局部放电监测在高压开关柜状态检修中的应用

李庆才

（国网山东省电力公司莘县供电公司，山东 聊城 252400）

高压开关柜出现局部放电异常现象后，其内部会发生一系列的化学反应，同时形成一定的化学气体，同时伴随过热现象和发光、发声现象的出现。常规检修方法主要为非电检修，检修人员通过对高压开关柜进行观察，了解当前开关柜是否出现声、光和热量上升等异常现象。随着技术发展，利用检修机器的电监测技术出现，其在精准度、效率性及安全性等方面的优势使得其迅速取代了非电检修技术。

1 高压开关柜局部放电监测技术手段

在高压开关柜的实际运行过程中，由于开关柜内部发生的绝缘缺陷问题，会造成某一点形成过电流，从而造成该点的局部放电现象。随着放电时长的增加，开关柜内部还会产生一定量的电量信息以及非电量信息，这些信息一般为物理现象信息，在物理环境变化过程中表现出来，因此通过对这部分放电信息进行监测，在一定程度上对当前运行环境下的高压开关柜运行状态做出判断。监测技术主要面对的事实上应当是发生绝缘变化以及局部放电问题后开关柜自身的放电物理参量，这部分物理参量与常态参量之间差距大，因此可以通过监测的方式获取。在应用环境中的技术条件内部，需要结合测算方式，对放电信号的具体规模、放电位置、放电影响范围等做出精确判断。结合监测物理量不同，目前应用于高压开关柜状态监测的局部放电监测技术主要为以下几种。

脉冲电流检测法在进行放电信号测量时，可以对部分频率极低的信号进行测算并放大，从而实现检测范围的拓宽，但该技术仅能够应用在离线检测当中，无法实现在线监测；红外检测法是通过红外线技术对高压开关装置外部的电信号规律进行获取，通过红外线的反馈，实现放电覆盖范围的测算，但是由于红外线穿透能力不足，无法应用在开关柜装置内部，因此效果并不理想；化学检测法主要通过对开关柜内部的化学现象发生规律进行分辨，是在线监测技术中检测数据精准度最高的技术手段，但是由于化学测算和分析过程还需要依赖人工，因此缺少时效性和动态性；UHF 法则是借助传感器装备，对高压开关柜中的电信号进行获取，并由上位机对信号进行解读和分析，从而做出实时的精确判断。但是传感器硬件成本较高，同时安装困难、安装位置限制明显，对于技术条件和环境条件要求较高。

2 高压开关柜状态检修中局部放电在线监测系统设计

（1）开关柜局部放电信号搜集。前文指出，高压开关柜的实际运行受到绝缘装置缺陷的影响，会出现局部放电问题。在出现放电时，放电位置本身所对应的电源不同、放电机理不同，因此表现出的放电类型也有着十分明显的差异。电晕放电的主要位置集中在开关柜的导体尖端，在出现放电现象时，尖端会发出明显的电磁波信号，同时伴随蜂鸣声。暗光环境中可以看到放电位置出现蓝光，化学反应下会产生O3，这种放电现象表明开关柜内部电场强度不均衡；气隙放电是指高压开关柜内部出现的绝缘介质放电现象，在发电放生时，绝缘介质会产生气泡，同时相邻位置也会发生变化。电信号变化规律则以介电常数的变化位置，放电气体的介电常数较小，一旦绝缘介质当中含有杂质，就会出现气隙放电问题；沿面放电现象表现在开关柜内部的部件表面，其中绝缘子表面放电以及绝缘套管表面放电较为明显。在放电时，部件表面的放电情况与表面平行，同时在高压导体的影响之下，形成场强。研究表明，沿面放电影响范围大、造成损坏也更为严重。该放电现象的主要产生原因表现在环境湿度、空气质量等方面。在开展在线监测系统设计时，首先应当对各种类型的放电现象做出综合判断，并通过放电位置、放电出现环境，对高压开关柜的内部情况做出解析和解答，进而更加精准地完成异常状态的判断。为了满足这一目的，本文选择了具有应用优势的TEV 信号传感器展开对放电信号的采集，保证系统能够获得全面、细致的局部放电信息，用以进行监测和分析。在设计当中，笔者将前端信息采集环节设定为3 个硬件部分，其中传感器设备将直接接入到常见放电状态所处的尖端、绝缘介质、部件表面等位置，作为信号采集。随后，传感器通过建立同轴电缆，完成信号的外部传递，并介入到高速采集卡当中。高速采集卡完成信号采集和转换，与上位机进行连接。

