開關(guān)柜局部放電抗干擾系統(tǒng)開發(fā)研究

國網(wǎng)新疆電力公司疆南供電公司 阿依努爾·努爾艾合買提 麥迪娜·熱吉甫 隆 振 麥麥提艾力·斯木提拉

0.引言

基于開關(guān)柜局部放電抗干擾系統(tǒng)開發(fā)研究，首先分析了高壓開關(guān)柜四種局部放電缺陷模型形成的原因以及各自的特點；其次，介紹了開關(guān)柜局部放電缺陷模型檢測方法的優(yōu)缺點及原理；最后，基于TEV和接收電磁波接收器雙傳感器同時檢測檢測的方式開發(fā)了開關(guān)柜局部放電抗干擾系統(tǒng)，并搭建了高壓開關(guān)柜抗干擾檢測系統(tǒng)的實驗平臺，通過實驗驗證了所開發(fā)的基于TEV和接收電磁波接收器雙傳感器有效的抑制開關(guān)柜表面來自變電站通信干擾噪聲以及開關(guān)柜外表面的電暈干擾，實現(xiàn)了開關(guān)柜局部放電及外部干擾的有效識別與分離。

1.開關(guān)柜局部放電缺陷模型檢測方法

開關(guān)柜局部放電檢測方法主要有暫態(tài)對地電壓法(TEV)、超聲波法（AE法）、以及特高頻法(UHF)等。開關(guān)柜局部放電檢測方法的主要原理及特點如下：

1.1 暫態(tài)對地電壓法(TEV)

暫態(tài)對地電壓法(TEV)通過在金屬殼體上在線檢測由于高壓開關(guān)柜內(nèi)部發(fā)生局部放電現(xiàn)象而在金屬殼體表面產(chǎn)生的暫態(tài)瞬時電壓，通過觀察在線檢測的電壓相位、波形等變量變化情況判斷高壓開關(guān)柜內(nèi)部是否存在絕緣故障等問題。當(dāng)高壓開關(guān)柜內(nèi)部存在絕緣故障等問題時，在高壓開關(guān)柜內(nèi)部的絕緣層中會發(fā)生局部放電現(xiàn)象并產(chǎn)生接近于無線電頻率范圍的電磁波，由于電磁波通過開關(guān)柜擴(kuò)散及傳輸?shù)介_關(guān)柜外表面，從而在開關(guān)柜的外表面金屬殼上產(chǎn)生幾毫伏至幾伏的范圍內(nèi)暫態(tài)的瞬時電壓。通常，可將采用非侵入方式將探頭放在開關(guān)柜的外面進(jìn)行局部放電的在線檢測[11]。暫態(tài)地電壓（TEV）法優(yōu)點如下：1）在設(shè)備運(yùn)行且設(shè)備承受的允許的工作電壓的情況下進(jìn)行開關(guān)柜局部放電的在線檢測，在很大程度上能夠減少停機(jī)次數(shù)、提高用戶供電可靠性；2）暫態(tài)地電壓（TEV）法能夠有效的進(jìn)行故障定位，具有一定的抗干擾能力，能提供較好的試驗數(shù)據(jù)。缺點：和其它的算法相比，暫態(tài)對地電壓法(TEV)抗干擾性較差。

1.2 超聲波法（AE法）

超聲波法（AE法）原理：當(dāng)設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生局部放電信號的時候，會產(chǎn)生沖擊的振動及聲音從而產(chǎn)生聲波，聲波通過高壓開關(guān)柜氣隙傳輸?shù)介_關(guān)柜外金屬表面。因此，可以在高壓開關(guān)柜外殼金屬表面設(shè)置超聲波傳感器實現(xiàn)信號的接收和測量。

超聲波法（AE法）主要優(yōu)缺點如下：1）優(yōu)點：超聲波法（AE法）技術(shù)相對成熟且設(shè)備簡便能夠有效的抵抗外界電磁波的干擾并能夠?qū)θ毕輰崿F(xiàn)定位；同時，超聲波法（AE法）傳感器由于與高壓開關(guān)柜設(shè)備沒有任何電氣回路的聯(lián)系，可以不受開關(guān)柜周圍及內(nèi)部電氣方面的干擾。2）缺點：受傳輸速度及傳輸介質(zhì)不同的影響，超聲波法（AE法）信號模式變得很復(fù)雜。同時，超聲波法（AE法）傳感器監(jiān)測有效范圍較小，對大型設(shè)備器需要眾多的傳感器，現(xiàn)場應(yīng)用較為不便[12]。

1.3 特高頻法(UHF)

當(dāng)局部放電發(fā)生在絕緣強(qiáng)度較高或較小的間隙中時，會產(chǎn)生陡峭的電流脈沖，并向周圍輻射高頻電磁波。UHF法是通過傳感器對電力設(shè)備局部放電產(chǎn)生的超高頻電磁波信號進(jìn)行檢測，可檢測的頻帶范圍為0.3～3 GHz。特高頻法(UHF)優(yōu)點：抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度及準(zhǔn)確性高；特高頻法(UHF)優(yōu)點：成本高，整個系統(tǒng)不完善。

