開關(guān)柜局部放電暫態(tài)對地電壓檢測法的研究

靳鍵云

（臨汾供電分公司，山西 臨汾 041000）

0 引言

10～35 kV金屬封閉成套開關(guān)設(shè)備廣泛應(yīng)用于各個變電站，這些開關(guān)設(shè)備安全可靠地運行，決定了供電的合格率和可靠性。電氣設(shè)備在長期運行中由于電、熱、化學(xué)等異常形成絕緣劣化，導(dǎo)致電氣絕緣強度降低，甚至發(fā)生故障。為防止開關(guān)柜故障的產(chǎn)生，希望能夠了解到運行中開關(guān)柜內(nèi)的實際情況，測試電氣設(shè)備局部放電特征是目前預(yù)防開關(guān)柜故障的一種好方法。

開關(guān)柜局部放電過程中會發(fā)生聲、光、電、熱等各種物理和化學(xué)變化。開關(guān)柜局部放電檢測就是將這些特征作為局部放電檢測信號的傳感對象。目前，國內(nèi)外傳統(tǒng)的檢測方法主要包括脈沖電流法、光測法、超聲波法等[1]。

1 開關(guān)柜暫態(tài)對地電壓檢測法

暫態(tài)對地電壓TEV（Transient Earth Voltage）法是通過檢測開關(guān)柜局部放電在電氣設(shè)備接地金屬外殼上感應(yīng)出電壓來實現(xiàn)的。當(dāng)開關(guān)柜內(nèi)部的高壓電氣設(shè)備發(fā)生局部放電時，通過設(shè)備的金屬箱體外表面而傳到地下去[2]，同時在金屬外殼上產(chǎn)生一個暫態(tài)電壓。在設(shè)備外設(shè)置電極，檢測因局部放電引起的沿外殼流動的高頻感應(yīng)電流在金屬外殼上產(chǎn)生的瞬時電位波動就可以實現(xiàn)開關(guān)柜局部放電暫態(tài)對地電壓檢測。局部放電TEV法檢測原理如圖1所示。

圖1 局部放電TEV法檢測原理圖

暫態(tài)對地電壓局部放電檢測系統(tǒng)主要作用是測試局部放電的大小及局部放電在一個測試周期中的脈沖數(shù)，并實現(xiàn)局部放電點的定位。它通過將電容耦合式傳感器放在開關(guān)柜接地金屬外殼上檢測局部放電的幅值及放電的脈沖數(shù)，判斷局部放電的存在與否及大?。徊捎?個傳感器，根據(jù)局部放電而產(chǎn)生的暫態(tài)對地電壓的脈沖波到達不同位置所需的時間不同，通過比較2個傳感器在不同位置測得瞬間電壓所到達的時間，及比較放電信號強度大小的方法來確定局部放電發(fā)生的位置。TEV測試實現(xiàn)關(guān)鍵在于測試點的選取、現(xiàn)場干擾的排除、數(shù)據(jù)判斷和定位的判斷。

2 TEV法測試點的選取

測試過程中選擇局部放電容易發(fā)生的位置進行檢測，如母排（連接處、穿墻套管，支撐絕緣件）、開關(guān)刀閘、電纜接頭等位置，主要位置如開關(guān)柜前面板中部及下部，后面板、側(cè)面板的上部、中部及下部。如果有條件，開關(guān)室內(nèi)母線橋架也需進行檢測。

3 TEV法現(xiàn)場干擾排除

開關(guān)柜局部放電檢測受現(xiàn)場局部放電干擾影響較大，采取相應(yīng)措施排除干擾對確保開關(guān)柜局部放電檢測結(jié)果的準確性具有重要作用。

3.1 主要干擾源

測試現(xiàn)場主要受其他設(shè)備放電及高頻波的干擾較大，母排上振動或戶外變壓器上的干擾信號；架空輸電線路上的干擾信號；無線電發(fā)射機發(fā)出的信號；各種類型的電子裝置發(fā)出的信號；有機械切換電流、帶電刷或其他能夠產(chǎn)生電火花的設(shè)備的信號；電弧焊、電弧爐、馬達、發(fā)電機等；被測設(shè)備的相鄰位置或自己本身的其他位置還有放電現(xiàn)象發(fā)生；測量時探測器的抖動、靜電放電等是主要的干擾來源。

3.2 干擾排除方法

現(xiàn)場排除干擾的措施主要有：關(guān)閉干擾源，如一些室內(nèi)的排風(fēng)扇等，采用不同的時間進行測試，避開無線電及其他電子裝置的干擾信號；利用局部放電檢測儀的脈沖數(shù)來判定干擾源，脈沖數(shù)如果大于1 000，可以判斷為干擾信號；通過局部放電定位儀雙通道定位模式確定信號的傳播方向來確定與被測設(shè)備相距較遠的放電干擾源，其中，最為常用、也是最有效的方法是通過局部放電定位儀雙通道定位模式來確定干擾信號。

4 TEV法放電類型的識別

不同類型的局部放電活動有不同的特性，為了幫助確定放電的類型，系統(tǒng)裝置的通道均設(shè)有信號輸出。每當(dāng)通道檢測到一次放電活動即在輸出端產(chǎn)生一個5 V且持續(xù)10 ms的數(shù)字脈沖。輸出脈沖可用普通示波器跟蹤顯示。示波器掃描時間調(diào)到2 ms/格或5 ms/格，選擇單軌跡掃描方式，就可顯示出疊加后的放電活動與高壓系統(tǒng)相位之間的關(guān)系?？梢允褂孟到y(tǒng)做有針對性的測量。

