孙西方，梁 英

（临汾供电分公司，山西 临汾 041000）

基于电磁波检测的局部放电检测技术探讨

孙西方，梁 英

（临汾供电分公司，山西 临汾 041000）

高压开关柜是电力系统中重要的电气设备，随着传感器技术、信号处理技术、计算机技术、人工智能技术的发展，使得高压开关柜的运行状态进行检测，及时发现故障隐患，并对累计性故障预测成为可能，提出一种基于电磁波检测的暂态对地电压检测法，探讨了高压开关柜局部放电检测的方法及定位。

开关柜；局部放电；检测

0 引言

高压开关柜是城市配电网中重要的基础设施，其运行的稳定性直接影响到城市供电的可靠性，因此，对高压开关柜的可靠性提出了更高的要求。

高压开关柜设备内部绝缘部分的缺陷或劣化，导电连接部分的接触不良都使其安全运行受到威胁。根据1989年—1992年间全国电力系统6～10kV开关柜事故统计，绝缘和载流引起的故障占总数的40.2%，其中由于绝缘部分的闪络造成的事故占绝缘事故总数的79.0%，而由于隔离插头接触不良造成的事故占载流事故总数的71.1%[1]。由此可见，迫切需要对电力设备运行状态进行定期的在线检测或者长期的在线监测，及时反映电力设备运行状况，如绝缘等的劣化程度，以便采取预防措施，避免停电事故发生。

1 高压电力设备局部放电现象

电力设备绝缘介质在足够强的电场作用下局部范围内发生的放电称为局部放电。这种放电以仅造成导体间的绝缘局部短接而不形成导电通道为限。局部放电可能发生在固体绝缘的空穴中、液体绝缘的气泡中、具有不同特性的绝缘层之间，以及金属（或半导电）电极的尖锐边缘处。

当材料中含有气隙时，由于其介电常数和电导率都很小，气体中的电场强度会比固体介质中高，而通常情况下气体的击穿场强比固体介质低得多。因此，往往在气隙的部位产生局部放电。电力设备中的局部放电虽然仅限于局部范围，但每一次放电对绝缘介质都会有一些影响，这样就会造成电介质绝缘强度逐步下降。通常，轻微的局部放电对介质的影响较小，绝缘强度的下降过程较缓慢；而强烈的局部放电对介质的影响较大，绝缘强度很快下降，这是造成高压绝缘损坏的重要因素。

设计高压电力设备绝缘时，要考虑在长期工作电压的作用下，不允许绝缘结构内发生较强烈的局部放电。运行中的电力设备同样要加强监测，当局部放电超过一定程度时，应将设备退出运行，进行检修或更换。

2 开关柜局部放电检测

开关柜产生局部放电会发生声、光、电、热等物理和化学变化。这些特征都可作为局部放电检测信号的传感对象。目前，国内外传统的检测方法有以下两种。

脉冲电流法。通过检测阻抗接入到测量回路中来检测。检测开关柜接地线由于局部放电引起的脉冲电流，获得视在放电量。脉冲电流法是研究最早、应用最广泛的一种检测方法，但其自身存在很多问题，如抗干扰能力差、测量频率低、频带窄、包含的信息量少等。

光测法。利用局放产生的光辐射进行检测，但是由于光测法设备复杂昂贵、灵敏度低，且需要被检测物质对光是透明的，因而在实际中无法应用。

鉴于以上方法的种种缺陷，在生产实践中并不能得到广泛应用。本文提出一种基于电磁波检测的暂态对地电压TEV（Transient Earth Voltage）检测法。

2.1 TEV检测法

当高压电气设备发生局部放电时，放电电量先聚集在与放电点相邻的接地金属部分，形成电磁波并向各个方向传播，对于内部放电，放电电量聚集在接地屏蔽的内表面，如果屏蔽层是连续时无法在外部检测到放电信号。实际上，屏蔽层通常在绝缘部位、垫圈连接处、电缆绝缘终端等部位出现破损而导致不连续，这样，高频电磁信号就会传输到设备外层。

