變電站高壓金屬密封開關(guān)柜局部放電在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

鄧勁松++陳攀

摘 要：開關(guān)柜在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越多，但由于其現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方法的不足以及不斷出現(xiàn)的絕緣故障嚴(yán)重威脅著電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。因此，對(duì)高壓開關(guān)柜實(shí)施在線檢測(cè)是獲得設(shè)備狀態(tài)參數(shù)，保證設(shè)備安全運(yùn)行的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：變電站 高壓開關(guān)柜 在線檢測(cè) 技術(shù)研究

中圖分類號(hào)：TM591 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）05（c）-0037-01

高壓開關(guān)柜在電力系統(tǒng)中占有非常重要的地位，其運(yùn)行狀態(tài)的好壞對(duì)電力系統(tǒng)供電的可靠性具有重大的影響。一旦出現(xiàn)故障直接導(dǎo)致其所保護(hù)的線路、設(shè)備受損，電量損失，甚至?xí)斐捎脩舸竺娣e的停電，影響到人們的正常生產(chǎn)、生活。開關(guān)柜在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越多，但由于其現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方法的不足以及不斷出現(xiàn)的絕緣故障嚴(yán)重威脅著電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。因此，對(duì)高壓開關(guān)柜實(shí)施在線檢測(cè)是獲得設(shè)備狀態(tài)參數(shù)，保證設(shè)備安全運(yùn)行的關(guān)鍵。

1 高壓金屬密封開關(guān)柜局部放電的特征

在高壓開關(guān)柜的絕緣系統(tǒng)中，各部位之間的電場(chǎng)強(qiáng)度存在著差異，而當(dāng)這個(gè)強(qiáng)度一旦達(dá)到其擊穿電壓時(shí)，就會(huì)在該區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生放電現(xiàn)象，但卻沒(méi)有擊穿絕緣系統(tǒng)，我們把這種現(xiàn)象稱為局部放電。雖然局部放電一般不會(huì)擊穿絕緣體，但卻可以在一定程度上損壞電解質(zhì)，如果長(zhǎng)期存在就會(huì)降低絕緣介質(zhì)的電氣強(qiáng)度。因此，局部放電是電氣設(shè)備的一種隱患，就有患慢性、長(zhǎng)期性的特點(diǎn)。

常見的放電類型主要包括：（1）電暈放電。通常在氣體包圍的高壓導(dǎo)體周圍會(huì)出現(xiàn)電暈放電，其影響因素較多，如電極的形狀、外加電壓、氣體密度、極間距離等；（2）沿面放電。當(dāng)介質(zhì)內(nèi)部電場(chǎng)的強(qiáng)度低于電極邊緣氣隙的電場(chǎng)強(qiáng)度，同時(shí)介質(zhì)沿面的擊穿電壓相對(duì)較低時(shí)，就會(huì)在絕緣介質(zhì)的表面發(fā)生沿面放電現(xiàn)象。其影響因素也較多，如介質(zhì)的表面狀態(tài)、電場(chǎng)的強(qiáng)度、電壓的波形、氣候等。所以，沿面放電具有極不穩(wěn)定的特點(diǎn)；（3）內(nèi)部放電。主要是由于工藝缺陷造成的，在絕緣介質(zhì)中出現(xiàn)了缺陷。一旦受到高壓作用，就會(huì)在其缺陷內(nèi)產(chǎn)生局部擊穿或重復(fù)性擊穿的可能。其影響因素主要是介質(zhì)本身的特性、缺陷的形狀與位置、氣隙氣體的種類等。（4）懸浮電位放電。主要是有導(dǎo)體部件結(jié)構(gòu)存在設(shè)計(jì)缺陷，或者接觸不良斷開，在高低壓電極之間發(fā)生的放電現(xiàn)象。

2 在線檢測(cè)技術(shù)

高壓金屬密封開關(guān)柜在局部放電時(shí)，也伴隨著電磁波的發(fā)射、聲音信號(hào)、氣體的生成、光、熱以及電流行波等現(xiàn)象。針對(duì)其現(xiàn)象，人們開發(fā)了各種在線檢測(cè)技術(shù)，其中最成熟的為電磁測(cè)量和聲音測(cè)量。

2.1 地電波檢測(cè)

