局部放电检测技术研究

李文明 李佩佩 张 峰

（许昌许继软件技术有限公司，河南 许昌461000）

0 引言

随着我国社会经济的不断发展，对电网的安全稳定、高效经济运行都提出了更高的要求，促进了开关柜、智能变压器、光学互感器等智能电气设备在电网中的大规模应用。其中，开关柜是向用户供电的最直接设备，其工作可靠性直接关系到供电质量和供电可靠度。

由于施工或生产工艺等原因，开关柜在长期运行过程中会逐渐出现绝缘劣化现象，最终可能导致绝缘击穿，引起事故。相关资料显示，引发开关柜故障的原因中绝缘故障占了整个故障中的46.47%［1］。而绝缘故障与开关柜内局部放电有着非常紧密的联系，一般出现局部放电现象，就意味着电力设备的安全开始存在隐患了。通过对开关柜内部的局部放电进行准确检测可以有效判断开关柜的绝缘状态，大幅度提高开关柜绝缘检测的效率和水平。

1 局部放电的种类和特点

开关柜局部放电主要有5种放电形式，分别为自由金属颗粒放电、悬浮电位体放电、沿面放电、绝缘件内部气隙放电、金属尖端放电［2］。

（1）自由金属颗粒放电，放电幅值分布较广、放电时间间隔不稳定，其极性效应不明显，在整个工频周期相位均有放电信号分布。

（2）悬浮电位体放电，放电脉冲幅值稳定，且相邻放电时间间隔基本一致；当悬浮金属体不对称时，正负半波检测信号有极性差异。

（3）沿面放电，幅值分散性较大，放电时间间隔不稳定，极性效应不明显。

（4）绝缘件内部气隙放电，放电次数少，周期重复性低。放电幅值也较分散，但放电相位较稳定，无明显极性效应。

（5）金属尖端放电，放电次数较多，放电幅值分散性小，时间间隔均匀。放电的极性效应非常明显，通常仅在工频相位的负半周出现。

2 局部放电的检测方法

对开关柜进行局部放电目前主要有以下几种检测方法：

（1）电脉冲法即电流脉冲法。通过安装在被测设备接地线上的穿芯式电流传感器或钳形电流传感器来检测局放时产生的低频电流脉冲信号，从而得出局部放电的幅值、极性、相位等信息。该检测方式在开关柜预试、交接和各种局部放电研究中应用广泛，并具有灵敏度高、放电量可选可标定等特点。但是，该检测方法检测带宽很低，取得信号能量信息缺乏，抗干扰能力较差，不适用于现场的检测。

（2）暂态对地电压法，简称TEV法。开关柜内部存在局部放电现象时，放电脉冲产生的电磁波会在开关柜的金属箱体上产生一个瞬时对地电压［3］，然后通过电容耦合探测器捕捉到这个TEV信号，从而得出局部放电的幅值和频率。由于开关柜结构封闭、局放在开关柜及各柜之间的传播规律不明，现场许多情况下TEV法局部放电测量结果仍然不能判断放电信号的具体来源。

（3）超高频检测法，简称UHF法。每一次局部放电过程辐射的电磁波信号的特高频分量比较丰富。UHF检测法中心频率一般在几百兆赫、带宽为数十兆赫。通常，在超高频范围内测量局部放电信号，不受外部电晕、开关操作等多种电气干扰的影响，因而可以有效提高检测系统信噪比。但相较脉冲电流法其测量灵敏度要低。

（4）超声波检测法。主要是通过贴在开关柜外壳上的超声传感器接收局部放电产生的超声波信号，用以测量局部放电的大小及位置。该方法可以有效避免电磁干扰的影响，方便定位。但超声波在开关柜内的传播是个复杂的过程，存在折射、反射现象，无法利用超声波信号对局部放电的模式及放电量进行判断。

（5）光检测法［4］。光检测法是通过检测局部放电时产生的光波来实现的。在开关柜外壳观察窗上安装光电倍增管，用铁壳进行电磁屏蔽和外光屏蔽，用电缆连接到监测设备。该法的最大缺点在于必须在开关柜外壳上开孔，一般在现场难以应用。

