PDS AirTM 手持式局部放电巡检仪检测方法及应用

李嘉正

（广东电网有限责任公司珠海供电局，广东珠海，519055）

0 引言

10kV配网开关柜是电力系统配电环节中重要的电气设备，具有数量多、应用广等特点，其绝缘水平不仅影响供电半径内的供电质量，还对电网的安全运行起着举足轻重的作用[1]。

据统计，开关柜中40%的故障是由绝缘劣化引起的，而局部放电是引起绝缘劣化的重要原因[2,3]，因此，对10kV配网开关柜进行局部放电检测，对发现绝缘存在的缺陷，防止停电事故发生具有重要意义。

10kV 配网开关柜内的局部放电主要为表面放电和内部放电。局部放电发生过程经常伴有声、光、电、热等物理现象以及化学分解，根据表征这些现象的不同的物理量（如电脉冲，电磁波，光，热等）设计出不同的检测方法，通过检测这些物理量，并对其进行加工和分析，进而评估局部放电严重程度和绝缘状态。

目前，在配网中主要是采用手持式局部放电在线巡检仪对10kV 配网开关柜进行局部放电检测，其中英国HVPD公司的PDS AirTM手持式局部放电巡检仪在珠海局10kV 配网开关柜中应用比较广泛。现场经验表明，运维人员使用PDS AirTM巡检仪能够有效检测开关柜中的局部放电，及时发现开关柜中存在的缺陷，进而采取相应的运维措施，保障开关柜的安全稳定运行。

1 PDS AirTM 手持式局部放电巡检仪检测方法

PDS AirTM局部放电巡检仪是英国HVPD 公司生产的手持式便携设备，是检测开关柜设备局部放电活动的第一道防线，如图1 所示。PDS AirTM局部放电巡检仪拥有一个数字TEV 分贝显示屏、外部高频电流传感器（HFCT）以及空间超声波探头，此外还包括一个内置TEV 传感器和超声波传感器。各传感器峰值局部放电等级自动显示在7 级局部放电LED阵列上，并可读出TEV的dB值。

图1 PDS AirTM 局部放电巡检仪

PDS AirTM局部放电巡检仪主要是通过高频电流传感器、TEV 传感器和超声波传感器进行局部放电检测，其检测原理分别为高频脉冲电流检测法、暂态地电波检测法和超声波检测法。

■1.1 高频脉冲电流检测法

1.1.1 检测原理

当连接开关柜连接的电缆线路的电缆本体或者电缆附近存在局部放电时，局部放电产生的高频脉冲电流将沿着电缆线芯和金属屏蔽层传播，故可以在电缆本体或电缆终端头引出接地线上安装高频脉冲电流传感器，耦合高频脉冲电流流经通路上所产生的电磁场信号。

HFCT 高频电流传感器实际上是一种宽频带罗戈夫斯基线圈型电流传感器，检测频带通常在几百kHz 到几十MHz，能够有效地获取局部放电信号。该电流传感器主要由磁芯、线圈、金属屏蔽盒等组成。磁芯采用耐磨耐蚀、高频高导磁率、损耗小、稳定性好的磁性材料，由两个半环经金属屏蔽盒的闭合结构而形成圆环。金属屏蔽盒为两半环结构，尺寸稍大于磁芯，安放和固定磁芯，该屏蔽盒可屏蔽现场空间的干扰，以减少甚至避免现场测量局部放电时的干扰。

HFCT 高频电流传感器原理如图2(a)所示，在半环磁芯上缠绕线圈并串接积分电阻R，构成自积分电路。图中M为电流传感器的互感，Ls 为线圈的自感，Rs 为线圈的等效电阻，Cs 为等效杂散电容。

图2 高频电流传感器原理

局部放电检测时，将HFCT 卡在电缆地线（或电缆本体）上。发生于电缆上的局部放电电流脉冲沿金属屏蔽传播到地线时，该电流脉冲信号被HFCT的线圈耦合，其中R 上的电压信号大小、波形由局部放电脉冲信号决定，该信号即为采集到的局部放电信号，经屏蔽盒上的 BNC 接头引出。

1.1.2 检测步骤

在使用PDS AirTM高频电流传感器检测时，接线示意图如图3 所示。检测前，将高频电流传感器置于空气中，测量背景噪声。背景噪声HFCT 读数应小于黄色标色所代表的数值，若背景噪声过大，应加装一个联机式滤波器。检测时，将HFCT 传感器卡在电缆接地线上，传感器通过50 欧姆BNC 电缆连接至PDS AirTM，LED 灯显示测量的局部放电等级。

图3 HFCT 传感器检测接线示意图

■1.2 暂态地电波检测法

1.2.1 检测原理

当开关柜等高压设备存在局部放电时，高压设备内部会辐射出电磁波信号。在被遮挡物完全屏蔽情况，电磁波信号则会被限制在遮挡区域内部，遮挡区域外检测不到电磁波信号；在有缝遮挡的情况下，大部分电磁波被金属外壳屏蔽，有小部分从缝隙传播至遮挡区域外。