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。这些电压脉冲是由Dr John Reeves首先发现，并把它命名为暂态对地电压TEV（Transient Earth Voltage）。TEV检测法原理如图1所示。

图1 TEV检测原理图

2.2 定位方法

研究发现，局部放电产生的TEV信号的大小与局部放电的激烈程度及放电点的远近有直接关系。可以利用专门的传感器进行检测。为了简单明了，用相对读数（dB）来描述局部放电活动程度。通过检测局部放电产生的TEV信号，不仅可以对运行中的开关柜内的设备局部放电状况进行定量测试，而且可以通过同一放电源到不同探测器的时间差异对局部放电源进行定位。

2.3 数据判断方法

检测“暂态对地电压”在原理上是一种比较性的检测技术。某个开关柜上的检测结果应与其他同类型的开关柜所检测的数据进行比较，或与开关柜本身以前的检测数据进行比较。如果检测的数据比其他同型号开关柜大，或者比以前的结果大，就说明该开关柜存在放电活动，进而推断故障的可能性。推断需要了解开关柜的故障统计分析，尤其是这种故障形成的机理。例如，如果检测到某开关柜的放电活动逐步加强，就必须开始采取相应的措施；如果发现放电活动使开关柜运行状况急剧恶化，就必须马上对其停电检查，如果该开关柜不需立即送电，应马上更换存在缺陷的部分才能送电。

不要将开关柜长时间转冷备用状态，尽管已断开高压电源，但故障设备绝缘材料会吸入潮气，造成热不稳定性，可能在下次送电的时候发生故障。

如果开关柜从未发生过故障或根本无故障历史数据可参考，可根据其他相同类型设备的数据帮助分析。

每当出现开关柜由于放电活动而导致故障的情况时，就有必要对其他所有类似开关柜进行检查。由于开关柜局部放电检测定位技术可带电进行测量，操作快速简便，很适合进行这样的试验，有助于判断开关柜运行情况并以此安排检修计划。要有效做到这一点，还须满足以下条件，即故障是由放电活动引起的，放电信号强度应大于环境背景噪声，设备开始放电到发生故障是经过一定的时间的，测量时设备还在发生放电活动，放电测量结果与实际故障相吻合。

开关柜局部放电检测定位技术主要用于进行比较性的测量。因此，需要有相当的设备运行经验才能根据该技术检测结果分析出设备绝缘材料还能维持运行多长时间。记录下每次设备故障的详细情况，有助于分析判断放电活动对设备的影响。

现场主要使用以下三种方法来对开关柜是否存在局部放电现象进行判断。

横向比较法。是对同一个开关室内同类开关柜的测试结果进行比较，当某一开关柜个体的测试结果比其他同类开关柜的测试结果及现场背景值均大时，此设备就具有存在缺陷的可能性。这种方法也称为曲线法，是最为常用的一种方法。

纵向比较法。就是对同一开关柜不同时间的测试结果进行分析，从而比较分析得出开关柜的运行状况。需要电力工作人员周期性地对开关室内开关柜进行检测，并将每次检测的结果存档备份，以便于分析不同时间内设备局部放电状态的变化，从而判断设备的运行状况。

数据判断法。根据大量的实验及现场的测试经验，得出了开关柜局部放电检测数据判断阀值。数据判断法详见表1。其中，PDL为检测开关柜局部放电所使用的检测终端，P为使用开关柜局部放电检测终端所检测到的开关柜局部放电数值。

表1 测试数据判断法

3 检测实例

2009年10月26日—27日，临汾供电分公司利用该检测技术分别对110kV隆化、220kV赤邓、220kV明姜变电站内35kV高压室内开关柜进行了局放检测，测试与判断如下。

3.1 检测部位

测试过程中选择局部放电容易发生的位置进行检测，如母排（连接处、穿墙套管，支撑绝缘件）、开关刀闸，电缆接头等位置，主要位置如开关柜前面板中部及下部，后面板、侧面板的上部、中部及下部。如有条件，则会对开关室内母线桥架进行检测。

