开关柜局部放电检测技术分析及应用

张 旺，刘 珂，朱洪波，李钦柱

（济南供电公司，山东 济南 250012）

0 引言

10 kV开关柜是我国配网系统中重要的电力设备，开关柜在长期运行中，绝缘材料持续受高温、高电压、振动及油污、潮湿和化学物质的作用，绝缘性能将不断降低。其内部的绝缘缺陷或劣化，往往会造成开关柜局部放电。故障电弧一旦产生，会以声、光、电、热的形式辐射出能量，导致电力系统安全运行中断、电力设备损坏及人身伤亡等严重后果。德国科隆精密机械行业工伤事故保险联合会编制的关于中低压配电事故最新统计报告指出，开关设备电气故障引起人身伤亡与电弧有关的大于50%，因此对开关柜开展局部放电检测意义重大［1］。

目前，运用广泛的非接触检测方法，如红外和紫外检测技术，对于变压器等敞开式设备效果良好，但对封闭的开关柜来说，效果不理想。局部放电产生的声、光、电、热等检测量，因柜体屏蔽作用，给相应的局部放电检测带来困难。但开关柜柜体上有接缝和玻璃窗，局部放电时产生的各种检测量通过它们泄漏出来，在柜体外检测局部放电成为可能。目前，开关柜局部放电检测，较为实用的检测方法有基于暂态对地电压技术、超声波检测法、超高频监测法。

1 基于TEV、AE、UHF的局部放电检测技术

1.1 暂态对地电压检测技术

发生局部放电时，放电点会产生出交变的电场和磁场，形成电磁波，电磁波通过金属箱体的接缝处或气体绝缘开关的衬垫传播出去，形成一个暂态电压，通过设备的金属外壳表面传播到地下，这个暂态电压即为暂态对地电压，简称TEV，如图1所示。

图1 TEV产生示意图

开关柜出现局部放电时，产生的电磁波在接地金属外壳上产生TEV，幅值在几毫伏至几伏的范围内，有几纳秒的上升时间［2］，时间很短。可使用传感器来捕捉TEV信号来检测局部放电，并通过TEV的幅值和频数来反映每一次局部放电活动的强弱，从而反映开关柜的运行工况。

局部放电产生的TEV信号大小与局部放电的剧烈程度及距离放电点的远近有直接关系，越靠近放电点，传感器接受到的TEV幅值越大。将两个或多个传感器安装在开关柜金属箱体的不同位置，利用TEV信号先后到达传感器的时间差，对放电点进行定位。

1.2 超声波检测法

声波是一种机械振动波，当发生局部放电时，能量瞬时爆发，在空气中发生电击穿，放电瞬间完成。电能瞬间转化为热能导致放电中心气体膨胀，这种瞬间膨胀以声波的形式传播出去。随着最初的声波传播，传播区域内的气体被加热，形成一个等温区，其温度高于环境温度。当这些气体冷却时，气体又开始收缩，收缩的结果是产生较低频率和强度的后续波，它含有各种频率分量，且频带很宽，范围为10 Hz～10 MHz［3］，其中频率超过 20 kHz 的即为超声波，由于放电局域很小，所以局部放电可以看成点生源。采集和处理过程如图2所示。

图2 超声信号采集和处理

1.3 超高频检测法

超高频检测法是通过UHF传感器对电力设备中局部放电产生的超高频电磁波（300 MHz≤f≤3 GHz）信号进行检测，获得局部放电的相关信息，从而实现局部放电检测［4］。由于现场的电晕干扰主要集中在300 MHz以下，因此UHF能有效避开现场的电晕干扰，具有较高的灵敏度和抗干扰能力，可实现局部放电带电检测、定位等。

2 应用实例

在对某110 kV变电站进行开关局局部放电检测时，首先采用便携式开关柜超声波局部放电检测仪进行检测。检测时，为排除环境干扰，对每一面开关柜测量2次，将检测仪置于开关柜后空气中检测背景值，再将检测仪置于开关柜后柜门上进行检测，测量结果如图3所示。

从图3可以看出，去除背景值影响后，108、109号开关柜测量值仍然最大。在靠近108、109号开关柜时，临近开关柜的背景值和测量值均有不同程度的提高，说明108、109号开关柜有可能存在局部放电，需要进一步检测验证。

图3 局部放电超声波检测结果

随即采用TEV局部放电检测仪对上述10 kV开关柜进行检测，将TEV传感器置于开关柜外壳上，测试位置为开关柜上部、中部和上部，测试幅值对比如图4所示。

图4 局部放电TEV检测结果

从图4可以看出，108、109开关柜3个测量位置的测量幅值明显高于其他开关柜，并且，在靠近这两面开关柜时，其他开关柜测量幅值也有不同程度的增大，可以判定108、109号开关柜存在局部放电。在108、109开关柜的3个测量位置中，上部测量值最大，108开关柜测量值略高于109开关柜，可以推测108、109开关柜之间母线穿墙套管靠近108开关柜侧存在局部放电。随后安排停电检修，打开开关柜后，放电图如图5所示。

从图5可以看出，由于母线距离穿墙套管太近，间隙较小，设备长时间运行后，绝缘特性降低，出现了局部放电。

图5 设备放电图像

3 结语

10 kV开关柜运行环境千差万别，现场可能存在不同类型的干扰源，仅靠单一检测手段进行局部放电检测不能有效甄别干扰，因此，必须采用多种手段相结合检测的方式，通过对比分析多种信号，有效排除现场干扰，提高隐患识别的准确性，保障开关柜安全运行。同时，应建立开关柜局部放电检测数据库，记录分析开关柜局部放电的类型、发生放电的原因等，有助于提高开关柜局部放电检测水平，并为设备的设计、安装提供相应建议。

［1］电力工业部西北电力设计院．电力工程电气设备手册［M］．北京：中国电力出版社．

［2］陈刚.声电波检测仪在10 kV开关柜局放检测中的应用［J］.电工技术，2010（7）：67－68.

［3］孙慧贤，张玉华，罗飞路.采用USB和CAN总线的电力监控数据采集系统［J］.电力系统及其自动化学报，2009，21（1）：99－103.

［4］刘云鹏，王会斌，王娟，等.高压开关柜局部放电UHF在线监测系统的研究［J］.高电压技术，2009，45（1）：15－17.