5 TEV檢測法定位原理

通過局部放電定位儀2個傳感器檢測放電點發(fā)出的電磁波瞬間脈沖所經(jīng)過的時間來確定放電活動的位置，原理是采用比較電磁脈沖分別到達每只探測器所需要的時間，系統(tǒng)指示哪個通道先被觸發(fā)，進而表明哪只探測器離放電點的電氣距離較近。

檢測過程中，在開關(guān)柜的橫向進行定位，當(dāng)兩個通道指示燈同時亮的時候，說明放電位置在2個傳感器的中線上；同理，在開關(guān)柜的縱向進行定位，同樣確定一根中線，兩根中線的交點，就是局部放電的具體位置。

6 開關(guān)柜局部放電TEV檢測分析方法

開關(guān)柜局部放電TEV檢測法主要采用以下三種方法來判斷開關(guān)柜是否存在局部放電現(xiàn)象。

6.1 縱向分析法

縱向分析法就是對同一設(shè)備不同時間的測試結(jié)果進行分析，從而比較分析得出設(shè)備的運行狀況。需要周期性地對開關(guān)室內(nèi)開關(guān)柜進行檢測，并將每次檢測的結(jié)果存檔備份，以便于分析不同時間內(nèi)設(shè)備局部放電狀態(tài)的變化，從而判斷設(shè)備的運行狀況。

6.2 橫向分析法

橫向比較法就是對同一個開關(guān)室內(nèi)同類設(shè)備的測試結(jié)果進行比較，當(dāng)同類型的某一設(shè)備個體的測試結(jié)果比其他同類設(shè)備的測試結(jié)果及現(xiàn)場背景值均大時，就可以認為此設(shè)備有存在缺陷的可能性。這種方法也稱為繪制曲線法，是最為常用的一種方法。

6.3 數(shù)據(jù)判斷法

根據(jù)大量的實驗以及現(xiàn)場的測試經(jīng)驗，得出以下判斷數(shù)據(jù)供檢測人員使用。

a）當(dāng)發(fā)現(xiàn)開關(guān)室內(nèi)背景值與測試值都在15 dB以下時，表示開關(guān)設(shè)備正常，下次再進行巡檢。

b）如果開關(guān)室內(nèi)背景值在15 dB以下，而某幾個開關(guān)柜的測試值大于背景值20～25 dB，且脈沖數(shù)在1 000以下，檢測人員應(yīng)對放電位置進行定位，并采取一定的處理措施。

c）如果開關(guān)室內(nèi)，測試值和背景值都在30 dB以上，且并沒有發(fā)現(xiàn)在某個開關(guān)柜上出現(xiàn)峰值，應(yīng)使用局部放電定位儀雙通道定位模式來判斷放電信號的來源，如檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)放電信號是從開關(guān)柜上傳來，而不是外界的干擾信號，那么需要對存在問題的開關(guān)柜采取一定的處理措施。

d）如果開關(guān)室內(nèi)，測試值和背景值都在30 dB以上，且測試值大于背景值15 dB以上，應(yīng)對放電位置進行定位，并采取一定的處理措施。

e）所有被清掃或被檢修的開關(guān)柜在清掃或檢修完后，應(yīng)再次使用局部放電檢測儀對該開關(guān)室進行檢測，檢測結(jié)果可以跟清掃前進行比較，衡量設(shè)備監(jiān)測的準確性，并提出測試數(shù)據(jù)對未來開關(guān)柜例行維護工作的指導(dǎo)意義，如縮短或延長開關(guān)柜的維護周期。

2010年12月27日—31日，共對臨汾供電分公司管轄的12個220 kV、2個110 kV共計14個變電站的210面開關(guān)柜進行了局部放電暫態(tài)對地電壓檢測。下面以張禮變電站為例進行闡述，張禮220 kV變電站共測試了17面35 kV開關(guān)柜，測試圖譜如圖2所示。

7 檢測實例

圖2 張禮220 kV變電站開關(guān)柜局部放電檢測圖譜

從圖2可以看到，356開關(guān)柜后側(cè)的暫態(tài)地電壓檢測數(shù)據(jù)偏大，最大幅值為40 dB。在該柜的后部靠側(cè)壁C相，可聽到放電聲，判斷具有局部放電現(xiàn)象。而其附近開關(guān)柜測試幅值也較大，很可能是受其影響。343開關(guān)柜在該柜后部帶電顯示器上部右側(cè)存在超聲信號幅值3 dB，可能是受帶電顯示裝置的影響。

8 結(jié)束語

通過對開關(guān)柜局部放電TEV法檢測的研究與應(yīng)用，可隨時了解現(xiàn)場設(shè)備的安全狀態(tài)，對現(xiàn)場設(shè)備的絕緣狀況做出判斷，預(yù)先發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)潛在的故障點，針對局部放電程度科學(xué)地采取預(yù)防措施，避免設(shè)備故障的出現(xiàn)。確保現(xiàn)場設(shè)備持續(xù)、安全、有效地運行。

［1］ 李景祿.高壓電氣設(shè)備試驗與狀態(tài)診斷［M］.北京：中國水利水電出版社，2008：57-149.

［2］ 喬進朝，王進鎖，樊毅.開關(guān)柜非嵌入式局部放電在線檢測定位研究［J］.山西電力，2008（5）：24-27.