10 kV開關(guān)柜局部放電檢測(cè)技術(shù)探析

洪碧堯

摘 要：文章基于10 kV開關(guān)柜局部放電可能引起的故障，闡述了局部放電檢測(cè)的重要性，分析了基于TEV、AE、UHF的局部放電檢測(cè)技術(shù)，并通過實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證分析，為掌握10 kV開關(guān)柜的運(yùn)行狀況和故障檢測(cè)提供了具體的分析方法。

關(guān)鍵詞：開關(guān)柜；局部放電；檢測(cè)技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM591 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）26-0114-02

10 kV開關(guān)柜是配電網(wǎng)的重要電氣設(shè)備，其運(yùn)行狀況直接影響到配電網(wǎng)供電的可靠性。而開關(guān)柜在長期運(yùn)行過程中，由于受到如電、熱、化學(xué)等各種因素的影響，很容易造成絕緣老化，使其絕緣強(qiáng)度降低。根據(jù)電力系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，開關(guān)柜發(fā)生的所有故障中，由于絕緣老化所引起的故障占比達(dá)79%。由于開關(guān)柜在發(fā)生故障前往往會(huì)出現(xiàn)局部放電，因此通過加強(qiáng)對(duì)開關(guān)柜運(yùn)行過程中的局部放電狀況檢測(cè)，能有效將事故隱患消除在萌芽狀態(tài)，確保配電網(wǎng)的正常運(yùn)行。基于此，本文對(duì)10 kV開關(guān)柜局部放電檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了研究。

1 10 kV開關(guān)柜局部放電檢測(cè)的重要性

以往在對(duì)開關(guān)柜進(jìn)行巡視、檢測(cè)及試驗(yàn)時(shí)，很難準(zhǔn)確掌握開關(guān)的各種實(shí)時(shí)參數(shù)。在帶電檢測(cè)方面，常采用非接觸檢測(cè)方法，這種檢測(cè)方法對(duì)于敞開的電力設(shè)備，如避雷器、變壓器等具有很好的效果，而對(duì)于封閉的10 kV開關(guān)柜，效果并非最佳。對(duì)封閉的10 kV開關(guān)柜來說，要實(shí)現(xiàn)對(duì)其絕緣故障的檢測(cè)和評(píng)價(jià)，采用局部放電檢測(cè)方法具有十分重要的作用和意義。

2 10 kV開關(guān)柜局部放電檢測(cè)技術(shù)

2.1 基于TEV的局部放電檢測(cè)技術(shù)

運(yùn)行中的10 kV開關(guān)柜出現(xiàn)局部放電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電磁波，電磁波沿著屬外殼的表面泄漏到開關(guān)柜的外部，并在接地金屬外殼產(chǎn)生暫態(tài)地電壓（以下簡(jiǎn)稱TEV），且持續(xù)時(shí)間很短，通常只有幾納秒。通過安裝專門的傳感器捕捉TEV信號(hào)，可以檢測(cè)10 kV開關(guān)柜的局部放電狀況。通常情況下，為了確保檢測(cè)的準(zhǔn)確性，一般將傳感器安裝在靠近10 kV開關(guān)柜有縫隙的表面。對(duì)開關(guān)柜來說，局部放電產(chǎn)生TEV信號(hào)的強(qiáng)弱直接取決于開關(guān)柜放電程度的強(qiáng)弱和距離，距離放電點(diǎn)位置越近，TEV幅值越大。在具體測(cè)試過程中，可以將多個(gè)傳感器安裝在10 kV開關(guān)柜的不同位置，根據(jù)信號(hào)到達(dá)傳感器差別確定局部放電具體位置的信息。

然而要引起重視的是，開關(guān)柜外部的電磁波也可以在金屬外殼產(chǎn)生TEV信號(hào)，因此在進(jìn)行判斷時(shí)，必須首先消除掉干擾信號(hào)。消除干擾信號(hào)的方法可采取下述兩種方法：①由于干擾信號(hào)一般會(huì)在多種金屬材料上出現(xiàn)，通過測(cè)量金屬制品和設(shè)備上的信號(hào)并進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而獲得開關(guān)柜局部放電活動(dòng)程度。

②利用局部放電監(jiān)測(cè)儀探測(cè)干擾信號(hào)，在最后進(jìn)行信號(hào)處理時(shí)，將其考慮到輸出結(jié)果中。

2.2 基于AE的局部放電檢測(cè)技術(shù)

10 kV開關(guān)柜若出現(xiàn)局部放電，就會(huì)產(chǎn)生沖擊振動(dòng)，AE法就是在開關(guān)柜外殼安裝超聲波傳感器測(cè)量?jī)?nèi)部局部放電信號(hào)。超聲波在固體中傳播時(shí)不僅具有很快的傳播速度，還具有極大的衰減，因此局部放電產(chǎn)生的超聲波很難穿透開關(guān)柜的金屬外殼，因此要通過這種方法檢測(cè)局部放電，必須要將超聲波傳感器安裝在檢測(cè)的開口或者裂縫處。

