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开关柜带电检测技术的现场综合应用研究骆泓舟

发表时间：2020/9/8 来源：《基层建设》2020年第14期作者：骆泓舟

[导读] 摘要：在整个电力系统中，高压开关柜起着发电、输电、配电以及电能转换、控制通断等作用，它的工作可靠性将直接影响电网的运行稳定性。

        浙江省杭州市浙江省送变电工程有限公司浙江杭州 310016
        摘要：在整个电力系统中，高压开关柜起着发电、输电、配电以及电能转换、控制通断等作用，它的工作可靠性将直接影响电网的运行稳定性。从长远来看，高压开关柜中的绝缘材料会在电气、机械、环境温度等共同作用下发生绝缘劣化，容易导致电绝缘强度降低，甚至失效，极易导致电网发生停电故障。实践表明，局部放电是设备绝缘恶化，以致发生绝缘失效的主要原因，局部放电的在线监测已成为开关柜绝缘状态评估的主要方式。可靠、准确的局部放电检测可以直接反映电气设备内部的绝缘状态，有利于及时发现并排除潜在的绝缘故障，避免发生停电事故，从而提高供电可靠性，具有重要的实践价值和实践意义。文章探讨了目前主流开关柜局部放电检测技术的发展及其优缺点，在此基础上，对开关柜局部放电检测方法与手段的发展提出了建议。
        关键词：开关柜；局部放电检测；在线监测
        1 引言
        在开关设备中高压开关柜是最普遍使用的。开关柜运行维护的实际情况关乎到局部区域是否安全稳定供电。相对脉冲电流法等传统检测法，局部放电带电检测法属于间接性检测法，是通过检测局部放电伴生现象而实现检测放电现象的检测方法。目前，电力系统中针对开关柜局部放电带电检测方法主要有暂态地电位和超声波检测两种运用较多。为了在停电试验周期内发现一些绝缘缺陷，通过带电检测对高压开关柜内设备的运行状态进行评估。这也便于后续采取预防措施，避免突发停电事故。自从开展变电站高压开关柜带电检测以来，在实际工作中已经十分成熟地使用超声波法、暂态对地电压法（即TEV法）、红外线温度检测法等方法。所以，将高压开关柜试验工作的重点从“定期检修”转移到“状态检修”是切实可行的。
        2 局部放电现象及其主要危害
        2.1 局部放电现象
        一般局部放电现象主要是指在强度充足的电场作用下，电力设备绝缘介质局部范围内发生的放电情况。结合现阶段的研究结果来看，局部放电容易在固体绝缘空穴或者液体绝缘气泡等边缘位置出现，很多都主要集中在气隙位置。
        2.2 局部放电现象产生的危害
        局部放电产生的危害具体表现在如下2点：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。
        3 开关柜局部放电带电检测技术
        3.1 超声波法
        局部放电发生时其瞬间释放的能量使得周围介质加热，而自身也形成一个声源，会产生超声波信号，超声波信号在开关柜柜体中传播，经过超声波传感器的接收转换为电信号，然后进行后续的分析。由于现场噪声干扰多为音频（20Hz-20000Hz），而超声波检测法的检测频带在10Hz-100MHz，因此超声波检测法可以避开现场噪声的干扰接收局部放电产生的超声波信号。

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苑瞬和Lars等人在其研究中都发现超声波检测法在低频段检测有很高的灵敏度，甚至优于同频率下电测法。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；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。
        3.2 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。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。
        3.3 特高频法
        特高频检测法是经过特定的特高频传感器来检测电磁波的特高频波段，进而分析判断可能存在局部放电的位置与类型。这种方式在20世纪80年代被提出，首先由英国的Boggs和Stone应用于探测气体绝缘装置的局部放电。开关柜内产生局部放电时，周围气体会被快速击穿，产生一系列纳秒级的电流脉冲，这些脉冲电流会向附近发散大量特高频电磁波，特高频检测法就是采集这些特高频来进行检测的。这种方法目前已经广泛的应用在现场开关柜的带电检测的工作里。特高频检测法还可以通过幅值法和时差法对局部放电区域进行准确定位，但是受到电晕放电等电磁干扰信号的影响严重。特高频检测法是利用时差法对局部放电定位的，通过测量不同特高频电磁波信号的抵达时刻，计算时差，从而确定信号源的具体地点。这种方法原理容易理解，操作起来简单，没有冗杂的过程，具有较可靠的定位，因此在不方便使用超声波或地电波的情况时，利用特高频时差定位法可以可靠的定位潜在缺陷的位置。使用特高频定位技术可以对开关柜内故障进行可靠的位置追踪，引导维修工人进行有方向性的维护，能够提高维修的速度，减轻检修人员的工作强度，大幅度缩短断电时长，可以大大的增强供电可靠性，降低停电带来的负面影响。由于特高频法在高压开关柜在线检测中具有明显的优势，因此得到了快速发展，并取得了不少成果。
        4 结语
        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。
        参考文献：
        [1]罗杨，刘彦琴，郭超，等.高压开关柜局部放电检测及应用[J].电工电气，2018，（9）：56-59.
        [2]蔡智超.高压开关柜局部放电检测技术应用的相关探讨[J].科技创新与应用，2018，（5）：143-144.