冯冰
国网天津市电力公司检修公司 300232
摘要：10kV及35kV高压开关柜广泛应用于配电网系统，其安全运行对配电网的供电安全非常重要。高压开关柜在运行中经常因受潮、绝缘距离不够、绝缘材料劣化等原因造成局部放电甚至燃烧爆炸。运行中的高压开关柜在发生故障前，往往会发生局部放电现象。局部放电产生的声、光、电等信号可以通过带电检测来进行监督，开关柜现场带电检测常用方法有暂态地电压法、超声波法、特高频法。基于此，本文对特高频定位技术在高压开关柜故障诊断中的应用进行研究，以供参考。
关键词：高压开关柜；局部放电；特高频检测；定位技术
引言
在现代化的市场环境下，电力产业正在面临着生产转型的重要挑战，如何生产安全而又高效的高压开关柜已经成为热门话题之一。目前，高压开关柜存在着装置失灵、设备老化、放电漏电等常见故障，这给高压开关柜的长期应用带来了隐患，因此，本文重点分析了如何针对不同情况进行维修。
1特高频法
特高频(Ultra High Frequency，UHF)法是现今局部放电检测的一种常用方法，特高频是指频率由300MHz到3GHz的电磁波，此方法通过特高频传感器接收局部放电过程中所辐射的特高频电磁波信号来进行局部放电检测。实验表明,不同缺陷类型的局部放电UHF信号具有不同的特征，因此可以通过对检测到的UHF信号进行特征分析进而判断出引发局部放电的缺陷类型。
2特高频时差定位原理
时差法特高频定位利用放电产生的同一个特高频电磁波传播到不同距离传感器所用时间不同，根据电磁波到达传感器的时差可以计算出放电点距离传感器的距离，改变传感器的方位，可以得到放电点的具体位置。在二维情况下，假设在设备内部存在一处局部放电源，传感器1和传感器2分别布置在放电源附近接收放电信号，放电源在t0时刻发出特高频电磁波信号，传递到传感器1和传感器2时所用时间分别为t1和t2，t1与t2的时差为Δt，Δt可以在示波器或者其他时差定位设备上读出。
3高压开关柜的故障
可分为：拒动故障、误动故障、绝缘故障、载流故障、开断与关合故障和外力或其他故障等。从故障对电网的影响程度看，绝缘和载流故障对电网的影响程度最为严重，占到高压开关柜所有故障的40%以上。并且绝缘和载流故障一旦发生，故障处理起来困难，处理时间长，最终会长时间影响对用户的供电。
4特高频检测法优点
检测灵敏度高。局部放电产生的特高频电磁波信号在GIS中传播时衰减较小；抗干扰能力强。特高频法的检测频段通常为300MHz～3GHz，有效的避开了现场电晕等干扰，因此具有较强的抗干扰能力；可实现局部放电定位。可根据特高频电磁波信号到达其附近两侧特高频传感器的时间差，计算出局部放电源的具体位置，实现绝缘缺陷定位；有利于缺陷类型识别。不同类型绝缘缺陷的局部放电所产生的特高频信号具有不同的频谱特征，可利用特高频信号频域分布特征进行局部放电类型识别，实现绝缘缺陷类型诊断。300MHz～3GHz，有效的避开了现场电晕等干扰，因此具有较强的抗干扰能力；可实现局部放电定位。可根据特高频电磁波信号到达其附近两侧特高频传感器的时间差，计算出局部放电源的具体位置，实现绝缘缺陷定位；有利于缺陷类型识别。不同类型绝缘缺陷的局部放电所产生的特高频信号具有不同的频谱特征，可利用特高频信号频域分布特征进行局部放电类型识别，实现绝缘缺陷类型诊断。
5特高频定位技术在高压开关柜故障诊断中的应用
5.1特高频局部放电检测法
