開關(guān)柜局部放電檢測技術(shù)及發(fā)展前景探討

王亞蘭

摘 要：近年來，各行各業(yè)的發(fā)展迅速，隨著電網(wǎng)規(guī)模日益擴大，高壓開關(guān)柜絕緣故障造成的停電事故給國民生活帶來的影響及損失也越來越大。數(shù)據(jù)表明，因局部放電而引發(fā)的開關(guān)柜內(nèi)部電氣設備的絕緣劣化故障占開關(guān)柜故障總數(shù)的76%和66%。因此，對開關(guān)柜內(nèi)部設備進行檢測，能夠有效發(fā)現(xiàn)潛伏性故障和突發(fā)性故障，確保開關(guān)柜安全穩(wěn)定的運行。

關(guān)鍵詞：開關(guān)柜;局部放電檢測技術(shù);發(fā)展前景探討

0引言

10kV開關(guān)柜是城市配電網(wǎng)核心配電設備，直接影響城區(qū)可靠供電。出線電纜作為開關(guān)柜分配電能主要途徑，是整個電網(wǎng)系統(tǒng)安全運行的有力保障。隨著農(nóng)配網(wǎng)改造進程的推進，大量開關(guān)柜投入運行，因此，柜內(nèi)故障引發(fā)的停電事故和安全事故也在不斷增加，而絕緣故障是造成開關(guān)柜事故的最主要原因。傳統(tǒng)的常規(guī)例行試驗受到停電和試驗周期長等因素影響，通常不能及時有效地發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷或隱患。

1綜合整治意見及要求

電纜金屬吊牌與電纜距離過小是導致電纜頭外護套表面放電的主要原因，因此，應加強新開關(guān)柜投運前驗收把關(guān)，金屬吊牌與電纜宜保持一定距離，最好使用塑料吊牌或者將電纜信息裝設在開關(guān)柜外部;應加強運維巡視檢查，對于現(xiàn)有金屬吊牌結(jié)合線路停電進行處理，更換成塑料吊牌，以及時排除金屬物件對柜內(nèi)絕緣的影響。開展開關(guān)柜帶電檢測能夠有效發(fā)現(xiàn)柜內(nèi)潛伏性局部放電缺陷。帶電檢測局放異常時，應結(jié)合開關(guān)柜專業(yè)化巡視結(jié)果等進行綜合分析，提高檢測成效，從而安排行之有效的預防措施，保障城市配電網(wǎng)開關(guān)設備安全穩(wěn)定運行。

2優(yōu)化措施分析

2.1超聲波法

局部放電發(fā)生時其瞬間釋放的能量使得周圍介質(zhì)加熱，而自身也形成一個聲源，會產(chǎn)生超聲波信號，超聲波信號在開關(guān)柜柜體中傳播，經(jīng)過超聲波傳感器的接收轉(zhuǎn)換為電信號，然后進行后續(xù)的分析。由于現(xiàn)場噪聲干擾多為音頻（20Hz-20000Hz），而超聲波檢測法的檢測頻帶在10Hz-100MHz，因此超聲波檢測法可以避開現(xiàn)場噪聲的干擾接收局部放電產(chǎn)生的超聲波信號。發(fā)現(xiàn)超聲波檢測法在低頻段檢測有很高的靈敏度，甚至優(yōu)于同頻率下電測法。超聲局放檢測方法是較早采用的局放檢測方法之一，作為非侵入式的檢測方法，在特高頻檢測方法提出之前一直是電力設備主要的局放檢測方法。對于變壓器、開關(guān)柜，超聲作為檢測及輔助定位技術(shù)，是實現(xiàn)設備局放源精確定位的關(guān)鍵。超聲波測試最顯著的優(yōu)點是沒有強大的電磁擾動，超聲信號的局部放電時域和頻域特性的解析非常詳盡，檢測靈敏度和抗干擾能力更強。但國內(nèi)外超聲波檢測技術(shù)也存在許多不足，導致超聲波實時檢測有一些不可避免的缺陷，如：柜壁內(nèi)自由顆粒的碰撞也許會對測試結(jié)果產(chǎn)生影響;復雜的開關(guān)柜內(nèi)部的絕緣結(jié)構(gòu)會造成超聲波大大衰減，可能無法檢測到絕緣內(nèi)部的放電;超聲波檢測范圍非常有限，通常信號衰減較大，這將導致現(xiàn)場工作量增加;超聲波檢測僅適用于顆粒，浮動電位放電，對于其他類型放電（如絕緣內(nèi)部放電）較不靈敏等。

