在线检测10kV开关柜局部放电方法的分析

云南电网有限责任公司昆明供电局 和定繁

在配电系统中10kV开关柜是非常重要的电气设备，10kV开关柜的局部放电问题会直接影响整个配电系统的运行质量。导致10kV开关柜出现局部放电的原因有很多，材料、制作工艺、安装工艺等都会导致电气设备出现一些绝缘缺陷，从而在运行过程中出现内部电场分布不均匀问题并引起局部放电现象。局部放电对设备的影响较大。当电气设备长时间存在局部放电问题时设备绝缘介质会出现绝缘裂化，严重时造成电气设备绝缘击穿、使设备无法正常运行，让整个电气系统也面临瘫痪的风险。因此在10kV开关柜运行过程中要做好在线检测，通过检测全面掌握设备绝缘状况，从而实现对潜伏性故障、突发性故障的预防，为电气设备的正常稳定运行提供保障。

1 10kV开关柜局部放电类型及检测技术

在电力系统中10kV开关柜属于成套的电气设备，主要承担着电力系统配电以及电能转换过程中开关的开合和保护任务，在电力系统中发挥着重要作用。10kV开关柜的主要特征是零件多、结构相符复杂、各部件布置的相对紧凑绝缘距离较小。受材料、工艺、安装技术等影响，10kV开关柜普遍存在内部绝缘缺陷，因而发生局部放电故障、绝缘故障的概率也就更高。

1.1 沿面放电

10kV开关柜运行过程中的沿面放电现象是气体或液体绝缘的接触面上产生释放全部电能的现象。10kV开关柜在运行过程中出现沿面放电现象主要与环境、传导物质以及交变电流波形、磁场、天气等有关。当环境中颗粒物数量较多、粒径较大时10kV开关柜运行状态就会受到影响。同时天气状况过于恶劣也会导致10kV开关柜出现局部放电的可能性增加。由此可知，10kV开关柜的沿面放电具有较大的不稳定性。同时开关柜在运行过程中出现沿面放电现象还可能与电缆材质、安装工艺有关。若电缆安装质量不过关，就有可能引起局部放电并导致护套被烧毁，从而使相连电气设备的运行状态也大受影响[1]。

1.2 电晕放电

也是常见局部放电类型。开关柜的电晕放电现象主要与气体性质、气候条件、天气状况以及电压强弱度等有关。当10kV开关柜套管长期存在电晕放电问题时套管容易被击穿，开关柜运行状态会受到影响。

1.3 悬浮放电

在10kV开关柜制作或安装过程中，若出现工艺不标准等问题使开关柜中某纯金属零件受到损坏、造成其不能接地，那么在开关柜运行过程中就容易造成设备绝缘受损，使设备出现局部放电现象[2]。悬浮放电严重时也会造成套管被击穿、线路被烧毁，使10kV开关柜以及其他与之相关联的设备不能正常稳定运行。

1.4 AE检测技术

当10kV开关柜出现局部放电问题时就会有冲击振动产生。通过收集、监测设备产生的振动信号也可获得开关柜局部放电位置及程度，从而为各项运维管理工作提供参考依据。当前比较常见的AE检测技术正是通过设备产生的振动来测量开关柜局部放电信号。该项技术主要是通过超声波传感器装置来检测、收集开关柜局部放电信息并达到检测目的。

1.5 TEV检测

1.5.1 检测理论

电力系统中的10kV开关柜连接着用电设备，引起其局部放电问题会直接影响到用电设备的运行状态。若10kV开关柜出现严重的局部放电问题，那么用电设备也就无法正常稳定运行，进而引起大面积停电，给用电用户的正常生活带来巨大影响。为此在设备运行过程中要加强对其的监测与管理。具体的检测理论是：当10kV开关柜出现局部放电时磁场就会出现变化、同时变化电场也会产生，因布局放电而产生的电磁波通过非屏蔽区、金属柜的缝隙等不断向外辐射。在不断向外辐射过程中电磁波与开关柜表面接触，开关柜金属外壳上就会有暂态对地电压产生。通过对这一现象的捕捉与分析就掌握10kV开关柜是否出现局部放电现象。

