高压开关柜局部放电带电检测技术的应用

2020-12-20李智勇

通信电源技术 2020年3期

李智勇，周华

（河南省高压电器研究所有限公司，河南平顶山 467000）

0 引言

在开关设备中高压开关柜是最普遍使用的。开关柜运行维护的实际情况关乎到局部区域是否安全稳定供电。相对脉冲电流法等传统检测法，局部放电带电检测法属于间接性检测法,是通过检测局部放电伴生现象而实现检测放电现象的检测方法。目前，电力系统中针对开关柜局部放电带电检测方法主要有暂态地电位和超声波检测两种运用较多。为了在停电试验周期内发现一些绝缘缺陷，通过带电检测对高压开关柜内设备的运行状态进行评估。这也便于后续采取预防措施，避免突发停电事故。自从开展变电站高压开关柜带电检测以来，在实际工作中已经十分成熟地使用超声波法、暂态对地电压法（即TEV法）、红外线温度检测法等方法。所以，将高压开关柜试验工作的重点从“定期检修”转移到“状态检修”是切实可行的。

1 局部放电现象及其主要危害

1.1 局部放电现象

一般局部放电现象主要是指在强度充足的电场作用下，电力设备绝缘介质局部范围内发生的放电情况[1]。结合现阶段的研究结果来看，局部放电容易在固体绝缘空穴或者液体绝缘气泡等边缘位置出现，很多都主要集中在气隙位置。

1.2 局部放电现象产生的危害

局部放电产生的危害具体表现在如下2点：第一，导致系统设备绝缘性减少、促进老化；第二，导致不必要的电能被浪费[2]。因为高压开关有相当高的电压，有些介质的击穿场很强，这样就容易对系统的不同类型的绝缘外皮产生不良影响，在这种高电压下电流有很强的破坏力，而且在局部放电的作用下绝缘皮容易出现老化的情况，两者呈正比关系。关于电能浪费，多次的局部放电容易导致系统有更高的电能损耗，曾经有研究人员调查某地10座大型商业建筑和民用建筑，最终的调查结果显示如果局部放电非常严重，会容易造成电能损耗加大。因此，对于电力系统工作，必须要注重局部放电问题。因为局部放电自身具有一定的隐蔽性，所以分析高压开关柜局部放电带电检测技术是非常有必要的。

2 高压开关柜局部放电带电检测的优势

近年来，随着供电安全性和稳定性要求的不断提高，高压开关柜局部放电带电检测显得至关重要。当前，我国电力生产管理的主要方法是高压开关柜的局放检测，其可以迅速找到柜内的问题，随时了解设备的实际运行情况。相对于传统的停电检测方式，高压开关柜局部放电带电检测的优势具体表现在如下两点。第一，经济优势。无论是定期的例行检修还是试验，都必须要在停电的基础上开展，这样就势必会出现由于停电而产生的经济损失，并且容易出现过修或者失修的问题。但是如果采用高压开关柜局部放电带电检测技术，就可以在很大程度上防止这种情况出现。第二，技术优势。通常，就利辛实验条件来讲，停电和设备运行中存在很大的差异[3]。运行过程中设备容易受到多种因素的影响，如应力因素以及电磁场因素等，这些都是不能在停电的状态下可以模拟的。在停电条件下开展的实验往往都不能准确找到绝缘缺陷。缺陷潜伏发展都需要一个过程，在这个期间进行带电检测，可以将绝缘状态下所有信息情况都全面反映出来。但是例行试验的前提条件是必须要在停电情况下进行，通常都无法迅速正确的找到故障。如果在检测设备实际运行情况时采用局部放电带电检测技术，可以更加方便的了解设备实际使用情况。

3 高压开关柜局部放电带电检测技术的基本原理

与传统检测法相比，局部放电带电检测法是一种间接性检测方法，其是利用检测局部放电伴生情况而达到检测放电目的的检测方式。现阶段，电力系统中高压开关柜局部放电带电检测技术主要包括两种，一种是暂态地电位检测，另一种是超声波检测。

3.1 暂态地电位检测的基本原理

一旦开关柜出现局部放电的情况，放电形成的带电粒子就会迅速从带电体向接地的非带电体转移，而且在非带电体中形成高频电流行波，这时电流行波迅速扩散到每个方向。因为集肤效应，电流行波只是集中在开关柜金属内的表面，通常不会将金属柜体直接穿透。然而如果在电流行波传统中存在金属断开或者绝缘连接位置时，电流行波就会立刻从金属柜体内表面向外表面转移，还通过电磁波的形式传播到自由空间中，而且在金属柜体表面往往会形成暂态地电压。地电波范围最好控制在1 mV～1 V，能够在检测中采用专业的暂态地电压传感器[4]。此外，暂态电压检测传感器和耦合电容传感器是非常相似的，如果使用传感器对迅速变化的暂态地电压进行检测，这样就可以向检测设备处理单元传送检测信号，经过正确的运算处理而获取局部放电量。

3.2 超声波检测的基本原理

就电力设备来讲，在放电中难免会出现声波。站在能量的角度分析，放电是能量瞬时间爆发的过程，也是电能以电磁能以及声能等多种形式释放的过程。在空气间隙中如果出现电气击穿的情况，放电瞬时就会有效完成，其电能向热能瞬时转化，造成放电中心气体出现膨胀的情况，该瞬时膨胀的结果往往都是通过声波的形式进行传播，随着声波传播过程中，声音频率越高，其衰减也会越来越快。因此，当高压开关柜发生放电时，其产生的超声波信号会从开关柜的接缝处或空气间隙传播出来，然后通过传感器测量超声波信号的声压，可以根据声音的衰减情况来推测出放电的强弱和位置[5]。

放电形成的声波的频谱都是相当宽的，最小是几十赫兹，最大有几兆赫兹，如果信号频率小于20 kHz，人们的耳朵就可以听到，反之，如果信号频率高于20 kHz，就属于超声波信号，这时需要使用超声波传感器才可以顺利接收。结合放电释放的声能和能量之间的关系，将局部放电释放能量的变化用超声波信号声压变化表示，通过对超声波信号的声压进行准确测量，这样就能够推测出放电的实际强弱。这就是超声波信号检测高压开关柜局部放电的基本原理。