朱忠诚 李淑波

摘要：开关柜内部放电发生时，会产生暂态地电压。加强对开关柜内部局部放电的检测可以及时发现开关柜内部缺陷和存在的安全隐患，对于有效防范事故具有重要作用。本文主要分析暂态地电压测试技术开关柜带电检测中的作用，如下表述。

关键词：开关柜;暂态地电压;测试技术;带电检测;作用

电网系统中不可缺少的部分就是开关柜，开关柜的主要作用是保障用户的正常馈电。电网用户用电的可靠性与开关柜设备的正常运行有重要的关系。实际工作中开关柜设备故障问题较多。本文主要分析了开关柜带电检测中暂态地电压测试技术的应用情况，目的是强化对开关柜运行故障的检测，保障用户用电的安全性和可靠性。

1开关柜常见故障分析

开关柜运行中常见的故障可以分为以下几种情况。一机构等机械原因引起的拒动故障;二绝缘性能较差引起的绝缘故障，比如会出现闪络、爬电以及击穿等问题;三二次控制回路原因引起的误动故障;四设备插件偏心或者接触不良引起的载流故障;五开断与关合故障;六加工工艺不良或者外力导致的其他故障等。根据相关的调查显示，在开关柜故障事件中，所占比例最高的故障类型的载流故障和绝缘故障，一般在30%-50%之间，载流故障和绝缘故障产生的影响也是较大的，如果一台开关柜出现故障通常情况话下会波及其他的设备，导致相邻电网设备出现故障。一般情况下，在电网运行的过程中，需要对开关柜进行定期停电试验，但是此种传统的检测方法，很难将开关柜的故障及时发现。因此需要进一步改进传统的检测方法，目前紫外放电测试技术、红外测温技术、以及特高频局部放电测试技术等是普遍采用的检测技术。以上测试技术在检测避雷器和变压器等电网设备故障中具有较好运用效果。但是将以上检测方法应用带开关柜检测中常存在相应的问题，开关柜结构较为复杂，属于金属屏蔽的封闭设备，检测效果不理想。基于此加强对开关柜故障检测技术的研究是非常必要的。经过大量的研究证实，载流故障和绝缘故障都与放电现象有直接的关系，定期对开关柜进行带电检测可以及时发展故障问题，能够权过程检测开关柜的运行状态。为了促使局放测试实现带电测试的需求，研究人员经过大量测试发现借助测量开关柜内因局部放电导致金属壳体上产生的瞬间对地电压，可以对设备是否存在绝缘故障进行检测。这里所说的瞬间对地电压简称为TEV。

2暂态地电压检测原理分析

结合麦克斯韦电磁场理论对高压电器设备内部局部放电现象进行分析，发现高压电器设备内部局部放电现象一旦发生，就会形成不断变化的电场，受不断变化电场的影响会产生相应的磁场，不断变化的磁场又会感应出不断变化的电场，这样如此反复，实现了电场到磁场之间的转变。电场和磁场两者在相互激发的情况下可以向外传播，形成电磁波。开关柜金属壳间的通道是电磁波传播的主要途径。开关柜发生内部放电时，开关柜接地屏蔽的内表面则会聚集起大量的放电电量。在开关柜屏蔽层完善屏蔽的情况下，放电信号就无法从外部检测中探测出来。而开关柜在实际运行中屏蔽層在多个部位均发挥不出原本的作用，比如在金属外间的间隔、绝缘部位、电缆绝缘终端、垫圈连接处等。此时高频电磁信号会沿着屏蔽层借助金属箱体接缝处或者气体绝缘开关衬垫向设备外层传输。在柜体接地的情况下，高频电流会出现在电磁波开关柜外表面，此时会产生一个暂态电压，该电压借助金属箱体外表面传输到地下。其中最早发现电压脉冲的是Dr John Reeves，该名学者在1974年将这个电压脉冲命名为暂态对地电压，简称TEV[1-2]。其中TEV相关检测示意图见图1。

