第6章暂态地电压检测技术解析

第六章暂态地电压局部放电检测技术

第一节暂态地电压检测技术概述

一、暂态地电压检测技术的发展历程

暂态地电压检测技术（又称为TEV，Transient Earth V oltage）最早是由英国的Dr. John Reeves于1974年首次提出，他发现电力设备内部局部放电脉冲激发的电磁波能在设备金属壳体上产生一个瞬时的对地电压，这些瞬时的电压脉冲可在设备外表面安装一个特制的电容传感器所检测到，从而判断设备内部绝缘状态。

当时的英国国家配电行业研究中心（EA Technology公司的前身）基于此原理，陆续研制开发了PDL1、UltraTEV、UltraTEV Plus等一系列暂态地电压检测仪器，在英国的电网公司得到了广泛使用，并逐步被全世界其它电网公司采用。国内的电网公司于2005年前后陆续开始引入暂态地电压检测技术，一些科研院校和设备制造企业也开始相关研究与研制工作。目前，暂态地电压检测技术已经有30 多年的现场应用经验，成为电力设备绝缘类缺陷简单有效、使用广泛的带电检测技术。

二、暂态地电压检测技术适用性

暂态地电压检测技术是一种检测电力设备内部绝缘缺陷的技术，广泛应用于开关柜、环网柜、电缆分支箱等配电设备的内部绝缘缺陷检测。但由于暂态地电压脉冲必须通过设备金属壳体间的间断处由内表面传至外表面方可被检测到，因此该检测技术不适用于金属外壳完全密封的电力设备（如：部分GIS、C-GIS等）。

放电模型模拟试验研究结果表明，暂态暂态地电压检测技术对尖端放电、电晕放电和绝缘子内部放电比较敏感，检测效果较好，而对沿面放电、绝缘子表面放电不敏感（见表6.1），因此，在电力设备绝缘缺陷检测时，暂态暂态地电压检测技术常常与超声波检测技术一起使用。

目前，暂态地电压检测主要以带电检测方式为主，采用手持式仪器对电力设备内部放电进行检测；部分仪器配置两个暂态地电压传感器，可通过时差法对局放源进行定位；对于需要连续监测电力设备内部放电的场合，也可采用固定安装方式，实施在线监测。

放电模型暂态地电压检测技术超声波局放检测技术

沿面放电模型不敏感敏感、有效

尖端放电模型敏感、有效敏感、有效

三、应用情况

上世纪70年代，暂态地电压检测技术被首次提出，由于其简单、实用的特性，逐步被各国电网公司认可。目前已在英国、中东、新加坡、香港等40多个国家和地区广泛应用，积累了30多年的现场应用经验。

2005年前后，暂态地电压检测技术开始传入国内。2006年起，通过与新加坡新能源电网公司进行同业对标，以北京、上海、天津为代表的一批国内电网公司率先引进暂态地电压检测技术，开展现场检测应用，并成功发现了多起开关柜内部局部放电案例，为该技术的推广应用积累了宝贵经验。暂态地电压检测技术在2008年北京奥运会、2010年上海世博会、2010年广州亚运会等大型活动的保电工作中发挥了重要作用。

国家电网公司在引入、推广暂态地电压检测技术方面做了大量卓有成效的工作。2010年，在充分总结部分省市电力公司试点应用经验的基础上，结合状态检修工作的深入开展，国网电网公司颁布了《电力设备带电检测技术规范（试行）》和《电力设备带电检测仪器配置原则（试行）》，首次在国网电网公司范围内统一了暂态地电压检测的判据、周期和仪器配置标准，暂态地电压检测技术在国网电网公司范围全面推广；2014年，国网电网公司修订了《输变电设备状态检修试验规程》，正式将暂态地电压检测技术列为开关柜设备的常规带电检测试验项目之一；同年年底，为进一步规范仪器选型，指导现场检测应用，国网电网公司颁布了《暂态地电压局部放电检测仪技术规范》和《交流金属封闭开关设备暂态地电压局部放电带电测试技术现场应用导则》，初步建立起完整的暂态地电压检测技术标准体系。