（2）信号特征提取环节设计。上位机在接收到传感器经由高速采集卡的局部放电信号信息后，需要通过系统分析和系统判断，完成放电信号特征的提取，从而完成对于信号及其所代表的高压开关柜异常状态的判断。为了能够实现精准、高效率的在线监测功能，本文在进行信号特征提取环节的系统设计当中，选取了小波包能量谱技术以及神经网络技术，来实现对于信号的处理能力。在实际运行当中，信号特征提取环节的小波包能量谱技术主要通过分解归一以及分形维数2 种方式，对信号进行检验，其中分解归一主要对多层小波包信号进行特征类型的提取，而分形维数则以分形和截距方法对于分解归一无法完成的信号进行特征参数提取，最终将获取到的特征参数输入到神经网络当中，神经网络借助分类器，将特征参数和其代表的开关柜状态进行一一对应，完成信号解读。

相比于其他类型的信号分析和特征提取技术，小波包处理技术主要能够对信号当中存在的噪声进行去除，从而实现对于不同情况下的异常信号进行波形分析、频率分析以及幅值分析，随后通过分解方式，获得各个层级所代表的信号能量值。信号能量值可以在对应的频段当中作为能量的特征参数，完成对信号特征特点的总结。

而在神经网络的选择当中，笔者选用了在放电识别方面具有优势的RBF 网络。相较于其他分析类型当中常见的BP网络，RBF 网络更符合高压开关柜放电现象的判断，并能够借助特征向量，完成特征分类，因此更具应用优势。

（3）数据通信设计。本文选用了RS485 总线进行数据信息的通信，在总线系统当中，RS485 拥有2 个接口，其中PW 接口是总线的输出端口，PR 接口则是总线信息的发送端口。在端口之间，设置了专门的TC、RD、RC 寄存器，用以进行数据信息的临时存储。APB 是总线当中的串口时钟，用以进行数据信息的同步时间校准，保证局部放电信息的传送效率。在RS485串口通信的整体系统结构构成当中，TC 充当发送位移以及接受位移寄存器，两者同步进行协调传输，并与PW、PR，2 个环节构成联通，形成数据传输闭环，实现实时的数据通信。

（4）在线监测系统的实时检修应用。在线监测系统在实际应用当中的主要价值，在于帮助相关管理检修人员能够实现远程数据分析和开关柜异常状态判断，并制定出相应的高压开关柜维修处理计划。相比于传统现场检修技术而言，更具安全性和客观性。在线监测技术的应用下，高压开关柜的检修改变了以往的定期检修和抽样检修方案，改为了状态检修为主的检修策略，通过监测系统对异常状态所进行的评判，帮助检修人员形成检修意识和检修理念。

本文在实际的状态检修过程中，根据数据处理结果和分析结果，对局部放电的数据进行了常态运行、预警状态以及告警状态3 种情况的设置。其中常态运行状态当中，局部放电数据信号低于30dB，检修人员可以不必进行检修工作；预警状态当中，是指检修数据分析得出数据区间达到了30 ～50dB，此时，检修人员需要选择时间开展对高压开关柜的检修工作；而当状态数据达到了60dB 标准后，设定为告警状态，此时检修工作人员需要第一时间开展检修处理工作。为了保证数据分析信息的精准，笔者在pc 端显示过程中，还设置了对具体开关柜机组的比较策略，通过比较方式，对一定时间段内未休眠机组的运行状况进行观察，从而形成评估报告，判断其运行状态趋势，对于存在的放电谱图的波动现象问题，系统需要第一时间完成数据测算，并得到当前状态的告警数值，判断其是否达到了告警临界点，引导检修人员积极进行处理。

3 结语

综上所述，在线监测技术对于高压开关柜的状态波动和状态异常检修工作而言具有举足轻重的意义和价值。通过利用传感器等信息采集设备完成对于开关柜局部放电问题的监测，能够更好地判断一段时间内开关柜机组的运行稳定性，并以此为根基制定出周密、详尽的检修计划和检修开展方案，保证检修工作能够在安全环境下运行。