（6）红外测量法。局部放电时会使开关柜部分区域的温度升高，测量这种温度变化能够确定放电的程度和位置。这种方法可以用红外摄像仪检测出开关柜内的温差。但是由于造成温差的原因很多，这种检测方法测量的可靠性较差。

3 针对局部放电常用检测方法的一些改进措施

（1）现场检测局放信号，最主要的问题是各种电磁干扰，而各种干扰信号主要通过以下方式影响检测系统：从系统的工频电源进入，因此检测系统电源最好由隔离变压器加上低通滤波器以抑制电源干扰；通过电磁耦合进入，因此检测系统应接地良好，并且信号的传输方面加装良好的屏蔽层或直接选用光纤通讯；通过检测元件进入，干扰信号和局放信号混杂在一起，就只能采取硬件电路滤波和软件滤波器滤除干扰信号。当现场存在明显的背景干扰时，应采用加装屏蔽带等措施抑制外部干扰信号的耦合，将屏蔽带如图1所示固定在盘式绝缘子上。

（2）现有的局放检测方式及抗干扰技术主要是基于时域层面，在一个时点上背景干扰或其他非局放信号的幅值或叠加幅值大于局放信号强度，则真正地局放信号就会被淹没。通过FFT及小波变换［5］等数学算法进行频谱分析与频点滤波，可提供局放信号的实时频域特性图谱，实现针对干扰状况下实时频点滤波，从而实现不损害局放信号的大幅值干扰抑制。采集到局部放电的时域与频域特性图（图2）后，通过模式识别即可判断出局部放电的放电方式及放电幅值。

图1 屏蔽带的使用

图2 局部放电时域频域特性图

（3）目前，UHF检测方式使用较多的是通过峰值检测电路获取放电幅值、相位，从而判断局部放电的形式。但该检测方法采样频率低，可能会丢失部分局部放电脉冲信号。而使用超高频包络检波电路，采用硬件滤波器和傅里叶分析方法去除窄带干扰，通过小波分析、改进阈值滤波算法去除白噪声，可大大降低采样速率和数据量，又可保留局部放电的几乎所有脉冲信号［6］。图3为UHF检波信号经小波分析去噪前后的效果图。

图3 UHF检波信号小波去噪图

（4）融合检测，无论哪种检测方法都无法把开关柜的真实信息检测出来，所以为了保证开关柜局部放电检测结果的准确真实，就要把几种检测方法综合起来使用，充分发挥各种检测方法的优点，保证检测结果的全面、准确。

（5）检测传感器尽可能内置在开关柜内，并且安装在断路器、隔离开关、互感器等关键设备附件，这样既减少了外部干扰的影响，也不影响设备的美观。

4 结语

开关柜内部局部放电的检测对开关柜的长期稳定运行、预防事故的发生有非常重要的作用。本文对局部放电的放电形式、检测方式及技术实现中的难点进行了详细分析。保证现场人员安全的前提下，如何更加准确地放映出开关柜内部绝缘情况、滤除外部干扰一直是国内外人员研究的重要课题。模式识别、滤波技术、高速数字化采集处理技术等研究的不断深入都将为电力设备检测、保护，为我国建设坚强智能电网提供强大的技术支撑。

［1］李刚，朱革兰.配网开关柜状态检测与评价实施方式的探讨［J］.高压电器，2013，49（8）：133－138.

［2］中国南方电网有限责任公司.Q／CSG11401—2010 气体绝缘金属封闭开关设备局部放电特高频检测技术规范［S］.

［3］胡靖涛，黄强，周程远.暂态低电压测试的改进判定方法［J］.湖南电力，2013，33（6）：61－63.

［4］司文荣，李军浩.局部放电光测法的研究现状与发展［J］.高压电器，2008，44（3）：261－264.

［5］刘鲭洁，陈桂明.FTT和小波变换在信号降噪中的应用［J］.数据处理与采集，2009，58（3）：58－60.

［6］尹荣庆.局部放电检测技术及抗干扰技术进展［J］.电气开关，2010（5）：75－78.