开关柜局部放电暂态对地电压检测法的研究

靳键云

（临汾供电分公司，山西 临汾 041000）

0 引言

10～35 kV金属封闭成套开关设备广泛应用于各个变电站，这些开关设备安全可靠地运行，决定了供电的合格率和可靠性。电气设备在长期运行中由于电、热、化学等异常形成绝缘劣化，导致电气绝缘强度降低，甚至发生故障。为防止开关柜故障的产生，希望能够了解到运行中开关柜内的实际情况，测试电气设备局部放电特征是目前预防开关柜故障的一种好方法。

开关柜局部放电过程中会发生声、光、电、热等各种物理和化学变化。开关柜局部放电检测就是将这些特征作为局部放电检测信号的传感对象。目前，国内外传统的检测方法主要包括脉冲电流法、光测法、超声波法等[1]。

1 开关柜暂态对地电压检测法

暂态对地电压TEV（Transient Earth Voltage）法是通过检测开关柜局部放电在电气设备接地金属外壳上感应出电压来实现的。当开关柜内部的高压电气设备发生局部放电时，通过设备的金属箱体外表面而传到地下去[2]，同时在金属外壳上产生一个暂态电压。在设备外设置电极，检测因局部放电引起的沿外壳流动的高频感应电流在金属外壳上产生的瞬时电位波动就可以实现开关柜局部放电暂态对地电压检测。局部放电TEV法检测原理如图1所示。

图1 局部放电TEV法检测原理图

暂态对地电压局部放电检测系统主要作用是测试局部放电的大小及局部放电在一个测试周期中的脉冲数，并实现局部放电点的定位。它通过将电容耦合式传感器放在开关柜接地金属外壳上检测局部放电的幅值及放电的脉冲数，判断局部放电的存在与否及大小；采用2个传感器，根据局部放电而产生的暂态对地电压的脉冲波到达不同位置所需的时间不同，通过比较2个传感器在不同位置测得瞬间电压所到达的时间，及比较放电信号强度大小的方法来确定局部放电发生的位置。TEV测试实现关键在于测试点的选取、现场干扰的排除、数据判断和定位的判断。

2 TEV法测试点的选取

测试过程中选择局部放电容易发生的位置进行检测，如母排（连接处、穿墙套管，支撑绝缘件）、开关刀闸、电缆接头等位置，主要位置如开关柜前面板中部及下部，后面板、侧面板的上部、中部及下部。如果有条件，开关室内母线桥架也需进行检测。

3 TEV法现场干扰排除

开关柜局部放电检测受现场局部放电干扰影响较大，采取相应措施排除干扰对确保开关柜局部放电检测结果的准确性具有重要作用。

3.1 主要干扰源

测试现场主要受其他设备放电及高频波的干扰较大，母排上振动或户外变压器上的干扰信号；架空输电线路上的干扰信号；无线电发射机发出的信号；各种类型的电子装置发出的信号；有机械切换电流、带电刷或其他能够产生电火花的设备的信号；电弧焊、电弧炉、马达、发电机等；被测设备的相邻位置或自己本身的其他位置还有放电现象发生；测量时探测器的抖动、静电放电等是主要的干扰来源。

3.2 干扰排除方法

现场排除干扰的措施主要有：关闭干扰源，如一些室内的排风扇等，采用不同的时间进行测试，避开无线电及其他电子装置的干扰信号；利用局部放电检测仪的脉冲数来判定干扰源，脉冲数如果大于1 000，可以判断为干扰信号；通过局部放电定位仪双通道定位模式确定信号的传播方向来确定与被测设备相距较远的放电干扰源，其中，最为常用、也是最有效的方法是通过局部放电定位仪双通道定位模式来确定干扰信号。

4 TEV法放电类型的识别

不同类型的局部放电活动有不同的特性，为了帮助确定放电的类型，系统装置的通道均设有信号输出。每当通道检测到一次放电活动即在输出端产生一个5 V且持续10 ms的数字脉冲。输出脉冲可用普通示波器跟踪显示。示波器扫描时间调到2 ms/格或5 ms/格，选择单轨迹扫描方式，就可显示出叠加后的放电活动与高压系统相位之间的关系。可以使用系统做有针对性的测量。