1.5.2 TEV定位检测

10kV开关柜在运行过程中出现局部放电现象时，带有电荷的粒子会快速向不带电部分移动，开关柜的金属柜就是不带电物体。带有电荷的粒子移动到金属柜表面后形成电压波与电流波，电压波与电流波在一些因素的作用下向四周辐射发散出去。在这一过程中产生电流会在金属柜表面做无序的移动发散，移动过程中如遇到缝隙电流就会沿着缝隙传导到金属柜外侧，并以电磁波的形式在空气中自由传导，从而导致金属柜体表面有暂态电压产生，该电压的波动与变化有一定的规律性，基于这一规律将检测探头伸入到处于运行状态开关柜的内部，通过检测内部各元器件及采集数据，就能分析出10kV开关柜是否出现局部放电故障[3]。

在进行10kV开关柜局部放电定位检测时主要利用TEV探头来完成。TEV探头主要由PVC及金属盘两大部分组成，其中PVC包裹在探头的外部起到支撑与保护金属盘的作用，使探头有良好的绝缘性。在应用TEV探头对10kV开关柜进行就按侧测量时，于金属柜体表面紧贴TEV探头，利用探头对金属柜体上的暂态电压数据进行探测、收集。采集到的数据在金属表盘上发生变化并形成感应信号，信号被经过传输处理就能真实反映出开关柜局部放电信息[4]。

在应用TEV技术对10kV开关柜局部放电故障位置进行定位时，根据开关柜所处位置确定传感器布设位置（一般两者间的距离不能超过300mm）。在放置到合适的位置后采集开关柜运行状态信息，计算与分析开关柜局部放电强度，然后对局部放电信号到达两个测试探头的先后顺序进行计算分析，最后就能得到故障的具体位置。要想进一步提升定位的精确性，可在开关柜运行过程中多进行几次以上操作。

1.5.3 TEV检测注意事项分析

在采用以上技术进行局部放电检测时容易受到各类因素的干扰，如电源、电磁辐射及接地系统、元件的放电等。要想获得精确的检测结果就要采取有效措施对干扰信号进行屏蔽或区别，使检测结果更为准确[5]。此外在对10kV开关柜局部放电位置进行检测评估时，需对局部放电影响程度进行分析判断，若局部放电影响程度较轻可将故障定位工作适当延后，若故障程度较重需及时开展位置检测及故障处理，避免引起大范围停电。对处于运行状态的10kV开关柜进行局部放电检测时，需有重点、有目的地进行。如结合以往经验发现，在开关柜侧面板上中下部分、前面板中、下部分易出现放电事故，因而在检测过程中应对这些区域做重点检测。在检测时要使地电波检测仪器探头尽量垂直于开关柜金属外壳，构成电容亲和结构对10kV开关柜因局部放电产生的地电波进行检测[6]。

2 基于TEV技术与智能监测装置的在线监测系统

2.1 系统构成与功能

10kV开关柜局部放电问题会给相关电气设备及电气设备的运行状态带来很大影响，因此对于开关柜的局部放电问题要能采取相应措施进行在线监测，通过动态监测随时掌握设备运行状态，及时发现设备潜存的故障隐患并做出预防与处理，将故障影响降到最低。传统检测技术多属于停电检测技术，是10kV开关柜在出现局部放电问题后再将设备停电检查处理，状态检查工作有一定的滞后性，不利用对各类故障的预防。在现代科技背景下，可结合TEV及相关智能监测设备构建在线监测系统，利用这一信息化系统对10kV开关柜进行动态监测与防护，尽可能减少或避免故障的发生[7]。

