开关柜局部放电抗干扰系统开发研究

国网新疆电力公司疆南供电公司 阿依努尔·努尔艾合买提 麦迪娜·热吉甫 隆 振 麦麦提艾力·斯木提拉

0.引言

基于开关柜局部放电抗干扰系统开发研究，首先分析了高压开关柜四种局部放电缺陷模型形成的原因以及各自的特点；其次，介绍了开关柜局部放电缺陷模型检测方法的优缺点及原理；最后，基于TEV和接收电磁波接收器双传感器同时检测检测的方式开发了开关柜局部放电抗干扰系统，并搭建了高压开关柜抗干扰检测系统的实验平台，通过实验验证了所开发的基于TEV和接收电磁波接收器双传感器有效的抑制开关柜表面来自变电站通信干扰噪声以及开关柜外表面的电晕干扰，实现了开关柜局部放电及外部干扰的有效识别与分离。

1.开关柜局部放电缺陷模型检测方法

开关柜局部放电检测方法主要有暂态对地电压法(TEV)、超声波法（AE法）、以及特高频法(UHF)等。开关柜局部放电检测方法的主要原理及特点如下：

1.1 暂态对地电压法(TEV)

暂态对地电压法(TEV)通过在金属壳体上在线检测由于高压开关柜内部发生局部放电现象而在金属壳体表面产生的暂态瞬时电压，通过观察在线检测的电压相位、波形等变量变化情况判断高压开关柜内部是否存在绝缘故障等问题。当高压开关柜内部存在绝缘故障等问题时，在高压开关柜内部的绝缘层中会发生局部放电现象并产生接近于无线电频率范围的电磁波，由于电磁波通过开关柜扩散及传输到开关柜外表面，从而在开关柜的外表面金属壳上产生几毫伏至几伏的范围内暂态的瞬时电压。通常，可将采用非侵入方式将探头放在开关柜的外面进行局部放电的在线检测[11]。暂态地电压（TEV）法优点如下：1）在设备运行且设备承受的允许的工作电压的情况下进行开关柜局部放电的在线检测，在很大程度上能够减少停机次数、提高用户供电可靠性；2）暂态地电压（TEV）法能够有效的进行故障定位，具有一定的抗干扰能力，能提供较好的试验数据。缺点：和其它的算法相比，暂态对地电压法(TEV)抗干扰性较差。

1.2 超声波法（AE法）

超声波法（AE法）原理：当设备内部产生局部放电信号的时候，会产生冲击的振动及声音从而产生声波，声波通过高压开关柜气隙传输到开关柜外金属表面。因此，可以在高压开关柜外壳金属表面设置超声波传感器实现信号的接收和测量。

超声波法（AE法）主要优缺点如下：1）优点：超声波法（AE法）技术相对成熟且设备简便能够有效的抵抗外界电磁波的干扰并能够对缺陷实现定位；同时，超声波法（AE法）传感器由于与高压开关柜设备没有任何电气回路的联系，可以不受开关柜周围及内部电气方面的干扰。2）缺点：受传输速度及传输介质不同的影响，超声波法（AE法）信号模式变得很复杂。同时，超声波法（AE法）传感器监测有效范围较小，对大型设备器需要众多的传感器，现场应用较为不便[12]。

1.3 特高频法(UHF)

当局部放电发生在绝缘强度较高或较小的间隙中时，会产生陡峭的电流脉冲，并向周围辐射高频电磁波。UHF法是通过传感器对电力设备局部放电产生的超高频电磁波信号进行检测，可检测的频带范围为0.3～3 GHz。特高频法(UHF)优点：抗干扰能力强、灵敏度及准确性高；特高频法(UHF)优点：成本高，整个系统不完善。

由暂态对地电压法(TEV)、超声波法（AE法）、以及特高频法(UHF)的原理及优缺点可知，暂态对地电压法(TEV)抗干扰性差，在进行高压开关柜局部放电检测时容易受到外界干扰信号的影响，从而影响局部放电检测结果的精度。因此，为开发出具有抵抗外部干扰的开关柜局部放电带电检测抗系统，本文以暂态对地电压法(TEV)为基础，结合设计具有抗干扰能力的接收器等软硬件进行开关柜局部放电带电检测系统的搭建。基于暂态电压法的高压开关柜局部放电检测原理图如图1所示。

图1 高压开关柜局放TEV测量原理

2.高压开关柜抗干扰检测系统的搭建

本项目在试验室搭建的高压开关柜抗干扰局放检测系统如图8所示，实验装置平台如图2所示。其中AC：交流电源；AT：调压器；T：变压器（0-100kV）；Rp：保护电阻；R1，R2：分压器（1：10000）；M：缺陷模型；CHA：工频高压；CHB：TEV传感器；CHC：接收电磁波接收器。外界干扰源主要采用两种形式，一种用偶极子电磁波接收器发射电磁波的形式来模拟变电站通信干扰噪声。另一种则用针板放电模型来模拟开关柜外的电晕干扰。试验时，将接收电磁波接收器对准开关柜缝隙处，并将TEV传感器靠近缝隙，打开干扰源，并对缺陷施以工频电压致其放电，保存并记录两个传感器记录的放电数据。

图2 高压开关柜抗干扰局放检测系统

在进行抗干扰实验研究时，分别以偶极子电磁波接收器发射电磁波的形式来模拟变电站通信干扰噪声以及针板放电模型来模拟开关柜外的电晕干扰，采用TEV和接收电磁波接收器双传感器同时检测检测的方式进行开关柜局部放电及外部抗干扰研究。以针板放电模型来模拟开关柜外的电晕干扰和偶极子电磁波接收器发射电磁波的形式来模拟变电站通信干扰噪声的开关柜抗干扰实验结果分别如图3、4所示。

图3 基于TEV和接收电磁波接收器双传感器的电晕干扰下脉冲信号实验波形及抗干扰分离结果

如图3、4所示，所开发的基于TEV和接收电磁波接收器双传感器同时检测检测的方式的开关柜局部放电检测系统能够有效的区分外界干扰与局部放电脉冲，有效的抑制开关柜表面来自变电站通信干扰噪声以及开关柜外表面的电晕干扰，实现了开关柜局部放电及外部干扰的有效识别与分离，而且提高了开关柜局部放电检测的精确度。

图4 基于TEV和接收电磁波接收器双传感器的通信干扰下脉冲信号实验波形及分离结果

3.结论

本文对开关柜局部放电抗干扰系统进行了开发研究，首先分析了高压开关柜四种局部放电缺陷模型形成的原因以及各自的特点；其次，介绍了开关柜局部放电缺陷模型检测方法的优缺点及原理；最后，基于TEV和接收电磁波接收器双传感器同时检测检测的方式开发了开关柜局部放电抗干扰系统，并搭建了高压开关柜抗干扰检测系统的实验平台，通过实验验证了所开发的基于TEV和接收电磁波接收器双传感器同时检测检测的方式的开关柜局部放电检测系统能够有效的区分外界干扰与局部放电脉冲，有效的抑制开关柜表面来自变电站通信干扰噪声以及开关柜外表面的电晕干扰，实现了开关柜局部放电及外部干扰的有效识别与分离，而且提高了开关柜局部放电检测的精确度。本文的研究成果可为高压开关柜的局部放电检测系统的抗干扰性研究提供技术参考。

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