设备中局部放电时产生的电流脉冲具有纳秒级甚至皮秒级的上升前沿和极短的持续时间，能够激发频率高达数百兆赫兹及以上的电磁波。电磁波在设备内传播，经由观察窗、柜体缝隙等部位向外辐射。特高频局部放电检测是应用内置或外置特高频传感器，通过耦合设备中局部放电产生的特高频电磁波信号，实现高压开关柜局部放电检测。实际巡视检测时使用的是便携式局部放电检测仪，该仪器具有超声波局部放电、暂态地电压局部放电和特高频局部放电检测等功能，能对局部放电产生的异常信号进行快速诊断。局部放电源精确定位系统主要包含特高频局部放电传感器、示波器、信号调理器等设备。
5.2开关柜局部放电诊断
采用高速示波器记录1号主变10kV进线开关柜局部放电诊断时域图谱如图1所示，由图1可知，特高频信号每周期几根，信号较为稀少，幅值有大有小，峰峰值约340mV，判断为类绝缘放电。文中采用特高频时差法对该局放信号进行定位，定位传感器布置示意图如图2所示。分别将传感器放在开关柜左右进行定位，黄色传感器置于开关柜左侧，红色传感器置于右侧，时域波形图如图3所示，时差约为0.5ns，经计算放电信号位于2个传感器中间偏右侧7cm处。分别将传感器放在开关柜前后进行定位，红色传感器置于开关柜前面板，黄色传感器置于后面板，时差如图4所示，约2.4ns，经计算放电信号位于2个传感器中部偏前面板36cm。
.png)
5.3 UHF局部放电定位技术
试验仅采用１个UHF传感器开展比较幅值法的局部放电定位。将UHF传感器放置在金属壳体上，发现传感器无法检测到有效的局部放电信号。这是因为在良导体中电流密度、电场强度、磁场强度等场量都随着电磁波能量的损耗而呈指数规律衰减。电磁波在良导体中的透入深度与能量衰减常数成倒数关系，且频率越大衰减得越快，UHF信号的频率范围为300～1500MHz，由此可推算出UHF信号在开关柜壳体的投入深度大约在微米数量级。一般开关柜壳体厚度不小于２mm，可见UHF信号无法透过开关柜金属壳体传播到柜外。但UHF信号在绝缘介质中衰减很小，可通过开关柜壳体观察窗传播到壳体外部。开关柜壳体缝隙也是UHF信号向外传播的一个重要途径，因此采用UHF法对开关柜进行局部放电检测需将传感器放置在观察窗或者壳体缝隙处。UHF传感器需紧贴在观察窗位置，以便有效地检测局部放电信号（如图5）。将UHF传感器分别放置在２号VT柜、５527开关柜和500开关柜，检测到的局部放电信号（如图6）（ａ）、（ｂ）和（ｃ）所示。可以看出，传感器位于２号VT柜时检测到的局部放电信号幅值明显较大。根据UHF信号的传播衰减特性，可以推断出局部放电源位于２号VT柜之内。
.png)
6结束语
综上所述，高压开关柜运行时局部放电产生的放电信号可以通过暂态地电压、超声波、特高频等带电检测手段进行监测，定期对开关柜开展带电检测是必要的。特高频法可以对开关柜内部局部放电进行精准定位，在开关柜表面观察窗等非金属屏蔽部位布置传感器，利用时差法可以定位局部放电的位置，为设备解体检修提供指导。
参考文献
[1]赵祥龙,焦伟,刘成华,盖磊,李小龙.高压开关柜局部放电诊断定位技术研究与运用[J].山东电力技术,2019,46(06):35-40+50.
[2]赵祥龙,焦伟,盖磊,刘成华,李小龙.高压开关柜局部放电诊断定位技术研究与运用[J].农村电气化,2019(04):27-31.
[3]蒋超伟,苏淼,陆颖杰,唐亚前.应用带电检测技术对开关柜早期缺陷的诊断[J].宁夏电力,2017(06):53-57+70.
[4]毛长庚,梁伟峰.开关柜带电检测及局放定位技术的应用[J].大众用电,2017,32(09):26-27.
[5]黄海波,雷红才,胡永芳,毛柳明,段肖力.特高频定位技术在开关柜缺陷诊断中的应用分析[J].湖南电力,2016,36(02):60-62.