开关柜带电检测技术及其应用

开关柜带电检测技术及其应用

发表时间：2016-04-19T15:02:32.457Z 来源：《电力设备》2015年第9期供稿作者：王鹏飞

[导读] 国网吉林省电力有限公司长春供电公司开关柜带电检测是采用有效的检测手段和分析诊断技术，及时、准确地掌握设备运行状态，保证设备的安全、可靠和经济。

（国网吉林省电力有限公司长春供电公司 130000）

摘要：开关柜带电检测是采用有效的检测手段和分析诊断技术，及时、准确地掌握设备运行状态，保证设备的安全、可靠和经济。

关键词：超声波、暂态地电波、局部放电

一、定期检修的弊端

长期以来,我国对运行中的高压开关柜实行的是以时间周期为基础的定期检修制度，即按程所规定的项目、周期等进行的检修。虽然这种检修制度对减少和防止事故的发生起到了积极的作用，但随着电力设备的容量增大、开关柜的数量增多，结构更加复杂化，暴露出了这种检修制度的不足，主要表现如下：

1、具有盲目性和强制性：由于定期检修是到期必修，既不考虑电力设备制造质量的差异，也不考虑电力设备的实际运行条件和运行状态，这就具有很大的盲目性和强制性，因而会造成电力设备的过度维修或维修不足，前者会浪费大量的人力、物力和财力，后者可能导致电力设备在两次检修周期内发生故障。

2、耐压试验可能对绝缘造成损伤：10kV高压开关柜在预试中的主要项目是交流耐压试验，其试验时所加试验电压远高于其运行时额定电压，很可能在试验过程中对绝缘造成不可逆的损伤，不仅可能缩短绝缘寿命，而且可能引发事故。

二、开关柜带电带电检测技术简介

10kV开关柜是电网的重要组成部分，其运行的稳定性直接影响到电网安全运行。然而，传统的定期预试性试验技术暴露出来的问题无法满足当前的需要，因此，采取适当的方法进行监测是很有必要的。而根据实际运行经验发生故障前在事故潜伏期内应该都可能有放电现象产生，局部放电是导致10kV开关柜设备绝缘劣化发生绝缘故障的主要原因，其检测和评价已经成为绝缘状况监测的重要手段。

三、超声波和TEV基本原理

局部放电是指发生在电极之间但并未贯穿电极的放电，这些微弱的放电产生累积效应会使绝缘的介电性能逐渐劣化，最后导致整个绝缘击穿。局部放电主要分为绝缘材料内部放电、表面放电、导体尖端放电等，并以电磁声波、气体形式等释放能量。

1、超声波检测原理

当高压电气设备内部存在局部放电，在放电过程中，随着放电的发生，伴随着爆裂状的声发射，产生超声波，且很快向四周介质传播。伴随有声波能量的放出，超声波信号以某一速度通过不同介质以球面波的形式向四周传播。但由于超声波频率高其波长较短，因此它的方向性较强，从而它的能量较为集中，容易进行定位。超声波检测主要采用20 kHz以上频率，可不受外部噪声的干扰。通常认为，当在被测设备外壳的接缝处进行测量时，由于探头完全置于设备体外，放电信号通过绝缘介质衰减很严重，灵敏度较差、定量分析比较困难，仅对局放初测及比较严重的空气中的放电才比较有效。

2、TEV检测原理

根据麦克斯韦电磁场理论，局部放电现象的发生产生出变化的电场，变化的电场激起磁场，而变化的磁场又会感应出电场，这样，交变的电场与磁场相互激发并向外传播，形成了电磁波。通过放电产生的电磁波通过金属箱体的接缝处或气体绝缘开关的衬垫传播出去，同时产生一个暂态电压，通过设备的金属箱体外表面而传到地下去。

当开关柜的内部元件对地绝缘发生局部放电时，小部分放电能量会以电磁波的形式转移到柜体的金属铠装上，并产生持续约几十纳秒的暂态脉冲电压，在柜体表面按照传输线效应进行传播。地电波局放检测技术采用容性传感器探头检测柜体表面的暂态脉冲电压，从而发现和定位开关柜内部的局部放电缺陷。