同時(shí)由于超聲波具有很強(qiáng)的方向性，要進(jìn)行有效的檢測(cè)，必須指向局部放電源才具有很好的靈敏度，因此AE法只能檢測(cè)到沿面放電。具體就10 kV開關(guān)柜而言，可以選擇開關(guān)柜的散熱孔、棱角縫隙處等作為超聲波傳感器的安裝位置，離放電點(diǎn)越近，接受的信號(hào)就越強(qiáng)，基于此，可對(duì)放電點(diǎn)進(jìn)行粗略的定位。要準(zhǔn)確確定放電點(diǎn)的位置，必須通過不同位置的超聲波傳感器接收到的信號(hào)，利用幾何方法確定局部放電的具體位置。要注意的是，采用AE方法不能準(zhǔn)確判別放電類型。

采用這種檢測(cè)技術(shù)也會(huì)受到環(huán)境噪聲的干擾，對(duì)于環(huán)境噪聲，可首先測(cè)試空氣中的干擾噪聲，再在被測(cè)設(shè)備上測(cè)量，通過兩者對(duì)比就能得出10 kV開關(guān)柜局部放電活動(dòng)程度。

2.3 基于UHF的局部放電檢測(cè)技術(shù)

10 kV開光柜工作時(shí)若出現(xiàn)局部放電就會(huì)產(chǎn)生高頻電磁波，UHF（高頻無線電波）檢測(cè)方法是通過對(duì)高頻電磁波進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)柜的局部放電檢測(cè)。開關(guān)柜出現(xiàn)局部放電時(shí)，電暈干擾主要集中在300 MHz以下，采用UHF方法能夠有效避免這些電暈的干擾，具有很好的靈敏度和抗干擾能力，還具有能準(zhǔn)確對(duì)局部放電位置、定位及缺陷類型進(jìn)行識(shí)別等優(yōu)點(diǎn)。

具體檢測(cè)時(shí)，UHF通常采用時(shí)差法，根據(jù)不同位置傳感器接受到局部放電信號(hào)的時(shí)間差獲得開關(guān)柜出現(xiàn)局部放電的具體位置。由于電磁波傳播速度非?？?，因此接收到的信號(hào)時(shí)間差一般為ns級(jí)別，因此必須使用具有極高分辨率的示波器，以便能判斷信號(hào)到達(dá)的準(zhǔn)確時(shí)間。

采用UHF檢測(cè)方法也會(huì)受到其它信號(hào)的干擾，這些干擾主要來源于設(shè)備外部，因此可通過屏蔽法解決，最方便、快捷的方法就是將檢測(cè)傳感器用屏蔽金屬布包扎起來，通過實(shí)踐證明，這種方法具有良好的屏蔽效果。

3 檢測(cè)實(shí)例

筆者對(duì)某110 kV變電站的10 kV開關(guān)柜局部放電進(jìn)行檢測(cè)。具體檢測(cè)過程如下，首先使用便攜式超聲波檢測(cè)儀器對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，為了避免周圍環(huán)境對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成干擾，對(duì)每個(gè)開關(guān)柜進(jìn)行兩次檢測(cè)，并測(cè)量開關(guān)柜周圍空氣的背景值，再將其放置在柜門進(jìn)行檢測(cè)，具體檢測(cè)結(jié)果，如圖1所示。

由圖1可知，不考慮背景干擾后，108，109的測(cè)量值仍然很大，靠近108，109開關(guān)柜的地方，背景值和測(cè)量值都具有一定的提升，說明這兩個(gè)開關(guān)柜可能存在局部放電，必須進(jìn)行深入驗(yàn)證。

接下來采用TEV局部放電檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)，具體測(cè)試位置為開關(guān)柜的上部、中部和下部，具體測(cè)試幅值對(duì)比，如圖2所示。

據(jù)圖2可知，108，109開關(guān)柜的測(cè)量值高于其他開關(guān)柜，并且越靠近這兩個(gè)開關(guān)柜，幅值越大，說明這兩個(gè)開關(guān)柜存在局部放電。根據(jù)上圖2的測(cè)量結(jié)果可判斷出在108開關(guān)柜側(cè)存在局部放電。為了進(jìn)行深入的詳細(xì)檢查，停電進(jìn)行檢修，打開108開關(guān)柜，如圖3所示。

根據(jù)圖3可知，開關(guān)柜母線距離穿墻套管太近，兩者之間間隙過小，開關(guān)柜經(jīng)過長時(shí)間運(yùn)行后，絕緣特性出現(xiàn)一定程度的下降，進(jìn)而使得10 kV開關(guān)柜出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象。

4 結(jié) 語

不同的10 kV開關(guān)柜運(yùn)行環(huán)境存在一定的差別，可能存在不同類型的干擾源，因此在進(jìn)行局部放電檢測(cè)時(shí)可能難以有效甄別干擾，基于此，可采用多種檢測(cè)方式相結(jié)合的方式進(jìn)行，通過對(duì)比分析多種檢測(cè)信號(hào)，排除運(yùn)行環(huán)境帶來的干擾，提高識(shí)別的準(zhǔn)確性，確保開關(guān)柜的正常運(yùn)行。

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