同时，基于TEV技术与智能监测装置的在线监测系统具备远程同步检测与监控10kV开关柜局部信号的功能，能实现对10kV开关柜的有效防护。该系统主要由几大模块构成：无线数据通讯模块、智能监测模块及数据处理模块。系统可对10kV开关柜运行状态进行在线监测，监测到设备运行过程中产生的各项数据，并通过对数据的处理掌握开关柜运行状态。若开关柜在运行过程中出现局部放电现象系统可自动发出报警，从而避免重大故障的产生。在对10kV开关柜局部放电情况进行监测时，系统采用的是多通道瞬时同步检测方式，能动态监测并真实反映出各通道的各局部放电信号大小及波形等特征，从而便于工作人员更准确、全面且系统的掌握10kV开关柜运行状态，根据具体运行状态采取必要的防护措施对各类运行故障做出有效预防。这一信息化在线监测系统还具有很好的扩展能力，同时预留有足够的数据通道。在监测过程中，基于无线通信网络对10kV开关柜进行在线检测、故障分析、定位与报警，为10kV开关柜的正常稳定运行提供保障。在10kV开关柜运行过程中，系统中的6个通道可对三面开关柜进行监控，以多通道实时同步监测的方式对系统中10kV开关柜的运行状态进行监测，并对各通道内各局部放电信号的波形、大小等特征进行同步显示。

2.2 在线监测过程

在10kV开关柜运行过程中，在线监测系统的数据采集、信号处理及隔离模块会按照一定程序协议有序运作，检测传感器自动完成放电信号采集及传输工作，系统的信号处理模块在接收到信息后对各信号进行计算、分析与整理，并将经过整理后的局部放电信号发送到隔离模块，隔离模块按照预设参数与程序将数据采集处理模块与信号处理模块进行隔离，使两大模块独立运作、互不影响。通过该系统对10kV开关柜进行局部放电检测，能使各工作人员更及时、准确、全面地了解开关柜绝缘情况，从而采取有效措施对各类故障做出预防。此外也能发现10kV开关柜在材料、制作工艺以及安装技术等方面的问题，据此对开关柜日后的运行状态做出预测，分析开关柜在运行过程中可能会出现哪种类型的局部放电问题并提前做出防范，以此实现对各类故障的有效防范，让10kV开关柜的运行状态得到改善。

2.3 在线监测效果

与其它监测技术相比，该信息化系统在10kV开关柜局部放电在线监测方面有显著应用优势。如在该系统中可根据具体监测需求对每一个TEV通道的报警值进行设置，可为工作人员直观展示出10kV开关柜运行过程中的信号大小、局部放电活动的图形、特征等，便于工作人员在最短时间内确定出开关柜局部放电位置以及原因，进而采取针对性措施对故障进行预防。此外该在线监测系统也可对各开关柜在每一个运行阶段所产生的数据信息进行储存，让工作人员的检查、防护以及维修等工作更便于开展。在10kV开关柜运行过程中，通过该信息化系统可对电气设备自由金属颗粒放电情况做出自动的监测与判断，能根据电气设备具体的运行数据为工作人员给出各种放电发生的可能性。如悬浮电位体放电、自由金属颗粒放电、绝缘件内部气体放电等，为工作人员的诊断与防护提供便利。该系统结合了TEV技术以及智能监测装置，因而功能丰富、性能可靠、实用性强，有强大的在线监测功能。合理运用这一系统可大大简化10kV开关柜局部放电监测工作，提升电气设备局部放电监测结果的科学性、准确性，减少10kV开关柜局部放电以及其他故障的发生，确保10kV开关柜以及电气系统的正常稳定运行。

综上，10kV开关柜局部放电会对开关柜以及相关电气设备产生影响，导致设备运行状态失稳、使用寿命缩短，严重时还会造成系统瘫痪，引起大面积停电。因此对于10kV开关柜局部放电问题要做好监测与防控，将局部放电的影响降到最低。当前适用于10kV开关柜局部放电监测的技术方法相对较多，本文分析的TEV技术以及基于这一技术的PDAN系统功能丰富，性能稳定，可靠性高，在10kV开关柜局部放电监测等方面有着相对显著的应用优势。相关单位可考虑研究、引进与应用上述技术方法，从而为电力系统的稳定发展提供保障。