四、测试过程和测试点选取

1、测试前先进行背景值测试，记录空气和金属制品背景声。由于开关柜外部的电磁信号一样可以在开关柜上产生暂态对地电压（TEV），这些信号源同样可以在变电站内的金属物品上产生暂态对地电压，如金属门或侧栏处，测试金属面板上的背景值时并不是在开关设备上检测，应该在金属门等金属制品上检测，在开关室不同的位置检测3个点的值，并取中间值作为背景信号的参考值。

2、将TEV测试仪器探头贴紧开关柜进行测试。实际过程中需要灵活的变换采用TEV的两种测试模式：单个模式和连续模式，如遇到测试数据跳跃比较大的时候可以两种模式切换测试，选取其中读数稳定做为测试数据；在连续模式下一定要记录下对应的脉冲数作为后续的辅助判断；在连续模式下时候可能有时会有数据连续跳动比较的情况，需要贴紧测试的开关柜面板，同时仔细观察数据选择记录相对稳定和幅度大的为测试数据。

3、测试过程中需要注意对干扰噪声的排除避免将手机靠得过近产生干扰，同时要注意配电房周边环境影响，通过多次测试对比排除的干扰因数后测试结果属正常范围；干扰过大时候可以在连续模式的所得脉冲数明显看出，此时脉冲数一般会达到几千乃至上万。

4、采用超声波模式时一定要测试背景读数，刚开始测试时调整增益到最大，如果读数大大时适当的减少增益；将传感器对准开关设备的空气通道处进行测试，在测量的时候一定要注意保持足够的安全距离；超声波传感器沿着开关柜上的缝隙扫描进行检测，传感器与开关设备间一定要有空气通道，用来保证超声波信号可以传出来。

五、数据分析判断

在结合实测经验以及同行测试的经验基础上，采用如下的数据判断方法：

1、当发现开关室内TEV背景值与测试值都在20dB以下时，表示开关设备正常，下次再次进行巡检。如果开关室内TEV背景值在10dB 以下，而某些开关柜的测试值在20dB~30dB，应对该开关柜加强关注，观察以后检测幅值的变化趋势。

3、如果开关室内TEV背景值10dB以下，而某些开关柜的TEV测试值大于30dB（相对值大于20dB），而表明该开关柜有局部放电现

象，应使用定位技术对放电点进行定位。

4、如果开关室内TEV测试值和背景值都在30dB以上，且并没有发现在某个开关柜上出现峰值，应使用定位技术来判断信号源的来源，如检测结果发现信号源来自开关柜，而不是外界的干扰信号，应使用定位技术对放电点进行定位。

5、如果在某个开关柜的超声波测试数据幅值超过20dB，说明该开关柜内部存在严重的局部放电，应尽快组织复测，密切关注检测幅值的变化趋势。

6、所有故障处理过的开关柜，应再次对该开关室进行局部放电监测，检测结果跟处理前进行比较，衡量故障处理的准确性。

由于两种测试方法的差异及特性，表面放电最成功的检测方法是使用超声波技术，因为表面放电发出的TEV信号要比内部放电的要小很多。此外表面放电所产生的电磁波信号频率也比TEV传感器的检测频率要低，很多情况下表面放电不会被TEV传感器检测到，但可以被超声波传感器所检测到。实测过程中许多TEV测试集中于15~17dB的柜，但测试超声波达到了25~28dB，通过检查发现了缺陷得到了印证。所以测试局放结果一定要综合TEV和超声波两方面来看，测试过程中两者都需要进行，可是起到良好的互补效果。

六、总结

超声波、暂态对地电压等检测技术对开关柜内电力设备的可靠运行有了进一步的保证，对目前开展的状态检修也有了进一步的推进。检测技术的智能化需要基础绝缘理论、测试技术等的突破。电力公司的不断尝试有利于推动基础研究，也利于最快的掌握先进的状态检测手段，真正有效提高电力设备健康运行水平。

参考文献：

[1] 袁易全.局部放电超声特性实验研究.

[2] 王风雷.电力设备状态监测新技术应用案例精选，中国电力出版社.

[3] 幸晋渝.高电压开关柜的在线监测与故障诊断技术.