，在识别开关柜缺陷和定位故障中的应用效果较好。如在识别缺陷类型过程中可借助PRPS图谱和PRPD图谱实现，通常在表面爬电、悬浮放电、绝缘间隙放电和绝缘空穴放电检测中的应用较多，而对于尖端放电则不采用特高频检测技术[6]。该技术也具有一定的局限性，尤其是在设备购置中成本较大，且需操作人员掌握丰富专业知识，在气体绝缘金属封闭开关设备的检测中得到应用。

运用该技术对局部放电源进行定位也可取得良好成效，主要是通过幅值定位和时差定位方式明确缺陷问题，从而帮助检修人员及时处理。特高频信号可通过单个传感器进行获取，找到幅值最大信号所在的开关柜，那么可能存在局部放电故障。而时差定位法的应用更加普遍，局部放电源位置可通过电磁波传播速度和电源信号传播速度的差值来定位，在此过程中最关键的是确保从同一个放电源接收特高频信号。分米级是该定位方法的精度等级，当部分元器件出现局部放电问题时运用特高频检测和定位技术则能实现快速处理。

3.4 超声波检测法

振动和声响会由于局部放电缺陷的存在而出现在开关柜中，因此据此类现象可借助于超声波检测法开展带电检测工作，将超声波传感器应用于开关柜设备内壁中，能有效获取电信号。分子会由于局部放电而发生强烈撞击导致设备中的压力增大，介质应力、电场应力和粒子力发生变化。介质会由于粒子力和机械应力的相互作用而出现振动，借助于传感器获取声波信号后能深入分析设备的局部放电情况。在此过程中采集的超声信号频率最低为20kHz，最高不超过100kHz[7]。压力波以脉冲的形式存在，局部放电区域不大，因此点声源即为局部放电源，这是应用超声波检测法的基本原理。

在液体介质和气体介质中传播时，声波呈现出纵波的形式，压力传递则以振动方向平行于波传播方向的分子撞击为核心。在固体当中传播时，声波呈现出横波和纵波同时存在的形式，在横波当中传播方向与振动方向垂直，质点的振动主要依靠彼此间的引力作用。因此，当液体浓度较大或存在固体介质时会有横波的产生。在开关柜内部的金属壳中声波以横波形式传播。由于温度和媒介、频率和类型的差异性，声波在传播中速率也呈现出较大差异性，相较于横波而言纵波传播速率更快，传播速率也会随着频率的升高而加快。相较于气体介质声波在固体中的传播速度也更快，如果电缆的长度较长会导致衰减现象的发生，对于检测效果产生影响，为此可通过电缆接头实施带电检测。

电气回路不会对传感器的应用造成影响，因此可有效保障带电检测的可靠性和精确性，然而机械振动和外界噪声等会产生一定程度的干扰。虽然容易出现信号衰减的现象，但在精确性上却具有其他检测方法不具备的优势。在爬电检测、电晕检测和电弧检测中可运用超声波检测法，同时局部放电源的定位效果较好。非接触式检测和接触式检测是超声波检测的两种主要方式，在开关柜的局部放电带电检测中采用非接触式检测方法，通常在缝隙位置设置传感器可最大限度靠近放电点，从而获得较强的信号。

在采用非接触式检测方法时可通过耳机辨别其中的声响，同时结合相应的检测数据进行综合分析。局部放电类型则体现在波形图谱、信号连续图谱和相位图谱中。在现场工作当中应注重外部环境的优化，避免由于施工或走动而造成较大的干扰，防止机械摩擦、风扇旋转和带电导体放电等对检测结果造成影响。在大面积普测的过程中，可以借助于一般的超声波带电检测仪器，能够降低带电检测的成本投入，能够对数值进行可视化显示，满足巡视工作的基本要求。而在精确检测中则需采用专门的诊断类设备，能直观化显示信号的相位图谱、波形图谱和连续图谱等，为数据分析和缺陷判别提供了可靠的依据。

3.5 暂态地电压检测法

高压设备相对大地绝缘时，若发生局部放电情况高压导体中的电荷会向金属外壳耦合，耦合时间十分短暂。电磁波会由于局部放电的出现而传输到两端中，在肌肤效应下无法从外部对电压进行检测，因此可通过金属外壳的开口或缝隙进行检测。通过检测金属外壳中的暂态地电压能获得开关柜的局部放电信息，其上升时间较短，根据放电峰值和传播路径对暂态地电压的量值予以确定，而内部结构状况和开口大小则会对传播路径上的衰减大小产生影响。应在金属柜壁中设置TEV传感器，从而得到可靠的检测结果。

运用暂态地电压检测法实施局部放电的带电检测时能有效提高工作效率，同时为故障的诊断和分析提供了依据，但电磁环境发生改变时也会对检测精度造成影响。在绝缘空穴放电、悬浮放电的检测工作中常采用暂态地电压检测法，而在间隙放电、爬电和检点放电检测中则不采用该检测方法[8]。该技术的应用可对缺陷的诊断和识别技术加以改善，同时增强其抗干扰性能，拓展其应用范围。

3.6 现场联合检测法

在开关柜局部放电带电检测中采用一种检测技术往往难以取得良好的效果，因此可采用现场联合检测技术，增强检测的全面性和可靠性，其具有综合性特点，融合了多种检测技术的优点。如在10～35kV带电开关柜检测中，将放电测试仪应用于开关柜的关键位置，获得前后金属门和内部信号的平均值。在此基础上可初步了解开关柜中局部放电情况，同时运用超声波检测法加以进一步的检测和分析，明确局部放电故障的位置。数据的分析可借助于阈值比较法、纵向分析法和横向分析法等，能使局部放电的分析更加可靠。

综上，局部放电问题是开关柜中常见问题，应对其进行全面检测和预防处理，降低对设备性能和安全的影响，延长开关柜使用寿命，为电力企业创造良好的经济效益。