高压开关柜局放带电检测试验平台研制及应用

范 敏，何智强，吴水锋，叶会生

(国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

高压开关柜局放带电检测试验平台研制及应用

范 敏，何智强，吴水锋，叶会生

(国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

本文以真型开关柜为基础研制了开关柜带电检测试验平台，首先利用该平台成功模拟悬浮电位放电缺陷，采用超声波检测法(AE)与脉冲电流法(PC)的比对找出悬浮电位放电的规律，包括典型图谱，超声波信号幅值与局放量关系，验证了该平台的有效性，最后针对该平台提出了后续研究方向。

开关柜；局部放电；试验平台

高压开关柜是电力系统中数量最庞大的开关设备，承担着直接向用户供电的职能，其运行状态直接关系到用户供电可靠性。对于高压开关柜来说，由于受到环境因素或绝缘件本身老化的影响，长期运行中会出现各类缺陷，这些缺陷会引起局部放电的产生。应用表明，通过带电检测技术可有效发现高压开关柜内局部放电〔1〕。

目前，高压开关柜带电检测技术尚处于起步阶段，开关柜局放带电检测技术的应用还仅局限于数据读取，经验性、主观性较强；理论研究还处于仿真罐体理想缺陷模拟阶段，并未针对实际开关柜进行缺陷模拟，其研究结果应用到实际开关柜中存在较大差异。

本文利用自主设计的真型开关柜搭建了开关柜带电检测试验平台，该试验平台能够模拟尖端、悬浮、沿面、内部放电等4种典型缺陷，同时进行缺陷下局部放电信号的带电检测试验。为验证该平台的有效性，利用该平台模拟悬浮电位放电缺陷，采用超声波检测法(AE)与脉冲电流法(PC)比对找出悬浮电位放电的规律，包括典型图谱，超声波信号与局放量关系，最后针对该平台提出了后续研究方向。

1 带电检测试验平台

1.1 试验平台搭建

基于自主设计的真型开关柜搭建了开关柜带电检测试验平台，该平台利用无局放试验变压器提供试验所需电压，利用检测阻抗(阻容分压装置)和局放检测仪来检测模拟缺陷下局部放电的视在放电量的大小，利用多功能带电检测仪得到模拟缺陷下各测试手段的带电检测信号和典型图谱。试验平台结构如图1所示。

图1 开关柜带电检测试验平台结构图

图1 中，C为耦合电容，Z为检测阻抗，二者构成的阻容分压平台与局放测试仪一同组成了局部放电的脉冲电流测试回路，用于测试局部放电的视在放电量，R为保护电阻，带电检测仪为多功能带电检测仪，具有超声波、暂态地电位和特高频的测试功能。

该平台核心为真型开关柜，包括进线柜、出线柜和TV柜。真型开关柜中包括现场实际运行开关柜中的所有部件，如母线、断路器、电流互感器、电压互感器、带电显示器、避雷器等，缺陷设置在部件上实施。

试验平台真型开关柜电气参数如见表1。与实际运行开关柜电气参数一致。

表1 真型开关柜电气参数

以出线柜为例，出线柜由预置的缺陷部件模拟实际高压开关柜的缺陷，缺陷模拟方法为:利用金属丝模拟尖端放电、利用接触不良或悬浮金属体模拟悬浮电位放电、利用绝缘件表面污秽模拟沿面放电、利用绝缘件内部缺陷模拟内部放电等。各缺陷模拟中的缺陷部件均为可拆装式，通过拆装缺陷部件即可实现不同类型缺陷的切换，从而能够方便地对实际开关柜运行过程中出现的各类缺陷进行模拟试验。

1.2 试验步骤

1)根据图1进行试验接线，并保证接地良好，试验前需要对局放检测仪进行放电量标定；

2)利用试验加压装置通过母排将预置有缺陷部件的高压开关柜升至目标电压，且加压时保持足够的安全距离；

3)通过检测阻抗采集局部放电信号至局放检测仪中，由局放检测仪输出视在放电量；

4)利用带电检测仪检测预置有缺陷部件的高压开关柜局部放电信号；

5)记录并存储局放检测仪和带电检测仪检测得到的数据，以用于后续的数据分析处理。

2 局放检测原理和缺陷模拟

为验证本文搭建的局放带电检测试验平台的有效性，本文模拟4种典型缺陷中的一种——悬浮电位放电缺陷，在此缺陷下利用脉冲电流法和超声波检测法检测局放的视在放电量和带电检测信号。

2.1 脉冲电流法

局部放电时，试品两端会产生电荷的变化，与试品两端相连接的检测回路便会出现脉冲电流，在检测阻抗两端形成一个脉冲电压，通过检测这一脉冲电压来分析试品的局部放电的方法即是脉冲电流法。该方法优点是可以获得视在放电量，可定量分析局部放电的大小；缺点是在现场检测中易受到电磁干扰的影响，影响检测精度；检测接线涉及到高压回路，有很大的安全风险，故不适用于现场带电检测〔2〕。