當(dāng)高壓開關(guān)柜發(fā)生局部放電現(xiàn)象時(shí)，帶電粒子就會(huì)由帶電體向接地的非帶電體快速移動(dòng)，同時(shí)在非帶電體上產(chǎn)生高頻電流行波，向各個(gè)方向快速傳播。但由于受集膚效應(yīng)的影響，電流行波僅僅集中在金屬柜體的內(nèi)表面，而不會(huì)直接穿透金屬柜體。一旦電流行波遇到不連續(xù)的金屬斷開或絕緣連接處時(shí)，電流行波就會(huì)從金屬柜體的內(nèi)表面轉(zhuǎn)移到外表面，并以電磁波形式向自由空間傳播，同時(shí)在金屬柜體外表面產(chǎn)生暫態(tài)地電壓（Transient Earth Voltage），因此，可以將探頭設(shè)置于工作狀態(tài)中的開關(guān)柜的外表面，對(duì)局部放電活動(dòng)進(jìn)行在線檢測(cè)。

此時(shí)可以把金屬柜體、PVC材料和暫態(tài)地電壓傳感器看成平板電容器，金屬柜體表面出現(xiàn)的任何電荷變化均會(huì)在暫態(tài)地電壓傳感器的金屬盤上感應(yīng)出來(lái)，繼而形成感應(yīng)電信號(hào)，再經(jīng)檢測(cè)阻抗轉(zhuǎn)換為與放電強(qiáng)度成正比的高頻電壓信號(hào)，最后得到開關(guān)柜局部放電的放電強(qiáng)度、重復(fù)率等特征參數(shù)。

由于其檢測(cè)原理為電容耦合式，所以檢測(cè)時(shí)，TEV傳感器一定要與柜體緊密接觸，才能夠有效的檢測(cè)局放信號(hào)。

2.2 超聲波檢測(cè)

超聲波傳感器通過(guò)檢測(cè)放電所產(chǎn)生的超聲波信號(hào)，利用外差法將被接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)人耳可判別、可聽見的聲音信號(hào)，并將放電所產(chǎn)生的超聲波大小以聲壓的形式顯示出來(lái)。

2.3 特高頻檢測(cè)法

高壓開關(guān)柜設(shè)備絕緣體的絕緣強(qiáng)度非常高，其放電信號(hào)的上升沿及持續(xù)時(shí)間極短，一般小于1ns。而且放電脈沖波同時(shí)以橫向電磁波（TEM波）、橫向電場(chǎng)波（TE波）和橫向磁場(chǎng)波（TM波）的的形式傳播。高壓開關(guān)柜局部放電產(chǎn)生的超高頻信號(hào)可以有效地沿波導(dǎo)傳播。超高頻法的工作原理就是通過(guò)UHF傳感器對(duì)高壓開關(guān)柜設(shè)備局放產(chǎn)生的超高頻（0.3-3GHz）信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，從而判斷高壓開關(guān)柜設(shè)備的局部放電狀況，實(shí)現(xiàn)絕緣狀態(tài)的判斷。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)干擾的音頻主要集中于0.3GHz頻段以下，因此UHF檢測(cè)法可以有效的避開干擾信號(hào)，具有較高的靈敏度和搞干擾能力，可實(shí)現(xiàn)高壓開關(guān)柜局放帶電的檢測(cè)、定位、故障類型判斷等。

電磁測(cè)量法對(duì)脈沖的變化比較敏感，比較適合介質(zhì)內(nèi)部的放電，但對(duì)放電頻譜較低的套管、絕緣子表面等放電不夠明顯。易受到外界電磁波的干擾，且分辨率不高；而對(duì)于聲音測(cè)量法來(lái)說(shuō)，對(duì)介質(zhì)的類型比較敏感，適合檢測(cè)空氣介質(zhì)的放電，對(duì)于套管、終端、絕緣子的表面放電也比較敏感。但容易受到機(jī)械振動(dòng)的影響，同時(shí)在內(nèi)部定位方面也在一定程度上受到內(nèi)部反射、折射等現(xiàn)象的影響。

所以，不管哪一種檢測(cè)方法都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，在實(shí)際操作中，往往是將上述檢測(cè)方式綜合運(yùn)用。endprint