采用暂态对地电压法综合检测开关柜局部放电_任明

中 图 分 类 号 ：ＴＭ５９１
文 献 标 志 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１００３－６５２０（２０１０）１０－ｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｐａｒｔｉａｌ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｉｎ Ｓｗｉｔｃｈｇｅａｒ Ｕｓｉｎｇ ＴＥＶ
ＲＥＮ Ｍｉｎｇ１，ＰＥＮＧ Ｈｕａ－ｄｏｎｇ１，ＣＨＥＮ Ｘｉａｏ－ｑｉｎｇ１，ＤＯＮＧ Ｍｉｎｇ１，２ （１．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，
一般来说，单芯 １０ｋＶ 电 缆 的 阻 抗 约 为 １０ Ω， ３５ｋＶ 的金属外壳母线室 的 阻 抗 则 约 为 ７０Ω，电 缆 或母线室 发 生 局 部 放 电 产 生 持 续 １０μｓ 的 约 １００ ｍＡ 的弱电脉冲电流 时，在 金 属 外 壳 上 会 出 现 １～７ Ｖ 的对地电压。电 压、电 流 脉 冲 沿 开 关 柜 金 属 外 壳 的内表面传播，遇 开 口、接 头、盖 板 等 处 的 缝 隙 传 出 设备，再沿着金属外壳的 外 表 面 传 播 至 大 地 。 ［１５］ 目 前 ＴＥＶ 法检测设备大都采用电容性探测器来检测 放 电 脉 冲 ，其 工 作 原 理 如 图 １ 所 示 。
缺陷的局部放电进行了检测与分析，探究了不同缺陷 模 型 下 的 时 域 相 位、脉 冲 数 和 测 量 阈 值 之 间 的 关 系 并 统 计 了
不同缺陷的特征。结果表明，尖刺放电均发生在０°～９０°及２００°～３４０°，负半周中较高幅值的放电明显较少；内部 放
电发生在０°～９０°及２７０°～３１５°，正负半周的放电随阈值的 升 高 呈 现 相 似 的 减 少 趋 势 ；悬 浮 放 电 发 生 在 ０°～１３５°及
电磁 波 以 一 定 速 度 传 播，在 不 考 虑 电 磁 波 折 反 射的情况下，电磁波 到 达 置 于 不 同 位 置 探 头 的 距 离 会不同，ＴＥＶ 测试仪出现触发时间差；此外，电磁波 信号在传播过程中会随距离出现不同的衰减特性， 基于此原理可以实现设备内部放电源定位 。 ［９，１６］
２ 应用 ＴＥＶ 技术识别典型局放的研究
０ 引 言
１０ｋＶ、３５ｋＶ 金属封闭式开关柜在变电站广泛 使用，其运行安全直 接 影 响 整 个 变 电 站 的 供 电 可 靠 性。因此，对开关柜 运 行 状 态 的 监 测 及 对 故 障 的 预 判和合理 检 修 是 保 证 开 关 设 备 安 全 可 靠 运 行 的 关 键。据统计，约４０％开关柜故 障 因 绝 缘 和 载 流 缺 陷 引起，这其中因绝缘 部 分 闪 络 和 插 头 接 触 不 良 占 了 绝大部分 。 ［１］
现有的局部放电检测方法常以脉冲电流法的视 在放电 量 来 表 征 局 部 放 电 活 动 的 严 重 程 度，但 对 ＴＥＶ 法来说，由于影响局部放电测量及放电量表征 的 因 素 较 多 ，为 了 简 单 起 见 ，在 该 方 法 中 测 试 结 果 采 用相对读数来表 示。 在 局 部 放 电 过 程 中，局 部 放 电 信号在设备的金属封闭壳体上产生一个瞬时对地电 压 ，可 通 过 电 容 耦 合 传 感 器 对 其 进 行 测 量 ，得 出 局 部 放电的幅值和放电脉冲频率等参数。
２．１ 典 型 局 部 放 电 模 型 设 计 据统 计，高 压 开 关 柜 中 引 起 放 电 故 障 的 缺 陷 主
要包括：绝缘件表 面 污 秽、受 潮 和 凝 露；高 压 母 线 连 接 处 及 断 路 器 触 头 接 触 不 良 ；导 体 、柜 体 内 表 面 上 有
图１ ＴＥＶ 测量原理 Ｆｉｇ．１ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ＴＥＶ ｍｅｔｈｏｄ
２．西 北 电 网 有 限 公 司 博 士 后 工 作 站 ，西 安 ７１００７５）
摘 要：针对暂态对地电压（ＴＥＶ）技术 在 实 际 开 关 柜 局 部 放 电 检 测 中 判 断 依 据 单 一、检 测 结 果 可 靠 性 不 高 等 问
题，对如何更好应用 ＴＥＶ 技术展开研究。在分析 ＴＥＶ 技术原理的基础上，综合应用 ＴＥＶ 技术对高压开关柜典 型
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高电压技术 第３６卷 第１０期 ２０１０年１０月３１日 Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．１０，Ｏｃｔｏｂｅｒ ３１，２０１０
采用暂态对地电压法综合检测开关柜局部放电
任 明１ ， 彭 华 东１ ， 陈 晓 清１ ， 董 明１，２ （１．西 安 交 通 大 学 电 力 设 备 电 气 绝 缘 国 家 重 点 实 验 室 ，西 安 ７１００４９；
１８０°～３１５°，与其正半周相比，负半周的放电随阈值升高而下 降 的 更 加 剧 烈，这 些 现 象 均 与 使 用 传 统 的 脉 冲 电 流 法
所得到的结论相一致，说明了使用 ＴＥＶ 法对开关柜进行局部放电类型识别的可能性，为进一步的研究做准备。
关键词：高压开关柜；局部放电；缺陷识别；暂态对地电压 （ＴＥＶ）；脉冲电流法；局放检测；脉冲电流法
智能电网－状态检修专题
任 明 ，彭 华 东 ，陈 晓 清 ，等 ．采 用 暂 态 对 地 电 压 法 综 合 检 测 开 关 柜 局 部 放 电
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陷 类 型 识 别 技 术 的 可 行 性 ，为 进 一 步 的 研 究 做 准 备 ， 提高开关柜绝缘状态检测的效果。
１ ＴＥＶ 测量法基本原理