由暫態(tài)對地電壓法(TEV)、超聲波法（AE法）、以及特高頻法(UHF)的原理及優(yōu)缺點可知，暫態(tài)對地電壓法(TEV)抗干擾性差，在進(jìn)行高壓開關(guān)柜局部放電檢測時容易受到外界干擾信號的影響，從而影響局部放電檢測結(jié)果的精度。因此，為開發(fā)出具有抵抗外部干擾的開關(guān)柜局部放電帶電檢測抗系統(tǒng)，本文以暫態(tài)對地電壓法(TEV)為基礎(chǔ)，結(jié)合設(shè)計具有抗干擾能力的接收器等軟硬件進(jìn)行開關(guān)柜局部放電帶電檢測系統(tǒng)的搭建?；跁簯B(tài)電壓法的高壓開關(guān)柜局部放電檢測原理圖如圖1所示。

圖1 高壓開關(guān)柜局放TEV測量原理

2.高壓開關(guān)柜抗干擾檢測系統(tǒng)的搭建

本項目在試驗室搭建的高壓開關(guān)柜抗干擾局放檢測系統(tǒng)如圖8所示，實驗裝置平臺如圖2所示。其中AC：交流電源；AT：調(diào)壓器；T：變壓器（0-100kV）；Rp：保護(hù)電阻；R1，R2：分壓器（1：10000）；M：缺陷模型；CHA：工頻高壓；CHB：TEV傳感器；CHC：接收電磁波接收器。外界干擾源主要采用兩種形式，一種用偶極子電磁波接收器發(fā)射電磁波的形式來模擬變電站通信干擾噪聲。另一種則用針板放電模型來模擬開關(guān)柜外的電暈干擾。試驗時，將接收電磁波接收器對準(zhǔn)開關(guān)柜縫隙處，并將TEV傳感器靠近縫隙，打開干擾源，并對缺陷施以工頻電壓致其放電，保存并記錄兩個傳感器記錄的放電數(shù)據(jù)。

圖2 高壓開關(guān)柜抗干擾局放檢測系統(tǒng)

在進(jìn)行抗干擾實驗研究時，分別以偶極子電磁波接收器發(fā)射電磁波的形式來模擬變電站通信干擾噪聲以及針板放電模型來模擬開關(guān)柜外的電暈干擾，采用TEV和接收電磁波接收器雙傳感器同時檢測檢測的方式進(jìn)行開關(guān)柜局部放電及外部抗干擾研究。以針板放電模型來模擬開關(guān)柜外的電暈干擾和偶極子電磁波接收器發(fā)射電磁波的形式來模擬變電站通信干擾噪聲的開關(guān)柜抗干擾實驗結(jié)果分別如圖3、4所示。

圖3 基于TEV和接收電磁波接收器雙傳感器的電暈干擾下脈沖信號實驗波形及抗干擾分離結(jié)果

如圖3、4所示，所開發(fā)的基于TEV和接收電磁波接收器雙傳感器同時檢測檢測的方式的開關(guān)柜局部放電檢測系統(tǒng)能夠有效的區(qū)分外界干擾與局部放電脈沖，有效的抑制開關(guān)柜表面來自變電站通信干擾噪聲以及開關(guān)柜外表面的電暈干擾，實現(xiàn)了開關(guān)柜局部放電及外部干擾的有效識別與分離，而且提高了開關(guān)柜局部放電檢測的精確度。

圖4 基于TEV和接收電磁波接收器雙傳感器的通信干擾下脈沖信號實驗波形及分離結(jié)果

3.結(jié)論

本文對開關(guān)柜局部放電抗干擾系統(tǒng)進(jìn)行了開發(fā)研究，首先分析了高壓開關(guān)柜四種局部放電缺陷模型形成的原因以及各自的特點；其次，介紹了開關(guān)柜局部放電缺陷模型檢測方法的優(yōu)缺點及原理；最后，基于TEV和接收電磁波接收器雙傳感器同時檢測檢測的方式開發(fā)了開關(guān)柜局部放電抗干擾系統(tǒng)，并搭建了高壓開關(guān)柜抗干擾檢測系統(tǒng)的實驗平臺，通過實驗驗證了所開發(fā)的基于TEV和接收電磁波接收器雙傳感器同時檢測檢測的方式的開關(guān)柜局部放電檢測系統(tǒng)能夠有效的區(qū)分外界干擾與局部放電脈沖，有效的抑制開關(guān)柜表面來自變電站通信干擾噪聲以及開關(guān)柜外表面的電暈干擾，實現(xiàn)了開關(guān)柜局部放電及外部干擾的有效識別與分離，而且提高了開關(guān)柜局部放電檢測的精確度。本文的研究成果可為高壓開關(guān)柜的局部放電檢測系統(tǒng)的抗干擾性研究提供技術(shù)參考。

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