3.2 检测结果

3.2.1 110 kV隆化变电站35 kV开关柜

110 kV隆化变电站共测试了9面3 5 k V开关柜，局放检测图谱如下图2所示。

图2 110 kV隆化变电站35 kV开关柜局放测试图谱

测试发现400柜的暂态地电压检测数据非常明显，最大幅值为58dB。初步判断为该柜上部母线积灰过多产生局部放电。473柜的暂态地电压检测数据偏大，最大幅值为54dB，后用局部放电定位仪进行定位，最终定位于该柜的中下部，C相避雷器处。

由于该站的高压柜暂态地电压信号幅值普遍偏大，并且400局放信号明显。建议先对该柜上部母线进行停电检修、清污。对400柜进行检修后，再对整个站进行复测，确定473柜的幅值大小，然后根据检测结果再确定检测策略。

3.2.2 220 kV赤邓变电站35 kV开关柜

220kV赤邓变电站共测试了8面35kV开关柜，局放检测图谱如图3所示。

图3 220kV赤邓变电站35kV开关柜局放测试图谱

从图3中可以看出，整个高压室局放测试幅值在0～25之间波动，并无明显波动，判断没有局部放电现象。建议下个检测周期到来时再进行检测。

3.2.3 220 kV明姜变电站35 kV开关柜

220kV明姜变电站共测试了19面35kV开关柜，局放检测图谱如图4所示。

测试发现315柜后暂态地电压检测数据相对其他柜略大，最大幅值为36dB。初步判断该柜中可能存在放电。建议在日常工作中对315柜加强巡检，缩短检测周期，确定发展趋势。

图4 220kV明姜变电站35kV开关柜局放测试图谱

3.2.4 乌鲁木齐电业局220 kV八户梁变电站开关柜

2008年5月21日，在对该站检测过程中发现10kV开关室八加线1016开关柜后面板上局部放电检测值最大（幅值31dB），经定位后发现，放电位于该开关柜后面板左下侧。

2008年7月10日，乌鲁木齐检修工区对该开关柜局放检测缺陷在设备停电状况下进行了核实。该开关柜后面板左下侧C相电缆头螺丝松动，产生了一定的局部放电，检修时已对此设备的螺丝进行紧固，检修后再次进行测试，该开关柜幅值由31dB降到10dB以下，证明了该检测定位技术的正确性。

4 结束语

a）在线检测开关柜局部放电对于电网的安全运行有着重要的意义，此项技术可在不停电状态下实现对现场设备的绝缘故障状况进行检测（传统方法需停电），快速检测开关设备的运行状况，避免意外停电事故的产生，减少检修停电时间，提高设备供电可靠性和连续性。

b）一旦确定开关柜内部确实存在局部放电现象，就必须定位局部放电源的所在位置，从而消除故障隐患。局部放电源的定位准确性关系到检修工作的效率，可以减少不必要的停电检修时间，减少电能的损失，提高经济效益。

c）在检测过程中要注意干扰的排除问题。

［1］ 田勇，田景林.6～1 0 kV开关柜事故统计分析与改进意见［J］.东北电力技术，1 9 9 6（8）：5-1 0.

Research on Partial Discharge Detection Methods Based on Electromagnetic Wave

SUN Xi-fang，LIANG Ying
（Linfen Power Supply Company，Linfen，Shanxi041000，China）

High-voltage switchgear is an important electrical equipment of power system.With the development of the sensor technology,signal processing technology，computer technology and artificial intelligence technology，it is possible to realize the detection of the operation status of switchgear in order to detect hidden faults and to predict cumulative failures.In this paper，it puts forward the transient earth voltage inspection technology based on electromagnetic waves，and the on-line detecting method for highvoltage switchgear partial discharge and its localizing methods are explored.

switchgear；partial discharge；detection

TM855+.1

B

1671-0320（2012）01-0016-04

2011-10-10，

2011-11-16

孙西方（1967-），男，河南三门峡人，1997年毕业于太原电力高等专科学校电力系统自动化专业，工程师，从事电气试验工作；

梁 英（1971-），女，河北邢台人，1996年毕业于山西师范大学电子技术专业，助理工程师，从事电气试验工作。