2.2 超声波检测法

局部放电时，在放电区域中的分子剧烈运动并相互撞击，宏观上会产生声波，通过检测局部放电产生的频率为20～200 kHz的超声波信号来判断局部放电的方法称为超声波检测法。超声波检测法优点在于不受电气干扰影响，且可以实现放电源的准确定位，但开关柜内的非放电性缺陷如机械振动等可能对检测结果造成干扰；同时开关柜内部超声波的衰减和折反射较多，使得部分绝缘缺陷可能无法被检测到〔3〕。

2.3 悬浮电位放电缺陷模拟

高压开关柜中引起放电故障的缺陷主要包括:导体和柜体内表面上的金属突出物引起的尖端放电；金属部件接触不良引起的悬浮电位放电；绝缘件表面污秽、受潮和凝露引起的沿面放电；开关柜绝缘件内部缺陷引起的内部放电等〔4〕。

本文设计了悬浮电位放电模型用于开展局部放电试验研究，以验证试验平台的有效性并为后续其它类型的放电特性研究奠定基础。在测试中，测试点包括出线柜前上柜门、前中柜门、前下柜门、后上柜门、后下柜门的缝隙等5个测试点，选取最大值作为测试值。

理论研究表明，悬浮电位放电缺陷超声波检测连续模式下有效值和峰值都会增大，信号稳定，且100 Hz相关性明显，50 Hz相关性较弱，每个周期有两簇放电聚集点。

3 试验结果分析

在开关柜内模拟好悬浮电位放电缺陷后，首先测量试验平台附近背景噪声，以供试验测试值进行比对。然后从0开始加压，所加电压最高不超过10 kV开关柜线电压，同时利用脉冲电流法、超声波检测法进行局放测试，记录试验数据，存储悬浮电位放电缺陷典型图谱，脉冲电流法所测局放视在放电量作为超声波检测法信号的比对值。

3.1 试验典型图谱

在悬浮电位放电缺陷下，试验实测的超声波检测连续模式典型图谱如图2所示、波形模式典型图谱如图3所示。

图2 超声波检测连续模式典型图谱

图3 超声波检测波形模式典型图谱

从图2，3可以看出，悬浮电位放电下，超声波检测连续信号有效值和峰值都增大，信号幅值稳定，且100 Hz相关性明显，50 Hz相关性较弱，波形模式下每个周期有两个放电点，与理论研究相符。

3.2 超声波与视在放电量关系

在悬浮电位放电缺陷下，随着电压的升高，视在放电量和带电检测信号逐渐增大，记录试验数据得到实测的超声波检测信号与视在放电量关系如图4所示。

图4 悬浮电位放电超声波信号与视在放电量关系

由图4可以看出，悬浮电位放电下超声波检测信号与视在放电量基本呈对数关系，放电量较小时，受检测仪器精度影响，未检测到超声波信号，随着放电量增大，超声波信号开始出现并随之快速增大，当放电量增大到一定程度时，超声波信号上升较慢最终保持稳定。

4 结论和建议

1)基于自主设计的真型开关柜搭建了开关柜带电检测试验平台，能够模拟4种典型缺陷并开展带电检测试验。

2)获取了悬浮电位放电缺陷下超声波信号典型图谱、超声波信号与视在放电量的关系，验证了试验平台的有效性。

3)后续将利用该平台模拟其它典型缺陷，并增加暂态地电位和特高频检测法进行局放带电检测，获取相应的典型图谱，研究各种缺陷下不同带电检测方法的灵敏度，为系统分析开关柜绝缘类型和严重程度提供有效手段。

〔1〕国家电网公司.输变电设备状态检修试验规程:Q/GDW 1168—2013〔S〕.北京:中国电力出版社，2014.

〔2〕刘云鹏，王会斌，王娟，等.高压开关柜局部放电UHF在线检测系统的研究〔J〕.高压电器，2009，45(1):15-17.

〔3〕朱瑞华，席保峰，徐阳，等.变压器局部放电超声法检测中超声波传感器的应用〔J〕.绝缘材料，2007，40(4):62-64.

〔4〕郭少飞，徐玉琴，苑立国，等.基于TEV法的开关柜局部放电带电检测试验研究〔J〕.河北电力技术，2012，31(5): 13-14.

Development and application of partial discharge on-line detection for high-voltage switchgear test platform

FAN Min，HE Zhiqiang，WU Shuifeng，YE Huisheng
(State Gird Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

In the paper the experiment platform is developed，and the suspended discharge fault is simulated in this platform. The regular of suspended discharge is discovered through the comparison between ultrasonic wave and pulse current，which includes typical map，the relationship between acoustic emission(AE)method and pulse current(PC)method.The effectiveness of the platform is proved and the subsequent research directions are put forward.

switchgear；partial discharge；experiment platform

TM855.1

B

1008-0198(2016)02-0036-03

范敏(1987)，男，硕士，工程师，主要从事过电压/开关试验研究工作。

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.02.008

2015-12-29 改回日期:2016-02-24