由电磁感应原理可知，当电磁波在空间传播遇到导体时，会在柜体内表面会感应出脉冲电流，其幅值大小、频率等参数与局部放电电磁波有关。由于实际的柜体不是完全密封的，柜体的屏蔽层在绝缘部位、垫圈连接处、电缆绝缘终端等部位通常出现缝隙，根据电磁波传播特性，柜体内表面感应脉冲电流最终会从开口、接头、盖板等的缝隙处传出，然后沿着金属柜体外表面传到大地，这样就形成了一个个暂态对地电压，如图4 所示。若在设备的金属外箱壳上放置一个电容性探测器，该传感器可感应到设备外表面的暂态地电波，再将信号传输到局部放电检测仪。

图4 暂态地电波形成

地电波的强度随局部放电脉冲宽度的增加而迅速减小，随局部放电脉冲幅值的增加而增加，随着距离的增加而减小。因而地电波检测法对于放电过程越快、越激烈、距离越近的局部放电检测能力越强。该方法可以在设备运行条件下进行，减少设备停电次数，提高供电可靠性和稳定性。

1.2.2 检测步骤

在使用PDS AirTM暂态地电波（TEV）传感器检测时，接线示意图如图5 所示。检测前，将PDS AirTMTEV 传感器水平放置在不出现局部放电活动的金属制品表面上，测量背景噪声，同样，背景噪声的等级应低于“黄色”。检测时，将内置式TEV 传感器放置在金属外壳开关设备上，靠近金属外壳的通风口、垫圈或者接缝，读取TEV 分贝显示屏显示的读数。为提高检测的准确性，应对开关柜多个位置（如上中下三个部位）进行检测，并比较读数的大小。

图5 TEV 传感器检测接线示意图

■1.3 超声波检测法

1.3.1 检测原理

局部放电是一个复杂的物理过程，微观上放电区域分子间会发生剧烈的撞击，宏观上表现为一种压力波。由于局部放电是一连串的脉冲电流，所以由此产生的压力波也表现为脉冲形式。通常局部放电激发的声信号频带较宽，一般为10Hz～10MHz之间，其中频率超过10kHz的波段称为超声波。

局部放电源可以看作点脉冲波声源，以球面波形式向四周传播，与机械波一样，在不同介质中传播速度不同，在介质交界处同样会发生反射和折射现象。若在设备外部安装超声波传感器（通常采用压电传感器）即可接收到设备内部局部放电产生的超声波信号。

超声波方法是非侵入式的局部放电检测方法，受电气干扰小，主要用于定性地判断局部放电信号的有无，以及结合电脉冲信号或直接利用超声信号对局部放电源进行物理定位。超声波检测方法避免了与电气设备的直接电气连接，适用于不需断电的局部放电带电检测和在线监测，如开关柜内的局部放电。

由于目前超声信号的强弱与绝缘劣化程度之间的定量关系还不能确定，因而在设备局部放电的检测中，超声检测法只是作为一种辅助测量手段。此外，电气设备的绝缘往往是多种材料构成的复合绝缘，结构复杂，各种绝缘材料对声波的衰减及对声速的影响都不一样，限制了局部放电超声检测法定位的准确性。

1.3.2 检测步骤

在使用PDS AirTM超声波传感器检测时，接线示意图如图6 所示。检测前，将传感器平放在设备表面（而非放置在通风口或气隙上方），测量背景噪声。检测时，将空间声学内置传感器直接放置在通风口或其他开口处（有声波通路）进行测试，LED 灯显示测量的局部放电等级。

图6 超声波传感器检测接线示意图

2 现场实例分析

2015 年3 月，某供电所运维班巡视人员在使用PDAir便携式局部放电检测仪对某10kV 配电房进行局部放电检测时，检测到的暂态地电波信号输出为26dB。经对比仪器给出的局部放电等级参考表可以知道，设备存在轻微局部放电现象。此后运维班将该配电房列为重点巡视对象，将原本的差异化巡视周期2 个月改为1 个月，并在2015 年10 月的巡视中发现该配电房602 开关电缆头存在放电现象。为防止局部放电恶化，供电所迅速安排人员进行缺陷处理。缺陷处理前和处理后分别如图7(a)和7(b)所示。

图7 缺陷处理前和处理后

3 结论

本文介绍了英国HVPD 公司生产的PDS AirTM手持式局部放电巡视仪三种传感器的检测原理及步骤，并分析了一起使用PDS AirTM成功发现开关柜中局部放电缺陷暗恋，验证了PDS AirTM手持式局部放电巡视仪在开关柜现场局部放电检测中的有效性。