第二节暂态地电压检测技术基本原理

一、基础知识

1、暂态地电压的产生机理

当配电设备发生局部放电现象时，带电粒子会快速地由带电体向接地的非带电体快速迁移，如配电设备的柜体，并在非带电体上产生高频电流行波，且以光速向各个方向快速传播。受集肤效应的影响，电流行波往往仅集中在金属柜体的

内表面，而不会直接穿透金属柜体。但是，当电流行波遇到不连续的金属断开或绝缘连接处时，电流行波会由金属柜体的内表面转移到外表面，并以电磁波形式向自由空间传播，且在金属柜体外表面产生暂态地电压，而该电压可用专门设计的暂态地电压传感器进行检测。具体如图6.1所示。

图6.1：暂态地电压信号的产生机理示意图

由于配电设备柜体存在电阻，局部放电产生的电流行波在传播过程中必然存在功率损耗，金属柜体表面产生的暂态地电压也就不仅与局部放电量有关，还会受到放电位置、传播途径以及箱体内部结构和金属断口大小的影响。因此，暂态地电压信号的强弱虽与局部放电量呈正比，但比例关系却复杂、多变且难以预见，也就无法根据暂态地电压信号的测量结果定量推算出局部放电量的多少。

暂态地电压传感器类似于传统的RF耦合电容器，其壳体兼做绝缘和保护双重功能。当金属柜体外表面出现快速变化的暂态地电压信号时，传感器内置的金属极板上就会感生出高频脉冲电流信号，此电流信号经电子电路处理后即可得到局部放电的强度。

如果在配电设备柜体表面同时放置两只暂态地电压传感器，则局部放电源发出的电磁波脉冲经过不同的路径先后传播到两只暂态地电压传感器，仪器通过比较或者测量电磁脉冲到达两只传感器的时间先后或者大小，则可以判断出局部放电源的空间位置。

2、暂态地电压检测的量度指标

暂态地电压法局部放电检测技术属于间接法局部放电检测技术，其信号波动范围大，随机性强，而且检测结果与放电源的位置和传播途径存在复杂的关联关系，因此难以按照IEC60270标准的要求进行标定。

为了实现对高压开关柜局部放电严重程度的带电检测，并考虑间接法检测的实际特点和检测设备设计的复杂性，其指标体系经常采用无线电电子学的测量单位，最经常使用的单位主要有dBmV 、dB μV 和dBm 。

2.1、dBmV

对于高压开关柜来说，其局部放电所产生的暂态地电压信号的幅值一般在1mV~1V 左右。暂态地电压测量系统一般以电压为基准，以dBmV 为单位进行测量。

按照标准定义，dBmV 是以1mV 为基准，测量电压m V （有效值或者峰-峰值）

以mV 为单位进行的测量。即有：

⎪⎭⎫ ⎝⎛=mV V dBmV m

1log 20 （6-1）

根据定义，对于1mV 的暂态地电压信号，其对应的dBmV 值为0；而对于1V 的暂态地电压信号，其对应的dBmV 值则为60。显然，幅值变化范围为1000倍的暂态地电压信号被压缩到100以内。

2.2、dBμV

对于高压开关柜来说，其局部放电所产生的超声波信号幅值变化比暂态地电压还要大，范围约在0.5μV ~100mV 之间。超声波测量系统一般以电压为基准，以dB μV 为单位进行测量。

按照标准定义，dBμV 是以1uV 为基准，测量电压m V （有效值或者峰-峰值）以μV 为单位进行的测量。即有：

⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=V V dBuV m μ1log 20 （6-2）

根据定义，对于0.5μV 的超声波信号，其对应的dB μV 值为-6；而对于100mV 的超声波信号，其对应的dB μV 值则为100。显然，幅值变化范围为20000倍的超声波信号被压缩到100以内。

2.3、dBm