2.2脈沖電流法

當開關(guān)柜內(nèi)部的絕緣材料等發(fā)生局部放電過程時，必然會存在空間電荷的產(chǎn)生與復合，同時也會隨之產(chǎn)生相應的較陡的脈沖電流信號，而以這個脈沖電流信號作為測量對象的局部放電檢測手段稱之為脈沖電流法。脈沖電流法是由英國電氣協(xié)會提出的，為了避免無線電的干擾，其采集的是局部放電頻譜中的數(shù)kHz到數(shù)百kHz的低頻率波段的部分。在應用脈沖電流法進行局部放電檢測時，默認將絕緣材料等效成一個集總參數(shù)結(jié)構(gòu)的對地電容，而在局部放電時會在這個等效電容上出現(xiàn)一個瞬的脈沖電流，在其兩端也會產(chǎn)生電壓變化，利用電容的耦合作用在檢測阻抗中會同樣產(chǎn)生脈沖電壓，分析該電壓即可獲得放電相位、放電量等一系列局部放電相關(guān)的信息。這種測試方法對電流的反應極其敏感，且可以通過給定的電荷量脈沖注入校正定量來計算出放電量。脈沖電流法的不足處是由于現(xiàn)場干擾較大，使實驗結(jié)果偏差比較厲害，所以對脈沖電流法的檢測區(qū)域有較大限制。同時電流法測量間隔時間長，頻率帶寬窄，能夠容納的數(shù)據(jù)較少。

2.3暫態(tài)地電壓法

暫態(tài)地電壓檢測法是采集的電氣設備在局部放電時，在裝置的金屬表面對地出現(xiàn)的一個持續(xù)納秒級的暫態(tài)電壓脈沖信號。通過其讀數(shù)的大小來判斷局部放電的嚴重程度，并由電磁波的衰減特性來對設備內(nèi)部局部放電情況進行檢測和定位。電容耦合式探測器可以對裝置金屬表面檢測，記錄瞬間電壓脈沖的幅值。經(jīng)過兩個電容耦合探測器的數(shù)據(jù)比較，可以由時差法計算出局部放電的準確地點。JohnReeves在上世紀七十年代發(fā)覺了這些電壓脈沖，并取名為暫態(tài)對地電壓。國內(nèi)對暫態(tài)地電壓檢測技術(shù)研究比較先進的是西安交通大學，他們研究了不同電極模型下開關(guān)柜局部放電的放電特征。但由于檢測位置經(jīng)常受限于開關(guān)柜的構(gòu)造以及縫隙等，暫態(tài)地電壓檢測法難以做到定位的精準。此外，雖然暫態(tài)地電壓法檢測技術(shù)可以檢查出開關(guān)柜體內(nèi)部的放電故障，但由于開關(guān)柜的數(shù)量多，種類繁雜，結(jié)構(gòu)繁瑣，并且通常緊湊型的設備不可以裝配固定的大型檢測設備。更重要的是，基于暫態(tài)地電壓法的局部放電監(jiān)測設備的成本太高，而開關(guān)柜設備的造價較低，兩者之間不成比例。因此，開關(guān)柜設備不能像變壓器等設備一樣在線監(jiān)測，只能通過帶電檢測的方法來進行研究。因此，暫態(tài)地電壓法還需要一定的改進，比如在檢測周期和數(shù)據(jù)分析處理方面必須深度地確定。

3結(jié)語

提取八種局放信號的時域特征參數(shù)，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡算法對開關(guān)柜局部放電模型的數(shù)據(jù)進行訓練和測試。結(jié)果顯示，在不同的訓練誤差δ對不同類型的局部放電信號的特征參數(shù)進行識別時，準確率稍有差別，平均的正確率達到96%，而當δ=0.002時，準確率達到97%。

參考文獻：

[1]楊雨薇，溫智慧，胡首.城鄉(xiāng)一體化的農(nóng)網(wǎng)配電自動化建設[J].大眾用電，2016，31（2）：36-37.

[2]任雙贊，曾肖明，吳經(jīng)鋒，等.基于TEV和超聲波的開關(guān)柜局部放電便攜式檢測儀的研制[J/OL].電測與儀表，2019：1-6（2019-11-29）[2020-03-10].

[3]陳博棟，包艷艷，郭陸，等.10kV開關(guān)柜金屬氧化物避雷器局部放電精確定位及缺陷分析[J].電瓷避雷器，2019（3）：118-122.

[4]焦夏男，熊俊，梁中熙，等.10kV開關(guān)柜局放檢測與定位研究[J].電力科學與工程，2019，35（11）：62-67.

（國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司 ?625000）