高压开关柜局部放电TEV与超声波检测方法

2018-03-29陈大兴

设备管理与维修 2018年5期

陈大兴

（杭州电力设备制造有限公司萧山欣美成套电气制造分公司，浙江杭州 311200）

0 引言

电力系统配电结构中，高压开关柜属于关键的一类电气设备，决定着配电系统的安全性能。高压开关柜从设计、制造、安装到使用的过程中均会遇到绝缘性问题，主要是绝缘缺陷、绝缘老化的问题，降低了高压开关柜在配电系统中的安全性，高压开关柜在运行过程中容易出现闪络、击穿、局部放电等问题，其中局部放电的问题最为严重，可在高压开关柜中引发更大的安全事故。由此高压开关柜局部放电检测中专门采用了TEV（TransimentEarthVoltage，暂态对地电压）与超声波2种方法，反应出高压开关柜的绝缘效果，保护高压开关柜的运行安全。

1 TEV与超声波检测技术分析

1.1 TEV检测

高压开关柜局部放电中产生了交变电场、磁场，导致高压开关柜由内向外产生了电磁波，在高压开关柜表面集中了大量的放电电荷，分布在了接地屏蔽层的内部表层，高压开关柜内屏蔽层连续时不会出现局部放电的情况，如果内屏蔽层有绝缘缺陷，就会在外部检测出放电电荷。高压开关柜的内部连续层在电缆终端、垫圈部分以及绝缘位置经常会出现不连续或破损的情况，为局部放电提供了条件，当高压开关柜发生局部放电时，在不连续的缝隙位置会传出很多电磁波，电磁波聚集在开关柜的表面，围绕高压开关柜的表面产生较大的感应电流，再加上高压开关柜设备的阻抗作用，会在开关柜外部出现暂态对地电压，局部放电时的电压可以达到107V，此时通过电容耦合器传感器，就可以感应到TEV信号，进而利用TEV信号检测分析高压开关柜的局部放电问题。

1.2 超声波检测

高压开关柜有局部放电情况时，电荷分子之间会产生强烈的撞击，撞击作用下会形成声波，因为局部放电的声波频率宽，频率超过20kHz的就可以规划到超声波范围中。超声波检测高压开关柜局部放电时主要就是检测电荷中的超声波信号，判断高压开关柜局部放电的位置。超声波检测高压开关柜局部放电时，如高压开关柜位于正常的状态，此时超声波检测到的噪声能量出现在低频段，频段＜20kHz，使用超声波检测高压开关柜的局部放电情况时，应该避开声波干扰后再检查高频声波，高压开关柜声波频率越高越容易衰减，超声波检测时就要规定好频段，超声波传感器的谐振频率范围是（30～40）kHz。例如，高压开关柜表面可以固定超声波耦合剂，声电转化元件使用压电陶瓷，高压开关柜内部出现放电时，声波会聚集在开关柜的表面，超声波传感器负责把振动信号转为电信号，经过放大器处理后进入到超声波检测系统内。

2 检测方法在高压开关柜中的试验研究

2.1 试验检测

（1）根据高压开关柜的局部放电形式设计出放电模式，汇总开关柜中诱发局部放电的原因，如高压开关柜组件受潮并且伴随着凝露现象、绝缘部件破损或附着污秽、高压开关柜母线与断路器连接时出现了接触不良的问题、高压开关柜表面的金属凸起严重影响了功能、高压开关柜中存有大量移动状态的金属微粒，积累了大量的电荷，诱发了局部放电。高压开关柜局部放电的模型研究中，提出4种放电类型：①针板放电，试验模式中选用半径是0.5mm的高压针尖曲率半径，锥角是30°，针尖的长度是15mm，模型中2个针板之间的最佳间距是8mm；②内部放电，该模型中的上下结构均使用了环氧树脂板，厚度均是5mm，2个环氧树脂板之间的绝缘介质是1层1mm的环氧树脂，绝缘板上需要打开10mm的圆形孔洞，所有绝缘板之间采用环氧树脂胶固定到一块；③悬浮放电模型，在模型的接地电极上设置环境树脂板，直径是70mm，厚度是5mm，环氧树脂板的上方接近高压电极的位置设计铜柱，直径是10mm，高度是10mm，铜柱电极到悬浮电极之间的间距是5mm；④沿面放电模型，相邻2个电极空隙位置设置纵向的环氧树脂棒，直径是10mm，长度是10mm。

（2）检测试验中的装置与接线设计，试验中的试验变压器为工频高压条件，保护电阻是10kΩ，耦合电容是Ck，采用脉冲电流法检测高压开关柜局部放电时产生的阻抗，检测的阻抗可以反馈出局部放电信号机两侧电压的相位信号，以此来标定高压开关柜的局部放电量。TEV传感器在试验中专门利用耦合电容检测高压开关柜表层聚集的暂态电压，超声波检测中使用的传感器为空气传导传感器与谐振传感器，向高压开关柜局部放电中提供宽幅的检测频带，正好在宽幅范围中分析局部放电引起的超声波信号。在超声波检测中，空气传导传感器频率为40kHz，配置了前置放大器，增益是60dB，谐振传感器的频率有3种，分别是30kHz，150kHz和300kHz，不需要配置前置放大器即可。试验模型安装到高压开关柜的内部，试验中检测高压开关柜局部放电的实际电荷。

（3）高压开关柜局部放电中TEV与超声波检测试验模型中的分析结果：①试验中明确了高压开关柜局部检测时的超声波频率及传感器的型号，超声波检测中，如选择谐振传感器就要把传感器紧贴到开关柜的外表，两者之间使用耦合剂固定，空气传导传感器用于测量高压开关柜泄漏到空气中的超声波，超声波检测的频率范围比较大，其可全面反映出高压开关柜的超声波频率，TEV传感器信号专门辅助超声波检测获取开关柜局部放电电荷的频带分布区域，而且局部放电电荷进入到空气中也会出现反射或折射的情况，此时也要利用TEV传感器进行检测，提高局部放电检测的灵敏度；②试验中除了使用TEV与超声波检测的方法外，还使用了脉冲电流法，综合检测高压开关柜局部放电的状态，即使高压开关柜局部放电强度大，也能完成检测工作，掌握局部放电在高压开关柜中的状态，进而观察高压开关柜局部放电的变化状态，试验中比较注重TEV信号的应用，利用示波器采集局部放电中的阻抗信号、超声波信号、电压信号和TEV信号，在此基础上完成多次测量，解决局部放电不稳定的问题。

2.2 识别模式

高压开关柜局部放电TEV与超声波检测过程中的识别模式，专门用于识别不同区域的放电模式，避免局部放电差异过大，对所有的信号幅值实行归一化的处理，区别高压开关柜不同区域的信号特征。

3 检测方法在高压开关柜中的定位应用

TEV与超声波检测方法对高压开关局部放电的定位研究中，主要是明确高压开关柜的局部放电信号，以便在后期提出有效的治理措施，保护好高压开关柜的运行。TEV与超声波检测定位高压开关柜局部放电时需分析出信号的变化趋势，检查信号是否超过正常的数值标准，高压开关柜没有局部放电时各类信号的变化趋势正常，正常状态下的信号不会出现工频周期作用，也没有明显的变化规律，此时也要深入检测，避免遗漏局部放电的问题。TEV与超声波检测方法中发现了局部放电的工频周期性时，首先要判断为高压开关柜内部局部放电，接下来继续判断出局部放电的类型，根据信号的状态区别放电的区域、类型，识别高压开关柜的局部放电模式。