3暂态地电压信号特点分析

暂态地电压一般在几十毫伏到几伏之间，该电压持续时间较短，一般情况下暂态地电压职能维持几纳秒。其中设备内部放电量以及传播途径与信号幅值的衰减程度有直接的关系。此外，放电点在开关柜内部的位置、开口大小以及开关柜内部结构等是影响衰减量的主要因素。暂态地电压传感器与RF耦合电容器在原理上有很大程度的相似性，开关柜壳体上暂态地电压的变化情况，可以将高频电流在传感器金属极板上的变化情况感应出来，其中放电脉冲前沿陡峭程度直接影响感应电流的大小，对传感器输出的高频电流进行针对性的处理，可以将局部放电的强度和频度等情况间接检测出来。针对此种情况在检测暂态地电压信号时可以采用专门的传感器，对开关柜内部放电故障进行判断。此外，在局部放电源的定位问题上可以借助同一放电源产生的暂态地电压信号到达不同传感器的时间差来确定，或者采用幅值来定位局部放电源位置[3-4]。

4开关柜带电检测中暂态地电压测试技术的应用实例分析

为了探究开关柜带电检测中暂态地电压测试技术的应用情况，本文选择220KV变电站内的35KV开关柜为研究案例，对该开关柜存在的安全隐患进行排查。整个排查过程中，发现28dB为暂态地电压局局部放电测试背景值。还有些开关柜暂态地电压局部放电测试数值远远大于50dB，并且放电声音在小室内经常出现。本次检测过程中发现检测出来的背景值和信号之间有较大差距，两者之间的差值在15dB以上，根据上述检测结果可以推断出开关柜设备中有害局部放电问题存在的可能性较大，为了进一步检测该故障存在的可能性，可以经PDL-1开关柜暂态地电压局部放电定位仪来定位检测局部放电源。期间放电活动位置的确定可以依据暂态地电压信号分别到达每个传感器上所需的时间来定。在定位系统的帮助下，指示哪个传感器最先被触发则说明该传感器距离放电点之间的电气距离最近。在整个的检测过程中，在定位开关柜的横向时，如果两个传感器在同一个时间点上触发，说明两个传感器的中线上是放电源的位置。根据上述原理可知，在定位开关柜的纵向时，可以首先确定一根中线，这两根中线的交点处正式局部放电的具体位置。本次研究中，对开关柜放电源位置定位测试，35KV3号接地变19335开关柜上侧A相穿墙套管附近是内部异常放电的实际位置，该位置产生的暂态地电压局部放电测试数值远远超过63dB。结合上述测试结果，可以判断出剩下开关柜信号数值存在偏大的情况，而导致信号数值偏大的原因是35KV3号接地变19335开关柜内局部异常放电。通过检测发现该设备没有出现异常放电情况，停电后对其进行检测，针对性处理支持瓷瓶，正式投入运行后小室内的放电声音消失[5-6]。

5结语

综上所述，开关柜内部放电故障可以借助开关柜暂态地电波检测技术及时检测出来，但是开关柜的数量和类型均较多，且结构较为紧凑，要想固定安装大型监测装置显然是不可能的，加上监测设备成本较高与开关柜设备低造价不成比例的原因，促使开关柜不能像GIS设备和变压器设备一样实现在线监测，只能借助带电检测技术来实现。带电检测技术在开关柜检测周期、数据处理分析等问题上还需要进一步明确。但是整体看来暂态地电压测试技术可以及时发现开关柜内部绝缘故障，在电网运行故障的探查上有重要意义。

参考文献

[1]刘生春.带电局放在电力设备绝缘缺陷检测中的应用研究[D].陕西：西安理工大学，2016.

[2]刘辉，刘强，刘行行， 等.暂态地电压测试技术在开关柜带电检测中的应用[J].机电信息，2018，（12）：98-99.

[3]陈钊.研究局部放电带电检测在高压开关柜的应用[J].百科论坛电子杂志，2018，（10）：303.

[4]郝金鹏.暂态地电压测试技术在开关柜带电检测中的应用[J].科技信息，2013，（20）：369.

[5]张国亮，刘霞，郭晓玲， 等.高压开关柜局放检测异常案例分析[J].科技风，2018，（30）：163.

[6]Clifford E. Siegert，Francis Gourash，Richard W. Vasicek.DEVELOPMENT AND PERFORMANCE OF POWER PROCESSOR SYSTEM FOR 12-GIGAHERTZ， 200-WATT AMPLIFIER FOR COMMUNICATIONS TECHNOLOGY SATELLITE[R].