5 TEV检测法定位原理

通过局部放电定位仪2个传感器检测放电点发出的电磁波瞬间脉冲所经过的时间来确定放电活动的位置，原理是采用比较电磁脉冲分别到达每只探测器所需要的时间，系统指示哪个通道先被触发，进而表明哪只探测器离放电点的电气距离较近。

检测过程中，在开关柜的横向进行定位，当两个通道指示灯同时亮的时候，说明放电位置在2个传感器的中线上；同理，在开关柜的纵向进行定位，同样确定一根中线，两根中线的交点，就是局部放电的具体位置。

6 开关柜局部放电TEV检测分析方法

开关柜局部放电TEV检测法主要采用以下三种方法来判断开关柜是否存在局部放电现象。

6.1 纵向分析法

纵向分析法就是对同一设备不同时间的测试结果进行分析，从而比较分析得出设备的运行状况。需要周期性地对开关室内开关柜进行检测，并将每次检测的结果存档备份，以便于分析不同时间内设备局部放电状态的变化，从而判断设备的运行状况。

6.2 横向分析法

横向比较法就是对同一个开关室内同类设备的测试结果进行比较，当同类型的某一设备个体的测试结果比其他同类设备的测试结果及现场背景值均大时，就可以认为此设备有存在缺陷的可能性。这种方法也称为绘制曲线法，是最为常用的一种方法。

6.3 数据判断法

根据大量的实验以及现场的测试经验，得出以下判断数据供检测人员使用。

a）当发现开关室内背景值与测试值都在15 dB以下时，表示开关设备正常，下次再进行巡检。

b）如果开关室内背景值在15 dB以下，而某几个开关柜的测试值大于背景值20～25 dB，且脉冲数在1 000以下，检测人员应对放电位置进行定位，并采取一定的处理措施。

c）如果开关室内，测试值和背景值都在30 dB以上，且并没有发现在某个开关柜上出现峰值，应使用局部放电定位仪双通道定位模式来判断放电信号的来源，如检测结果发现放电信号是从开关柜上传来，而不是外界的干扰信号，那么需要对存在问题的开关柜采取一定的处理措施。

d）如果开关室内，测试值和背景值都在30 dB以上，且测试值大于背景值15 dB以上，应对放电位置进行定位，并采取一定的处理措施。

e）所有被清扫或被检修的开关柜在清扫或检修完后，应再次使用局部放电检测仪对该开关室进行检测，检测结果可以跟清扫前进行比较，衡量设备监测的准确性，并提出测试数据对未来开关柜例行维护工作的指导意义，如缩短或延长开关柜的维护周期。

2010年12月27日—31日，共对临汾供电分公司管辖的12个220 kV、2个110 kV共计14个变电站的210面开关柜进行了局部放电暂态对地电压检测。下面以张礼变电站为例进行阐述，张礼220 kV变电站共测试了17面35 kV开关柜，测试图谱如图2所示。

7 检测实例

图2 张礼220 kV变电站开关柜局部放电检测图谱

从图2可以看到，356开关柜后侧的暂态地电压检测数据偏大，最大幅值为40 dB。在该柜的后部靠侧壁C相，可听到放电声，判断具有局部放电现象。而其附近开关柜测试幅值也较大，很可能是受其影响。343开关柜在该柜后部带电显示器上部右侧存在超声信号幅值3 dB，可能是受带电显示装置的影响。

8 结束语

通过对开关柜局部放电TEV法检测的研究与应用，可随时了解现场设备的安全状态，对现场设备的绝缘状况做出判断，预先发现开关柜内潜在的故障点，针对局部放电程度科学地采取预防措施，避免设备故障的出现。确保现场设备持续、安全、有效地运行。

［1］ 李景禄.高压电气设备试验与状态诊断［M］.北京：中国水利水电出版社，2008：57-149.

［2］ 乔进朝，王进锁，樊毅.开关柜非嵌入式局部放电在线检测定位研究［J］.山西电力，2008（5）：24-27.