Ｘｉ’ａｎ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１００４９，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｐｏｓｔｄｏｃｔｏｒａｌ Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ｐｏｗｅｒ Ｇｒｉｄ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉ’ａｎ ７１００７５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｓｉｎｇｌｅ ｊｕｄｇｍｅｎｔ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ，ｌｏｗ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｉｎ ｄｅｔｅｃ－ ｔｉｏｎ ｏｆ ＰＤ ｉｎ ＨＶ ｓｗｉｔｃｈｂｏａｒｄ，ｗｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｎ ｈｏｗ ｔｏ ｂｅｔｔｅｒ ｕｔｉｌｉｚｅ ＴＥＶ （ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｅａｒｔｈ ｖｏｌｔａｇｅ）ｉｎ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｒｅｓｅａｒｃｈ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｎ ＴＥＶ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃｈｅｃｋ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅ ｔｙｐｉｃａｌ ｄｅｆｅｃｔｓ ｉｎ ｓｗｉｔｃｈｇｅａｒ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ａｍｏｎｇ ｔｈｅ ｔｅｍｐｏｒａｌ ｐｈａｓｅｓ，ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｐｕｌｓｅｓ ａｎｄ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ，ａｎｄ ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｔｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｉｃａｌ ｄｅｆｅｃｔｓ，ｉｔ ｉｓ ｒｅ－ ｖｅａｌｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｎｅｅｄｌｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｏｃｃｕｒｓ ａｔ ０°～９０°ａｎｄ ２００°～３４０°ｗｉｔｈ ｌｏｗ ａｐｐｅａｒａｎｃｅ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｕｎｄｅｒ ｈｉｇｈ ｍｅａｓ－ ｕｒｅｍｅｎｔ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ；ｉｎｔｅｒｎａｌ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｏｃｃｕｒｓ ａｔ ０°～９０°ａｎｄ ２７０°～３１５°，ａｎｄ ｓｉｍｉｌａｒ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｒｅｎｄｓ ａｒｅ ｆｏｕｎｄ ｕｎ－ ｄｅｒ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｉｎ ｔｈｅ ｔｗｏ ｒｅｇｉｏｎｓ；ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｏｃｃｕｒｓ ａｔ ０°～１３５°ａｎｄ １８０°～３１５°，ａｎｄ ｈａｓ ｆａｓｔｅｒ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｈａｌｆ ｐｅｒｉｏｄｓ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｕｎｄｅｒ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ．Ｔｈｅｓｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｃｃｏｒｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｐｕｌｓｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｍｅｔｈ－ ｏｄ．Ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔｌｙ，ｉｔ ｉｓ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｔｏ ｕｓｅ ＴＥＶ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｍａｋｅ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｆｅｃｔｓ ｉｎ ＨＶ ｓｗｉｔｃｈｂｏａｒｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｗｉｔｃｈｇｅａｒ；ｐａｒｔｉａｌ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ；ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｆｅｃｔｓ；ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｅａｒｔｈ ｖｏｌｔａｇｅ（ＴＥＶ）； ｐｕｌｓｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ；ＰＤ ｄｅｔｅｃｔ；ｐｕｌｓｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ
基 金 资 助 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 （５０９０７０５１）。 Ｐｒｏｊｅｃｔ Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ（５０９０７０５１）．
目前，对开关柜设备局部放电（ＰＤ）的检测 方 法 主要有脉冲电流法（ＥＲＡ）［２，３］、射频法（ＲＦ）［４］、超 声 法［５］、超 高 频 法 （ＵＨＦ）［６－８］等。 其 中，暂 态 对 地 电 压 （ＴＥＶ）法作 为 一 种 带 电 检 测 技 术，具 有 灵 敏 度 高、 抗干扰能力强等优 点，因 此 逐 步 在 国 内 变 电 站 推 广 使用。但由于变电 站 现 场 干 扰 源 繁 多［９－１２］、ＴＥＶ 检 测手段单一等因素，开 关 柜 内 局 部 放 电 的 判 断 水 平 难 以 提 高，限 制 了 该 技 术 在 变 电 站 现 场 深 入 应 用 。 ［１３］ 为 了 进 一 步 提 高 ＴＥＶ 技 术 的 应 用 效 果，解 决现场干扰源甄别 困 难 等 问 题，本 文 采 用 示 波 器 与 ＴＥＶ 检测设备对开关柜局部放电进行综合检测，通 过对不同缺陷模型 下 的 时 域 相 位、脉 冲 数 和 测 量 阈 值之 间 关 系 的 研 究，说 明 了 利 用 ＴＥＶ 技 术 实 现 缺